煤礦機(jī)電變頻控制技術(shù)與節(jié)能分析

趙利軍

烏審旗蒙大礦業(yè)有限責(zé)任公司機(jī)電一隊(duì) 內(nèi)蒙古鄂爾多斯 017307

1 煤礦變頻控制技術(shù)應(yīng)用的必要性分析

1970年11月，我國(guó)第一個(gè)綜采工作面在大同煤峪口煤礦進(jìn)行了試驗(yàn)，由此拉開(kāi)了綜合機(jī)械化開(kāi)采的序幕。經(jīng)過(guò)80年代的推廣應(yīng)用、90年代技術(shù)升級(jí)到2019年我國(guó)建成200余個(gè)智能化綜采作面，煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)完成了機(jī)械化建設(shè)，正在朝智能化推進(jìn)，設(shè)備安全和節(jié)能降耗成為企業(yè)高效生產(chǎn)首先要解決的問(wèn)題。在現(xiàn)代煤礦生產(chǎn)中，許多安全事故的出現(xiàn)均是由井下機(jī)電生產(chǎn)設(shè)備的使用不當(dāng)引起的。這是因?yàn)殡S著煤炭產(chǎn)量的不斷突破新高，舊設(shè)備來(lái)不及淘汰以及工作人員不熟悉新設(shè)備性能造成的人、機(jī)、生產(chǎn)能力不匹配；煤礦從業(yè)人員素質(zhì)參差不齊，流動(dòng)性大，不熟悉設(shè)備性能，不能熟練掌握設(shè)備操作維修技能等。現(xiàn)代變頻控制技術(shù)基本做到了設(shè)備運(yùn)行免維護(hù)，設(shè)備匹配范圍大，性能穩(wěn)定，大大減少了設(shè)備安全事故的發(fā)生[1]。

2 煤礦井下電氣設(shè)備特征

隨著以IGBT絕緣柵雙極型晶體管為代表的電子器件的普及，以及智能功率模塊（IPM）和智能化功率集成電路（PIC）的推廣，開(kāi)關(guān)頻率的高速化得到了實(shí)現(xiàn)、低導(dǎo)通電壓的高效化和功率器件的集成化，另外邏輯控制、保護(hù)、傳感及測(cè)量等功能進(jìn)行了相應(yīng)的集成。變頻技術(shù)朝著高電壓大容量化、高頻化、組件模塊化、小型化、智能化和低成本化的方向高速發(fā)展。

煤礦井下電氣設(shè)備指的是在煤礦井下生產(chǎn)使用的電氣設(shè)備及電氣自動(dòng)化設(shè)備等。依據(jù)設(shè)備的用途，可將其分為多種類(lèi)別：（a）生產(chǎn)類(lèi)機(jī)電設(shè)備——煤機(jī)、輸送機(jī)、破碎機(jī)、提升機(jī)、空壓機(jī)等屬于直接應(yīng)用于生產(chǎn)的設(shè)備，包括；（b）應(yīng)用于信息采集、傳輸、存儲(chǔ)等方面的電氣設(shè)備，主要包括定位基站、安全監(jiān)控、通訊、視頻監(jiān)控、應(yīng)急廣播等屬于信息類(lèi)機(jī)電設(shè)備；（c）輔助類(lèi)機(jī)電設(shè)備——服務(wù)于生產(chǎn)的電氣設(shè)備，包括壓風(fēng)機(jī)、排水泵、液壓泵、閥門(mén)電動(dòng)裝置、淤泥處理和水處理設(shè)備、巷道照明、紅綠燈、電動(dòng)風(fēng)門(mén)、飲水機(jī)等。

煤礦電氣設(shè)備應(yīng)用于煤礦生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，種類(lèi)較多，其特點(diǎn)有：（a）由于煤礦井下機(jī)電設(shè)備啟動(dòng)頻繁，井下電網(wǎng)電壓的波動(dòng)范圍可達(dá)75%-110%，這就要求礦用電氣設(shè)備的電網(wǎng)電壓波動(dòng)適應(yīng)能力要強(qiáng)；（b）煤礦井下機(jī)電硐室和巷道的溫度較高，散熱條件差,礦用電氣設(shè)備要有足夠的過(guò)載能力；（c）由于地質(zhì)條件的變化，或在雨季，井下還可能發(fā)生突水事故，其出水量往往為正常涌水量的幾倍甚至幾十倍，這就需要較大的排水能力和供電系統(tǒng)。因此，裕量是礦用電氣設(shè)備及供電系統(tǒng)要的重點(diǎn)。

3 變頻技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的具體應(yīng)用

3.1 提升機(jī)的應(yīng)用

提升機(jī)占據(jù)煤礦立井生產(chǎn)系統(tǒng)的首尾環(huán)節(jié)，人員、物料及產(chǎn)品煤都是靠提升機(jī)進(jìn)行運(yùn)送，想要不斷地提高提升機(jī)的運(yùn)行效率，需要在使用的過(guò)程中對(duì)提升機(jī)進(jìn)行一定控制。老式的調(diào)速控制是通過(guò)金屬的電阻接到電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子中進(jìn)行一定調(diào)速，但是在實(shí)際使用過(guò)程中對(duì)煤礦的生產(chǎn)會(huì)造成一定的安全影響，同時(shí)也增加了提升機(jī)的電能消耗。變頻控制技術(shù)的普及結(jié)合數(shù)字信息化的控制技術(shù)可以很好提高提升機(jī)的運(yùn)輸效率和工作質(zhì)量，增強(qiáng)了提升機(jī)的穩(wěn)定性如安全性[2]。

3.2 應(yīng)用于采掘設(shè)備

作為井工煤礦的直接生產(chǎn)設(shè)備，采掘機(jī)組的故障將直接導(dǎo)致所有生產(chǎn)的停止，而借助變頻控制技術(shù)，可以大大改善這一問(wèn)題。現(xiàn)階段，中國(guó)變頻控制技術(shù)的應(yīng)用水平還比較高。在實(shí)踐中，可以采用變頻控制技術(shù)使采（掘）煤機(jī)達(dá)到恒定速度，并保證運(yùn)輸過(guò)程不打滑的問(wèn)題，大大提高了工作效率。

2019年，中煤旗下烏審旗蒙大礦業(yè)建成的第一個(gè)“智能化綜采工作面”，變頻控制技術(shù)一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

3.3 流體負(fù)荷設(shè)備

變頻控制技術(shù)在應(yīng)用到具有流體負(fù)載的設(shè)備后，極大地提升了煤礦設(shè)備的應(yīng)用效率。泵廣泛用于煤礦中，例如排水泵和液壓泵，它們通常在滿(mǎn)負(fù)荷或重負(fù)荷下啟動(dòng)，直接啟動(dòng)不僅會(huì)影響設(shè)備的使用壽命，還會(huì)影響電源系統(tǒng)并導(dǎo)致不必要的功率損耗。變頻調(diào)速設(shè)備可以提高采礦設(shè)備的靈活性，有效減少對(duì)設(shè)備的負(fù)面影響，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量，減少損失，確保煤礦安全。

3.4 在風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用

在煤炭工業(yè)中，礦井通風(fēng)存在一定差異。在某些時(shí)候，煤礦在生產(chǎn)過(guò)程中有時(shí)要注意風(fēng)扇的更換，以滿(mǎn)足各種條件下煤礦的通風(fēng)要求。更換風(fēng)扇后，原來(lái)的風(fēng)扇將無(wú)法再使用，從而存在浪費(fèi)資源的現(xiàn)象。應(yīng)用變頻控制技術(shù)后，更加容易解決各種礦井條件下的通風(fēng)問(wèn)題。

3.5 應(yīng)用于皮帶運(yùn)輸中

從根本上講，使用變頻控制技術(shù)進(jìn)行皮帶運(yùn)輸與提升機(jī)使用過(guò)程基本相同。在運(yùn)輸煤炭時(shí)，滾筒與皮帶之間的摩擦力越大，皮帶所能承受的重量就越大，一次運(yùn)輸?shù)拿禾烤驮蕉啵O(shè)備運(yùn)行的壓力也越大。因此，頻率調(diào)節(jié)技術(shù)在運(yùn)輸中的應(yīng)用是平衡設(shè)備和煤炭運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵，從而實(shí)現(xiàn)能耗，速度和功率之間的最佳匹配[3]。

4 結(jié)語(yǔ)

煤礦生產(chǎn)是一系列高能生產(chǎn)過(guò)程，能源消耗一直是限制提高煤礦綜合效益的主要因素之一。由于變頻設(shè)備的廣泛使用，在煤礦生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了每個(gè)過(guò)程的工作量和能耗的最佳協(xié)調(diào)，并且以最小的能耗實(shí)現(xiàn)了最佳的工作效率。同時(shí)，通過(guò)煤礦的高效運(yùn)行，將能耗降到最低，為不斷提高煤礦生產(chǎn)綜合優(yōu)勢(shì)提供了可靠的保證。