变频技术在现代煤矿机电工程中的应用实践.pdf

203 中国设备工程 2020.05 （上） 中国 设备 工程Engineering hina CPlant 目前，对能源需求也有所增加。当前的能源形势， 依然以煤炭为主体，如何增加煤炭开采效率，降低煤矿 成本，提高煤炭的竞争力显得尤为重要。在煤炭开采期 间，如果能有效控制电力使用，将极大降低煤炭开采成 本。变频技术在煤矿企业机电上的应用，有效降低了煤 炭开采期间的电力使用，提高开采效率，降低成本的前 提下，有效保障了煤矿企业的健康发展。 1 变频技术应用价值 1.1 提高资源利用效率 社会经济的快速发展，离不开各类能源的支持， 煤炭作为化石能源中的一种，目前，已经广泛应用于生 产制造业中。虽然煤炭资源属于不可再生能源，如果不 能对其进行高效利用， 势必会限制社会经济的长久发展。 变频技术的应用，可以对机械设备的工作模式进行动态 调整，如在煤层较薄的作业区域，可以降低开采设备的 工作功率，使其以恰当的掘进方式进行开采，减少机械 空转的情况。例如，在风机结构的应用过程中，可以适 当提高机械设备的输出功率，其节能效果可以达到 50 ～ 70，进而提高资源利用效率。 1.2 降低煤矿开采成本 现阶段，越来越多的先进开采技术流入市场中， 这也在很大程度上提高了煤矿的工作效率，并且很多 煤矿企业已经率先完成了生产模式转型，进入自动化 生产阶段。与此同时，如何在可控范围内降低煤矿的 开采成本，也成为人们重点关注的内容。在上文中已 经提到，变频技术可以结合作业区域的实际情况，对 机械设备的输出功率进行调整，这样可以提高开采过 程的持续性。尤其是在一些煤层分布情况相对复杂的 作业区域，动态调整的作业模式，不仅可以顺利地完 成煤层开采任务，而且还能够降低开采过程中降低 5 ～ 15 的成本投入，从而提高企业在市场中的核心竞 争力。 变频技术在现代煤矿机电工程中的应用实践 赵海鸿 （开滦（集团）蔚州矿业有限责任公司单侯矿，河北 张家口 075700） 摘要本文针对变频技术的应用价值展开细致分析， 包括提高资源利用效率、 降低煤矿开采成本、 促进企业经济发展等， 结合变频技术的工作原理，通过研究变频技术在空气压缩机运转、采煤机械设备、煤矿皮带装置、提升机械设备、安全防 护方面、运输设备维护中的具体应用，其目的在于提高人们对变频技术的重视程度，提升煤矿开采过程中资源的利用效率。 关键词变频技术；煤矿机电工程；采矿机械设备；安全防护方面 中图分类号TN773;TD63 文献标识码A 文章编号1671-0711（2020）05（上）-0203-02 2 变频技术工作原理 变频技术是将三相 380V220V/50Hz 交流电通过 整流桥整流变成脉动直流电，通过电解电容滤波后变 成平滑的直流电，控制板对 IPM、IGBT 或模块的控 制后将平滑的直流电变成三相频率可变的交流电。通 常变频流程为整流器将交流电转变为直流电，之后将 该直流电调整为频率可以控制的交流电，最后，从电 动机输出。控制电路可以在相关运行需求条件下，对 逆变器和整流器进行输出控制，达到改变电流频率的 目的。 对于煤矿来说，矿井中要使用到的电力设备占到 绝大多数，变频技术的应用可以调整电流频率，控制 设备输出，让设备可以在更稳定的环境中工作。并且 还可以通过控制设备输出，迎合目前的生产需求，达 到了节能减排的目的。 3 变频技术在现代煤矿机电工程中的具体应用 3.1 空气压缩机运转 除了极少数煤炭资源所处位置距离地表较近以外， 大部分煤炭资源都位于矿山或地下深处，这也在一定程 度上增加了开采过程的困难度。而且煤炭资源在开采的 过程中还存在着附带物，如瓦斯、地下水等。 瓦斯作为有害气体， 若开采环境中含量过高， 那么， 很容易发生瓦斯爆炸事故， 威胁到人们的生命财产安全。 对此，在煤矿开采过程中，空压机主要作用是压 风自救系统，在矿井发生灾难时为井下提供新鲜风流， 其次，是辅助供风，为井下风动水泵、风动锚杆钻机、 等提供风能。 但是，压缩机一直处于高频率的工作状态，这样 不仅会增加运行故障的发生概率，而且还容易增加电网 的工作负担，影响其他机械设备的正常工作。将变频技 术应用到空气压缩机运转过程中，可以对结构运行状态 204 研究与探索 Research and Exploration 工程技术与创新 中国设备工程 2020.05 上 进行监控，提高系统的运行效果。尤其是在煤矿开采中 期，煤层结构的复杂性也会增加开采难度，在其他设备 出现运行故障的情况时，为了确保正常开采进度和确保 开采人员的生命安全，通常会采用替换法在其他区域 临时设置新的工作设备，但是，很容易忽略一直处于 运行状态的空气压缩机，造成了较大的资源浪费。而 变频技术的应用可以结合实际情况，及时停止空气压 缩机的工作状态，能够节电 30 ～ 40，从而起到降 低资源损耗的作用。 3.2 采煤机械设备 在煤炭资源开采的过程中，采煤机械设备属于主 要的执行载体，其工作状态也将直接影响到煤炭的开 采效率和开采质量。机械设备都有固定的使用寿命， 受到工作环境、操作人员水平、设备生产质量等因素 影响，其使用寿命还会缩减。一旦设备出现了停摆的 情况，由于作业区域位于地下，其维修的难度非常大， 此类情况也将直接影响整个开采活动推进的顺畅性。 结合以往的管理经验，导致设备运行寿命不断降低的 主要原因与高负荷运转情况有关， 而变频技术的应用， 可以对采煤机的输出功率进行动态调控，结合开采区 域煤层厚度，适当加大或减小设备的输出功率，故障 发生概率较以往也下调了 60，使设备的运行情况保 持在稳定的状态。另外，变频技术的应用还可以适当 降低采煤机械设备操作的复杂程度，提升了设备工作 状态的可靠性。 3.3 煤矿皮带装置 在煤矿开采的过程中，煤矿皮带装置属于常用的 运输载体，即将煤炭资源从开采区与运输到矿外。其 工作原理是在电能的驱动下，皮带与轮毂之间所产生 的摩擦作用会带动整个设备的运行，如果想保持皮带 高速的运行状态，需要损耗掉大量的电力，这也在很 大程度上造成了资源的浪费。 目前，常用的煤矿皮带装置以液压耦合装置来促 进设备的正常运行，但是，该过程会消耗掉大量的电能， 并且装置上还会附加较多的电压，增加了安全隐患的发 生概率。变频技术的应用，可以对液压耦合装置的工作 状态进行优化，引入了软启动模式，这样在皮带装置正 常运行的过程中，电路网结构的功能损耗可以下调 30 ～ 55，从而起到节能减排、提升资源利用效率的作用。 而且在设备维护的过程中，变频技术可以辅助数据信息 采集，借助传感器设备运输设备的工作状态进行监督， 在检修时，也可以快速定位故障部位，加快了故障检修 速度。另外，变频技术还可以避免由于液力耦合器损坏， 电机控制失灵的情况。 3.4 提升机械设备 结合以往的开采经验，现阶段我国在开采煤炭资 源时，一般会采用垂直轴开采或斜轴开采的方式来完 成既定的开采任务。在此过程中，需要借助提升机械 设备来将货物或人员从地面上输送到作业区域，随后 再继续开展相关的煤炭开采任务。 在以往开采过程中， 所开采的煤炭资源主要位于浅层，但是，在煤炭资源 损耗速度加快的背景下，煤矿企业对浅层煤炭资源的 损耗速度也在加快，而且还需要对深层煤矿资源进行 的开采，这也对提升机械设备的运转性能提出了新的 要求。变频技术在该环节的主要任务是合理管控设备 本身的运行速度，结合实际运行状态下设备实际的运 行情况，合理调整设备的对外输出功率，减少设备空 转情况的出现。同时，对于设备关机功能可以进行适 当调整，在确定完成开采任务之后，能够在第一时间 完成关机操作，从而在确保机械设备运行稳定性的基 础上，降低运行成本的支出。 3.5 安全防护方面 在煤矿开采深度不断增加的背景下，安全防护工 作的重要性也在凸显，如何采取积极有效的措施来保护 开采人员的生命安全，也成为煤矿企业需要重点衡量的 问题。结合以往的应用经验，变频技术应用到该环节中， 可以和自动化监控系统关联在一起，同时，在大数据技 术、专家系统、云计算技术等帮助下，协调各机械设备 的工作状态，减少设备启动与停止的次数，这样可以降 低设备惯性所带来的影响，延长结构的使用寿命。并且 变频技术的应用，可以渗透到多个安全防护层面，如最 基础也是最关键的通风装置上，变频技术可以结合空气 中有害气体浓度，适当调整通风量大小，从而在确保工 作环境安全性的基础上，降低能源的损耗速度。另外， 变频技术还可以调节其他辅助系统正常的工作状态，减 少重复作业情况的发生概率，如提升机工作状态、电路 网工作状态等，确保各个系统之间工作的稳定性，从而 提高整个工作过程的安全性。 4 结语 综上所述，在资源损耗速度不断加剧的背景下， 如何提升资源利用效率已经成为社会关注的焦点问题之 一。煤炭资源作为不可再生资源，为了确保煤矿企业经 济的稳定发展，需要从充分发挥变频技术的应用优势， 将其合理地应用到机械设备运行过程中，从而提高确保 整个煤矿生产过程的安全性，降低整个过程的能耗，促 进煤矿产业的可持续发展。 参考文献 [1] 任昕亮 . 变频技术在现代煤矿机电工程中的应用 [J]. 电子技术 与软件工程，201917234-235. [2] 高靖 . 变频技术在现代煤矿机电工程中的应用研究 [J]. 技术与 市场，2019,260898100. [3] 于仕锋 . 变频技术在现代煤矿机电工程中的运用 [J]. 科技风， 201910161.