礦井機電運輸系統(tǒng)特點及控制管理的研究

華亭煤業(yè)集團有限責(zé)任公司 王秀其 王貴明

1 礦井機電運輸特點

1.1 系統(tǒng)和運行環(huán)境比較復(fù)雜

礦井機電運輸系統(tǒng)的構(gòu)成非常復(fù)雜，呈現(xiàn)出多層次的特點，系統(tǒng)各個部分緊密相連，形成多層次的網(wǎng)絡(luò)格局。采煤工作主要包括四個步驟，采掘工作和回采工作完成后，利用機電運輸系統(tǒng)進行運輸和提升。為滿足采煤和運煤的需求設(shè)計了多個分支系統(tǒng)，共同構(gòu)成了機電運輸系統(tǒng)，其中較重要有供電、通風(fēng)、排水系統(tǒng)，后兩個步驟的工作主要由運輸系統(tǒng)和提升系統(tǒng)負責(zé)。每個系統(tǒng)都包含多個機電設(shè)備，如電動機和主軸裝置等。機電運輸系統(tǒng)的運行環(huán)境十分復(fù)雜，采掘和開采工作主要在礦井中進行，通風(fēng)系統(tǒng)能對礦井中的瓦斯含量進行控制，掘進開采的過程中還要注意頂板壓力和排水問題，為保證開采和運輸安全，一定要對環(huán)境中的安全隱患進行排查，確保機電系統(tǒng)能在礦井環(huán)境中安全運行。

1.2 存在較多安全隱患

礦井機電運輸系統(tǒng)在運行過程中存在較多安全隱患，我國應(yīng)用該系統(tǒng)時間較晚，運行后經(jīng)常會出現(xiàn)技術(shù)方面的問題。部分生產(chǎn)聯(lián)隊長時間使用機電運輸系統(tǒng)，沒有及時進行養(yǎng)護和維修，部分設(shè)備中的零件已磨損或老化，存在較大安全隱患。機電設(shè)備需定期進行檢查，部分工作人員沒有按照機電設(shè)備的要求進行檢查和維護，也沒有在各個環(huán)節(jié)進行檢查，導(dǎo)致系統(tǒng)的運行不夠連貫。礦井環(huán)境中存在較多隱患。如，當(dāng)瓦斯和煤塵的比例和含量達到特定的數(shù)值后有可能引發(fā)爆炸。

另外礦井巷道中的濕度較高，有可能會腐蝕設(shè)備，運行時用電需求較大，若供電系統(tǒng)長期處于高負荷的運行環(huán)境，供電電路可能會形成短路，影響整體設(shè)備的運行。

1.3 對作業(yè)人員的要求較高

機電運輸系統(tǒng)的使用存在一定特殊性，對作業(yè)人員有較高要求，當(dāng)前礦井施工人員的技術(shù)水平相對較低，一旦沒有按照規(guī)范進行操作有可能威脅自身的安全。如，對管道進行維修時，由于沒有進行支護導(dǎo)致管道破裂，對施工人員造成了巨大的傷害。工作人員是設(shè)備操控的主體，當(dāng)前的設(shè)備沒有徹底實現(xiàn)自動化，很多地方需要手動操控，工作人員要增強自身的安全意識與責(zé)任意識，在系統(tǒng)長時間的運行中時刻保持操作區(qū)域的安全，特種崗位要求工作人員具備專業(yè)的技術(shù)，不能隨便調(diào)整這類崗位的工作人員。

1.4 維護難度較大

隨著開采工作的推進，開采的深度將會越來越深，運輸提升的難度也會越來越大。深層環(huán)境的開采條件較差，要更加嚴格地控制機電運輸系統(tǒng)，同時設(shè)備維修的間隔時間也越來越短，維修工作具有一定的難度，要更加細心地進行維修，替換老化和磨損的部件，在維修過程中時刻注意系統(tǒng)設(shè)備的運行情況，對不安全的因素進行控制。礦井機電運輸系統(tǒng)的特點為：系統(tǒng)復(fù)雜（機電復(fù)雜、子系統(tǒng)多、節(jié)點并聯(lián)、聯(lián)動變化）；隱患多（瓦斯煤塵、腐蝕影響、安裝條件）；對人員要求高（安全意識、作業(yè)水平、責(zé)任意識）；老礦井難以維護（系統(tǒng)延伸、條件下降、維修繁瑣），應(yīng)結(jié)合系統(tǒng)的特點進行維修和管理。

2 礦井機電運輸系統(tǒng)控制管理措施

2.1 加強排水系統(tǒng)和供電系統(tǒng)的管理

礦井防水工作是安全開采的基礎(chǔ)和前提，要對排水系統(tǒng)和排水設(shè)備進行控制管理，工作人員要注意井下裝置的情況，檢查排水設(shè)備和供電設(shè)備的運行情況。安裝排水設(shè)備時，注意設(shè)備的性能，確保設(shè)備能滿足排水需求。使用排水設(shè)備前要對設(shè)備進行檢測，避免開采工作受到排水設(shè)備影響。在施工期間排水設(shè)備需保持一定的排水量，為保證排水工作順利進行，需在前期工作中準備另一個排水設(shè)備，一旦排水設(shè)備出現(xiàn)故障可立即更換設(shè)備，操控新的設(shè)備繼續(xù)進行排水，讓水泵和排水管道共同發(fā)揮作用。

可對排水系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計，引入自動化控制技術(shù)，傳統(tǒng)排水系統(tǒng)主要為手動閥和手動控制，將其替換為電動控制閥和電動控制設(shè)備，用真空泵吸水，對設(shè)備運行參數(shù)進行監(jiān)測和分析，采用遠程控制方式或由系統(tǒng)自動進行控制，提高排水效率。對供電系統(tǒng)進行控制管理時，通常礦井需要至少兩個電源線路，多個電源線路能保證施工過程中供電的穩(wěn)定性，這些電源線路能承擔(dān)負載壓力。當(dāng)煤礦的環(huán)境條件較差時，應(yīng)加強供電站的管理和控制，各個部分均采用兩個以上的電源線路，同時還要對排水泵等設(shè)備進行控制，確保機電運輸系統(tǒng)穩(wěn)定運行[1]。

作業(yè)人員對機電設(shè)備進行檢查時應(yīng)注意失爆問題：對于螺栓固定的隔爆接合面，若缺少螺栓、彈簧墊圈、螺母，彈簧墊圈沒有壓平、失去彈性、斷裂，螺栓松動，螺栓、螺孔滑扣，說明出現(xiàn)了失爆情況；對于進嘴連接線，密封圈材質(zhì)須為橡膠且邵氏硬度要在45～55度之間，根據(jù)規(guī)定進行老化處理，進線裝置須要安裝密封圈且朝向外部，接線后對緊固件進行檢查，抽拉電纜，保證電纜不會竄動，密封圈內(nèi)徑和電纜外徑間的差距要低于1mm，密封圈寬度要超過電纜外徑0.7倍且寬度要大于10mm，厚度要超過電纜外徑0.3倍且厚度要超過4mm。在低壓隔爆開關(guān)出接入鎧裝電纜時要將密封圈套在電纜護套上，進嘴線傳入長度為5～15mm。高用鋼墊板壓緊壓隔爆開關(guān)的接線嘴，鋼墊板的選擇應(yīng)考慮接線嘴法蘭的厚度和直徑。

對于接線裝置來說，若密封圈單孔中存在多個電纜，單個引入裝置含有多個密封圈，擋板處于密封圈內(nèi)部，密封圈未壓緊，螺母不夠緊固，沒有在高壓鎧裝電纜終端接線盒的部位涂抹絕緣膠，存在絕緣裂紋，出現(xiàn)任何一種情況都說明接線裝置失爆。除要注意這些部位的失爆情況，還要注意隔爆殼、隔爆面、隔爆型插銷的情況，對礦井機電運輸設(shè)備進行隔爆處理。

礦井機電設(shè)備一定要具備良好的隔爆性能，可參考隔爆性能數(shù)據(jù)參考標準進行選擇：隔爆結(jié)合面間隙≤0.5mm、隔爆結(jié)合面粗糙度≤6.3、螺紋隔爆結(jié)構(gòu)（螺距）＞0.7mm、生產(chǎn)機械傷痕（寬度與深度）＜0.5mm。選擇設(shè)備時注意隔爆結(jié)合面的情況。對隔爆機電設(shè)備進行應(yīng)用時要注意設(shè)備使用時的環(huán)境溫度，盡量在-20～40℃間使用，電纜連接處要安裝防爆電纜接線盒，使用密封的電纜引入裝置，若額定電壓不同要采用不同的絕緣材料，按照國家標準控制爬電距離與電氣間隙，如果使用塑料外殼需保證材料為不燃性或難燃性材料，避免靜電積聚，外殼材料不應(yīng)使用鋁合金材料，避免溫度過高。

2.2 建立復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析系統(tǒng)

由于機電運輸系統(tǒng)較復(fù)雜，其復(fù)雜性會對系統(tǒng)運行產(chǎn)生一定的影響，為讓系統(tǒng)運行更加高效，可參考復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析理論構(gòu)建系統(tǒng)，形成數(shù)字化模型，利用該模型分析機電運輸系統(tǒng)中的復(fù)雜問題。復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析系統(tǒng)能對安全隱患進行處理，找到復(fù)雜問題的源頭和形成原因，以此來制定應(yīng)對方案。這一理論主要是將機電運輸系統(tǒng)中的機電設(shè)備當(dāng)成節(jié)點，設(shè)備間的關(guān)聯(lián)就是節(jié)點間的關(guān)聯(lián)，根據(jù)節(jié)點間的聯(lián)系進行連接就會產(chǎn)生機電運輸網(wǎng)絡(luò)，對其進行分析能夠讓系統(tǒng)正常運行。系統(tǒng)可利用機電運輸網(wǎng)絡(luò)采集數(shù)據(jù)，掌握機電運輸設(shè)備的運行參數(shù)，形成一個完整的數(shù)據(jù)庫。

機電運輸網(wǎng)絡(luò)是實現(xiàn)閉環(huán)控制的重要條件，而數(shù)字化模型能為遠程監(jiān)控和跟蹤治理提供支持，監(jiān)督整個系統(tǒng)的運行過程，及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運行中的薄弱部分，對相應(yīng)的部分進行優(yōu)化和升級。如，對電機、聯(lián)軸器與驅(qū)動泵幾個節(jié)點間的關(guān)系進行分析時，可分析節(jié)點訪問級別，得到聚集系數(shù)和相關(guān)節(jié)點的參數(shù)，明確交換機所在的區(qū)域，進而判斷網(wǎng)絡(luò)中各個節(jié)點的重要性，分析各個節(jié)點間的關(guān)聯(lián)性和相互作用，一旦水泵出現(xiàn)問題就會對整個系統(tǒng)產(chǎn)生影響。網(wǎng)絡(luò)分析系統(tǒng)的組成部分主要有視頻服務(wù)器和圖像監(jiān)控服務(wù)器，光纖網(wǎng)將各個監(jiān)控設(shè)備連接到一起，操作員可通過監(jiān)控微機進行檢查和控制[2]。

2.3 建設(shè)數(shù)字化監(jiān)控平臺和數(shù)據(jù)庫

可在監(jiān)控平臺中加入數(shù)據(jù)分析功能，對設(shè)備進行實時監(jiān)控和集中控制。監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)字化發(fā)展為集中控制和自動控制提供了良好的條件，提高了系統(tǒng)運行和礦井開采的效率。數(shù)字化監(jiān)控平臺的建設(shè)能夠?qū)⒏鱾€設(shè)備的數(shù)據(jù)整合到一起，對運輸數(shù)據(jù)進行分析，不斷優(yōu)化機電運輸系統(tǒng)，更好地進行控制和管理。

該平臺主要包括三個層級：第一層是設(shè)備層，主要包括通風(fēng)機控制站、水文地質(zhì)控制站、泵房控制分站、供電控制分站中的設(shè)備；第二層是監(jiān)控層，能夠?qū)╇?、運輸、水文地質(zhì)、通風(fēng)機、泵房等情況進行監(jiān)控；第三層是管理層，主要包括生產(chǎn)調(diào)度、協(xié)同辦公、數(shù)據(jù)服務(wù)器管理等。

其中，設(shè)備層能采集各個設(shè)備的數(shù)據(jù)，對這些和數(shù)據(jù)進行處理和分析，將指令發(fā)送到監(jiān)控層。監(jiān)控層可對該指令進行分析，還能對機電運輸設(shè)備進行監(jiān)控，發(fā)布控制指令，設(shè)備層會執(zhí)行上層的指令。還要加強數(shù)據(jù)庫的建設(shè)，機電運輸設(shè)備運行的過程中會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)信息，將這些數(shù)據(jù)信息存儲到數(shù)據(jù)庫中，能夠讓監(jiān)測傳感網(wǎng)絡(luò)更加完善，為獲得完整的數(shù)據(jù)需擴大監(jiān)測范圍，將傳感設(shè)備安裝在各個區(qū)域，確保所有區(qū)域都處于監(jiān)控范圍之內(nèi)，利用傳感裝置監(jiān)測礦井中的供電、溫度、空氣、壓力等參數(shù)，獲取機電運輸設(shè)備的運行參數(shù)，判斷底層機電運輸設(shè)備的運行情況[3]。

2.4 加大安全監(jiān)管力度，加強人員管理

礦井機電運輸系統(tǒng)在長時間運行過程中逐漸形成了各種隱患問題，須加強監(jiān)管和控制，建立科學(xué)的施工制度，對礦井機電運輸系統(tǒng)的操作方法和檢修工作進行規(guī)定，確定工作流程，嚴格按照法律法規(guī)和制度規(guī)范的要求進行開采和管理，重點對機電運輸系統(tǒng)進行監(jiān)管，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)備存在問題時，立即對該問題進行分析和處理，消除系統(tǒng)運行中的隱患，保證礦井生產(chǎn)的安全。

生產(chǎn)聯(lián)隊應(yīng)建立完善的安全管理制度，按照制度的規(guī)定展開各項工作，同時還要落實責(zé)任機制，對違反規(guī)定、造成重大損失的人員進行處理，管理部門要定期進行檢查，對機電運輸系統(tǒng)的運行情況進行監(jiān)督，在監(jiān)督檢查的過程中排查安全隱患，對作業(yè)人員進行培訓(xùn)和管理，通過機制制度的約束保證開采運輸?shù)陌踩?/p>

另外，作業(yè)人員是煤礦開采的主體、也是操控設(shè)備的主體，其能力水平關(guān)系著機電運輸系統(tǒng)的運行效率。對礦井施工作業(yè)人員進行培訓(xùn)時，應(yīng)強化其安全意識，讓其了解礦井事故的危害，始終將安全放在礦井施工的第一位。礦井機電運輸系統(tǒng)非常復(fù)雜，作業(yè)人員應(yīng)充分了解系統(tǒng)和設(shè)備的構(gòu)成，了解各自管理的部分。上崗之前應(yīng)提前進行培訓(xùn)，提高技術(shù)水平，確保每一位工作人員都了解機電運輸設(shè)備的操作方法，及時解決機電運輸設(shè)備的故障問題。

2.5 加強老礦井機電運輸設(shè)備的維護

開采時間較長的老礦井存在較多的風(fēng)險因素，在老礦井中使用機電運輸設(shè)備，一定要定期對設(shè)備進行檢查和維修，為開采工作提供良好的條件，使機電運輸系統(tǒng)高效運行，快速完成后期的開采運輸工作。要對機電運輸設(shè)備進行檢查，將老化和破損的設(shè)備記錄下來，詳細記錄檢查的時間、設(shè)備以及設(shè)備故障的部位和原因，盡快購買新的設(shè)備，消除設(shè)備方面的安全隱患，要定期對機電運輸設(shè)備進行養(yǎng)護和維修，延長機電運輸設(shè)備的使用年限。每個季度都要進行檢修，每年進行一次大檢修，全面檢查礦井機電運輸系統(tǒng)的分支系統(tǒng)和機電設(shè)備，排查設(shè)備的故障問題，消除礦井施工工作的安全隱患[4]。

3 結(jié)語

對礦井機電運輸系統(tǒng)進行控制管理前需梳理清楚系統(tǒng)的組成部分，了解分支系統(tǒng)和系統(tǒng)中的設(shè)備，發(fā)現(xiàn)問題后及時追蹤問題的源頭，制定解決方案，減少機電運輸系統(tǒng)的安全隱患，使系統(tǒng)穩(wěn)定運行和健康運行。還要定期對機電運輸設(shè)備和礦井進行檢查，做好維修管理工作，增加機電運輸系統(tǒng)的使用年限。