煤礦機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用研究

（西山煤電馬蘭礦 山西 030205）

煤礦機(jī)電運(yùn)輸作為煤礦生產(chǎn)的重要組成部分，對(duì)于煤礦的安全生產(chǎn)起著至關(guān)重要的作用，煤礦機(jī)電運(yùn)輸貫穿了煤礦生產(chǎn)的整個(gè)過(guò)程，其中煤炭的開(kāi)采、提升、運(yùn)輸、供電等諸多環(huán)節(jié)都需要機(jī)電設(shè)備來(lái)完成，煤礦機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)技術(shù)涉及到煤礦運(yùn)輸?shù)母鱾€(gè)環(huán)節(jié)，涉及到的特殊工種比較多，技術(shù)性比較強(qiáng)，并且煤礦生產(chǎn)的安全性直接與機(jī)電運(yùn)輸設(shè)備狀態(tài)的好壞有關(guān)，因此在煤礦的開(kāi)采工作中一定要給予煤礦運(yùn)輸工作足夠的重視。我國(guó)的煤礦企業(yè)在1970年后期才開(kāi)始進(jìn)行了運(yùn)輸系統(tǒng)機(jī)械化的研制，因此我國(guó)煤礦運(yùn)輸?shù)臋C(jī)械化相較于發(fā)達(dá)國(guó)家是比較晚的，并且輔助運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展過(guò)程是非常不平衡的，但是隨著高科技技術(shù)的不斷發(fā)展，技術(shù)的進(jìn)步與裝備的應(yīng)用為礦井下距離長(zhǎng)、噸位大、變坡多、傾角大的運(yùn)輸情況提供了有效的技術(shù)保障與設(shè)備的支持。隨著運(yùn)輸機(jī)電系統(tǒng)的不斷創(chuàng)新與研究工作的不斷深入，我國(guó)的機(jī)電運(yùn)輸技術(shù)逐漸朝著可靠性、安全性、工藝技術(shù)與設(shè)備的多樣化、污染的最小化發(fā)展，并且對(duì)于礦山復(fù)雜多變的地質(zhì)條件有了更強(qiáng)的適應(yīng)能力，礦井下的運(yùn)輸車也更加趨向于人性化和自動(dòng)化，并隨著智能技術(shù)的出現(xiàn)實(shí)現(xiàn)了智能化的設(shè)計(jì)，進(jìn)一步提高了機(jī)電運(yùn)輸?shù)淖詣?dòng)化和信息化的程度，為促進(jìn)機(jī)電運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展提供了新的思路與動(dòng)力，保證機(jī)電運(yùn)輸?shù)陌踩耘c可行性，實(shí)現(xiàn)煤礦運(yùn)輸?shù)母咝浴?/p>

1.煤礦機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)的特點(diǎn)

煤礦機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)的特點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)，如圖1。

(1)多變且復(fù)雜

煤礦機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)做包括的范圍非常的廣泛，與此同時(shí)煤礦運(yùn)輸系統(tǒng)包含許多井下設(shè)備，并且彼此之間相互影響，非常的復(fù)雜，除此室外煤礦運(yùn)輸系統(tǒng)的工作環(huán)境非常的惡劣，容易受到多種因素的影響，并且還容易發(fā)生一些不可預(yù)知的變化，隨著科技的不斷發(fā)展，運(yùn)輸設(shè)備正在朝著大型化的方向發(fā)展，并且各個(gè)大的運(yùn)輸系統(tǒng)之間還存在著自己的子系統(tǒng)，各個(gè)系統(tǒng)之間相互聯(lián)系，相互影響，形成了一個(gè)比較復(fù)雜的層次。一般來(lái)說(shuō)主網(wǎng)絡(luò)是由掘進(jìn)、回采、運(yùn)輸和提升四個(gè)環(huán)節(jié)組成，煤礦還可以分為很多采區(qū)，各個(gè)采區(qū)之間的排水、通風(fēng)、運(yùn)輸、供電系統(tǒng)都有很多個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成，不同的系統(tǒng)之間相互影響，相互作用，從而形成了一個(gè)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

圖1 煤礦機(jī)電運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)

這個(gè)復(fù)雜的煤礦系統(tǒng)具有整體聯(lián)動(dòng)的特點(diǎn)，以此其中某一個(gè)部分的變化都可能導(dǎo)致整體的變化。隨著礦井開(kāi)采工作的不斷深入，其中某一個(gè)電氣設(shè)備的變化都會(huì)引起整個(gè)系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)，外界的因素也會(huì)對(duì)于機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)造成一定的影響，像通風(fēng)條件，瓦斯的含量都能夠引起機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)的變化。機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)的內(nèi)部因素同樣也會(huì)對(duì)于機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)造成影響，像裝備的磨損，老化等也會(huì)影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能。

(2)大量的安全隱患

煤礦的開(kāi)采環(huán)境比較復(fù)雜，尤其是具有大型機(jī)電設(shè)備的時(shí)候，大型機(jī)電設(shè)備本身的使用就具有一定的危險(xiǎn)性，更何況是在煤礦井下這么復(fù)雜的環(huán)境中。在進(jìn)行煤礦采掘的時(shí)候，如果煤塵與瓦斯的含量到達(dá)某一個(gè)值的時(shí)候，電氣設(shè)備就會(huì)受到影響發(fā)生電火花，對(duì)于工作人員的人身健康安全構(gòu)成了極大的威脅，除此之外，在巷道內(nèi)的濕度比較高的時(shí)候，機(jī)電設(shè)備及其容易受到腐蝕，從而降低了機(jī)電設(shè)備的絕緣性，再加上井下的環(huán)境比較惡劣，空間狹窄，因此在進(jìn)行設(shè)備的調(diào)試、搬運(yùn)、安裝的時(shí)候非常容易發(fā)生觸電的事件。大型設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)一般會(huì)需要很大的電量，因此這就加重了供電系統(tǒng)的壓力，供電系統(tǒng)的負(fù)荷太高就使得供電電壓逐漸增高，增大了短路情況出現(xiàn)的概率，并且井下的空間狹窄，大型的機(jī)電設(shè)備沒(méi)有很好的安裝條件，因此需要頻繁的移動(dòng)，這也加速了機(jī)電設(shè)備的損耗。

(3)對(duì)于人員的要求比較高

機(jī)電運(yùn)輸?shù)闹黧w并不是機(jī)電設(shè)備，最主要的還是機(jī)電設(shè)備的操作人員，煤礦下的機(jī)電運(yùn)輸工作在現(xiàn)階段還未實(shí)現(xiàn)完全的自動(dòng)化，因此大部分操作仍然需要相關(guān)的工作人員通過(guò)手動(dòng)的方式來(lái)進(jìn)行，因此相關(guān)工作人員的操作意識(shí)與操作水平都會(huì)對(duì)運(yùn)輸?shù)慕Y(jié)果造成一定的影響。為了保證工作的高效進(jìn)行，這些設(shè)備通常需要長(zhǎng)期持續(xù)的工作，因此相關(guān)的工作人員也必須一致保持緊張的工作狀態(tài)，以此來(lái)提高工作的質(zhì)量。并且對(duì)于一些特殊崗位的工作人員來(lái)說(shuō)，對(duì)于技術(shù)的要求就更高了，所以在實(shí)踐中這些職位的工作人員通常情況下是不能進(jìn)行隨意的調(diào)動(dòng)與調(diào)換的。

(4)老礦的維護(hù)難度比較大

隨著煤礦機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)的不斷發(fā)展，在技術(shù)層面對(duì)于人們的要求也越來(lái)越高。伴隨著開(kāi)采深度的不斷增加，開(kāi)采的條件也變得逐漸的惡劣，在一些老礦中對(duì)于機(jī)電運(yùn)輸設(shè)備的使用、維護(hù)、管理等工作也變得越來(lái)越復(fù)雜，操作人員必須更加的認(rèn)真與負(fù)責(zé)，才能保證運(yùn)輸工作的安全性。

2.煤礦機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用

(1)煤礦機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)技術(shù)的創(chuàng)新與應(yīng)用可以從多方面入手(如圖2)

圖2 煤礦機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)技術(shù)的創(chuàng)新與應(yīng)用

(2)原有運(yùn)輸系統(tǒng)設(shè)備的升級(jí)改造

對(duì)于原有的運(yùn)輸系統(tǒng)設(shè)備的升級(jí)與改造工作，就是在原有的運(yùn)輸機(jī)上，全部采用節(jié)能型的電機(jī)、變頻裝置、液粘軟啟動(dòng)等先進(jìn)的節(jié)能設(shè)備，這樣可以提高系統(tǒng)的運(yùn)行速度，減少能源的消耗，減少設(shè)備維護(hù)的工作量。在采煤設(shè)備方面，工作面的運(yùn)輸機(jī)配套上采用了國(guó)內(nèi)的開(kāi)關(guān)磁阻調(diào)速系統(tǒng)，可以根據(jù)輸機(jī)中壓煤量的多少，來(lái)確定設(shè)備后續(xù)的運(yùn)輸量，并以此來(lái)保證整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。這樣的設(shè)計(jì)可以加快工作面的推進(jìn)速度，提高生產(chǎn)率的同時(shí)還可以因?yàn)殚_(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)本身的原因?qū)崿F(xiàn)軟啟動(dòng)。系統(tǒng)中電機(jī)可以與減速機(jī)之間連接，節(jié)省產(chǎn)量的同時(shí)還可以節(jié)省修護(hù)的成本。運(yùn)輸機(jī)是一種廣泛運(yùn)用于礦產(chǎn)生產(chǎn)之中的連續(xù)運(yùn)行設(shè)備，在實(shí)際的使用過(guò)程中可以對(duì)運(yùn)輸機(jī)進(jìn)行適當(dāng)?shù)母脑旃ぷ?，以此?lái)改善礦石對(duì)運(yùn)輸機(jī)造成的沖擊，來(lái)提高設(shè)備的使用壽命，提高生產(chǎn)的效率，保證有序的生產(chǎn)，取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。

(3)在窄軌機(jī)車運(yùn)輸中交流變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用

如今，在煤礦運(yùn)輸系統(tǒng)中，窄軌機(jī)車也得到了廣泛的應(yīng)用，其主要依靠直流電動(dòng)機(jī)作為牽引動(dòng)力源，借助恒定的直流電源進(jìn)行供電，以此來(lái)確保機(jī)車操作平穩(wěn)。在起動(dòng)、制動(dòng)和調(diào)速等環(huán)節(jié)中，需要選擇串接電阻給予控制，但是其會(huì)造成電能資源的浪費(fèi)，且會(huì)對(duì)設(shè)備造成不同程度的損害。而交流變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用能夠使上述問(wèn)題得到有效解決，既可以輕松實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速、平穩(wěn)起動(dòng)和再生制動(dòng)，而且能源消耗大大降低。實(shí)際上，交流變頻調(diào)速窄軌電機(jī)車，不僅摒棄了以往陳舊的電阻調(diào)速器和直流電動(dòng)機(jī)，而且采用了節(jié)電顯著的DSP系列變頻調(diào)速器和性能可靠的三相永磁同步交流牽引電動(dòng)機(jī)。變頻調(diào)速技術(shù)達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平，其三相永磁同步交流牽引電動(dòng)機(jī)超過(guò)直流電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，既符合了低速時(shí)電機(jī)車的最大起動(dòng)牽引力要求，而且具有十分優(yōu)越的性能，可以有效提高窄軌機(jī)車運(yùn)輸效率。

在窄軌機(jī)車運(yùn)輸過(guò)程中，交流變頻調(diào)速技術(shù)的創(chuàng)新點(diǎn)如下：①直流架線調(diào)速電機(jī)車采用了以往的直流電動(dòng)機(jī)；②斬波調(diào)速是通過(guò)無(wú)觸頭總的IGBT開(kāi)斷，實(shí)現(xiàn)電機(jī)端電壓改變來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速功能。其中的變頻調(diào)速器選擇了國(guó)際最先進(jìn)的DSP變頻調(diào)速技術(shù)，選擇了進(jìn)口IGBT模塊元件和進(jìn)口原裝全套控制電路，達(dá)到了比較理想的節(jié)能效果。電機(jī)車啟動(dòng)平穩(wěn)、降低能耗、無(wú)極調(diào)速。對(duì)變頻器設(shè)有過(guò)流、過(guò)負(fù)荷、過(guò)壓、欠壓和接地保護(hù)。對(duì)電機(jī)設(shè)有過(guò)熱、過(guò)流、短路、斷相、失壓等保護(hù)，同時(shí)也降低了電機(jī)車的維修成本。

3.小結(jié)

綜上所述，機(jī)電運(yùn)輸所產(chǎn)生的安全影響重大，運(yùn)輸機(jī)電系統(tǒng)的創(chuàng)新與研究工作的前提也應(yīng)該是安全。現(xiàn)階段一些機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足煤礦開(kāi)采的需要，制約了煤礦運(yùn)輸工作的發(fā)展，因此更應(yīng)該將強(qiáng)對(duì)于機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)的研究與創(chuàng)新工作，在保證安全的同時(shí)提高機(jī)電運(yùn)輸系統(tǒng)的效率。