變頻技術在煤礦中的應用

李 靜

（山西潞安（礦業）集團有限責任公司， 山西 長治 046204）

引言

煤炭市場存在著激烈的競爭，尤其是國外煤炭價格低，對國內市場構成明顯的價格優勢。在激烈的市場競爭中，煤炭企業要想提高企業效益，節能是重要途徑之一。煤礦生產依靠大量大功率機械設備，每年需要消耗大量電能，利用節能技術可以較為顯著地降低設備耗電量，提高企業效益[1]。而且煤礦生產使用的機械設備一般比較昂貴，利用變頻技術可以改善某些設備的使用工況，提高設備使用壽命，進一步為煤礦節約增效[2]。可以說，變頻技術對于現代煤礦的安全生產、企業經濟效益有著重要意義。本文對變頻技術在煤礦中的典型應用進行介紹，主要包括提升機、運輸機、空氣壓縮機、風機、采煤機中的應用。

1 變頻技術在采煤機上的應用

根據變頻裝置的安裝位置可將煤礦在采煤機中的應用分為兩種形式：機載系統和非機載系統[3]。機載系統是將變頻系統安裝在采煤機機身上，非機載系統的變頻系統是安裝在順槽內部，兩種形式在性能上也有所不同。

機載系統是利用短電纜實現電能傳輸的，傳輸效率快，而且變頻系統安裝在機身上，便于作業人員對變頻裝置觀察、監測，可以及時發現裝置的異常情況，及時處置，避免裝置故障引起事故。采煤機是大型作業設備，振動強烈，故機載系統無法避免采煤機振動引起的問題，強烈的振動容易導致變頻裝置的驅動信號等出現異常，而且應用于較為惡劣的工作環境也會增加變頻裝置的設計難度，尤其是變頻裝置的冷卻系統。相對于機載系統，非機載系統由于變頻裝置與采煤機分離，所以受機身振動影響較小，不存在機載系統那么明顯的缺點，而且可以提高煤礦挖掘作業的便利性，冷卻系統設計較為容易。但是由于變頻裝置與挖掘機分離，導致兩者之間必須依靠電纜連接，煤礦井下一線作業面工作環境復雜，電纜的牽引容易出現問題，比如電纜彎曲以及電纜接地，對于煤礦的安全生產帶來不利影響。無論非機載系統還是機載系統都存在著優勢和劣勢，一般會根據煤礦的具體情況進行選擇。

2 變頻技術在運輸機上的應用

在煤礦生產中，皮帶運輸機扮演著重要角色，與變頻技術相結合，可以顯著改善以往皮帶運輸機存在的工作不穩定、磨損嚴重等問題，而且減少運輸機的維護工作量，間接的提高煤礦的經濟效益。煤礦運輸機在工作過程中，較為容易地出現過載現象，而變頻技術具有全面的保護功能，可以應對過負載狀況，提高設備的安全性。同時，通過大量實踐表明，變頻技術對于皮帶運輸機性能的提高具有重要作用，保障了皮帶運輸機的工作效率。變頻技術可以改變皮帶運輸機的運行速度，實現無極調速，可控制皮帶運輸機在空載狀態下處于安全范圍。皮帶運輸機需要實現平穩的重載啟動，變頻技術可以使皮帶運輸機實現低速運轉，低轉速可以提高轉矩，進而可降低電流沖擊，實現平穩重載啟動。變頻技術可減少皮帶運輸機的摩擦，進而可降低運輸過程中的過熱現象，減少維護工作量，提高效率，進而實現企業經濟效益增加。

3 變頻技術在提升機上的應用

提升機是大功率運輸工具，在煤礦生產中具有重要的地位。提升機負責運輸生產物資、作業人員以及煤礦，能夠提高企業生產效率[4]。提升機在實際工作中需要頻繁地提升和降落，若速度控制不合理，會加重提升機的磨損，并且控制方式不合理會縮短提升機的使用壽命，增加維護量，增加企業的生產成本。以往通過改變電阻阻值改變速度大小，但是電阻會消耗大量的電能，不僅浪費資源，而且降低企業效益，并且這種方式的安全系數相對降低。此外，利用電阻調速并不能實現無極調速，作業人員的乘坐舒適度較低。利用變頻技術控制提升機，可以實現速度的無極調速，提高乘坐人員的舒適度，而且可以減少機械摩擦，提高設備的使用壽命和安全系數，降低設備故障率，變頻器的功率遠小于電阻調速系統功率，可以實現節能提效。變頻技術的應用促使提升機性能提高，對于煤礦的安全高效生產有著重要的意義。

4 變頻技術在風機上的應用

煤礦風機主要確保井下作業安全，礦井一般都在數百年深，需要風機將空氣運輸到地下，為作業人員提供新鮮空氣。采煤過程中會有大量氣體逸出，需要利用風機實現空氣流動，將產生的氣體排出井內，否則會造成瓦斯爆炸。隨著礦井深度的不斷增加，對于風機性能的要求也隨著提高，進而需要對風機進行更新，增加生產成本。變頻技術在煤礦風機中的應用，可以解決傳統風機的缺點，提高風機性能，提升通風質量。在過去煤炭生產中，風機性能低，需要采用多臺風機滿足現場的實際需求。變頻技術的應用可實現使用一臺風機便可以保證井下空氣流通的目的，為煤炭開采創造安全的作業環境，降低企業能耗，提高生產效率。

5 變頻技術在空氣壓縮機上的應用

煤礦中會使用一部分風動機電設備，空氣壓縮機便是為風動機電設備提供動力，可見空氣壓縮機在煤礦生產中有著不可替代的作用，空氣壓縮機的性能直接決定了風動設備的性能。空氣壓縮機的常規控制方式為兩點模式，當空氣壓縮機的氣缸壓力接近設定壓力時，空氣壓縮機的氣閥便會關閉，此時不產生壓縮空氣，對應電動機工況為空載狀態。當氣缸壓力低于設定壓力時，情況則剛好相反。此種控制模式存在一定的問題，進氣量和產氣量很難控制，進而導致其出現頻繁的加載、卸載問題，存在著損壞電網的風險。在空氣壓縮機中應用變頻技術，便可以控制空氣壓縮機的轉速，控制進氣量和出氣量，解決頻繁出現的加載、卸載問題，提高壓縮機的使用性能，延長使用壽命。

6 結語

變頻技術在煤礦生產中已經被普遍應用，且發揮著不可替代的作用，不僅能夠提高設備的性能和工作穩定性，而且可以實現節能增效。變頻技術在提升機、風機、運輸機、空氣壓縮機、采煤機上的應用，不僅可以提高設備性能，而且可以提高設備的使用壽命，降低設備的故障率，對于煤礦企業提高經濟效益、保障煤礦安全生產均有著重要作用。