礦山機械的發(fā)展現(xiàn)狀及安全技術研究

卜繁剛

摘要：隨著目前工業(yè)生產(chǎn)中，礦山機械生產(chǎn)技術的高速發(fā)展，現(xiàn)代高科技、機械化的生產(chǎn)設備已經(jīng)越來越多地被使用到現(xiàn)代的礦山生產(chǎn)的過程中。文章針對礦山生產(chǎn)中機械設備的使用情況、形成因素以及失效特點進行分析，及時排查和解決，促進礦山生產(chǎn)管理者、機械設備的使用者素質(zhì)和水平的全面提升。

關鍵詞：礦山機械；發(fā)展現(xiàn)狀；安全技術；礦山生產(chǎn)；生產(chǎn)設備 文獻標識碼：A

中圖分類號：TD823 文章編號：1009-2374（2016）11-0139-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.11.068

能源是社會不斷發(fā)展的基礎，能源工業(yè)是我國市場經(jīng)濟建設的基礎工業(yè)。目前，世界一次能源結構中煤炭比例有所下降，但我國的能源生產(chǎn)結構一直維持在70%～80%的高比重水平，因此煤炭企業(yè)的高效、穩(wěn)定生產(chǎn)一直是國家發(fā)展的基礎。然而，雖然我國的煤炭資源豐富，但煤礦企業(yè)的生產(chǎn)技術卻一直處于國內(nèi)其他工礦企業(yè)的技術水平之下。煤炭生產(chǎn)離不開科學技術、科學技術成果又促進煤炭工業(yè)發(fā)展，因此應用高新技術改造傳統(tǒng)煤炭工業(yè)生產(chǎn)工藝，一直是被國家所倡導的改革方針。近年來，隨著電子工業(yè)的發(fā)展，變頻調(diào)速技術的開發(fā)、研制、使用已經(jīng)非常成熟，并且越來越多地應用于煤礦提升以及井下運輸?shù)却蠊脑O備，使其存在的零部件易損、維修量大、電耗高等問題都得以很好的解決。

異步電動機定子磁場的旋轉速度被稱為異步電動機的同步轉速。異步電動機的同步轉速由電動機的對數(shù)和電源頻率所決定。

根據(jù)上述異步電動機的轉速表達式可知，異步電動機的調(diào)速通過改變極對數(shù)、改變轉差率和改變頻率三種方式。其中改變轉差率的調(diào)速方式效率較低，因為在電動機低速運行時，其轉差率大，因此轉差損耗也相應加大。而變頻調(diào)速是通過改變電動機定子的供電頻率來達到改變轉速的方式，無論高速、低速都可以保持有限的轉差率，因此其調(diào)速性能的效率非常高，可以說是一種無轉差損耗的調(diào)速方式。

變頻調(diào)速從原理結構上又分交直交變頻和交交變頻兩種。交直交變頻是先將工頻交流電通過整流器變成直流電，在經(jīng)過逆變器將直流電變換成可控頻率的交流電。交交變頻與交直交變頻的區(qū)別在于其不需要中間直流環(huán)節(jié)，又稱為直接變頻器?？梢暂敵鲱l率和電壓均可連續(xù)調(diào)節(jié)的交流電，但交交變頻可調(diào)頻率范圍窄，一般為額定頻率的1/2以下，主要用于較大的低速拖動系統(tǒng)，如我礦的主井、副井絞車的低頻拖動便是采用交交變頻技術。

煤礦井下斜井絞車承擔著煤炭的提升以及材料的運輸?shù)确敝厝蝿?。因此絞車的運行是否穩(wěn)定、可靠直接影響礦井的安全生產(chǎn)以及經(jīng)濟效益。以前我國大部分井下絞車調(diào)速均采用交流異步電機轉子串電阻調(diào)速方式。串電阻調(diào)速屬于有級調(diào)速，在絞車運行中調(diào)速非常不均勻，經(jīng)常造成礦車掉道事故，極大地制約了生產(chǎn)效率。同時其電阻負載發(fā)熱高，損耗電能造成極大浪費。因此，變頻調(diào)速技術在礦山絞車提升方面擁有非常大的發(fā)展前景。

2009年12月新安裝的西區(qū)兩米絞車為我礦首臺采用變頻調(diào)速技術的電控絞車。以三菱PLC為控制中心，以唐山開誠變頻器為控制單元，對提升機的啟動、加速、等速運行、制動減速、爬行、停車及換向進行控制，并具有《規(guī)程》規(guī)定提升機必有的電氣保護與連鎖裝置。各外設控制開關或傳感器作為輸入信號，分別采集各采集點信號，對信號集中處理。這些信號的工作狀態(tài)被PLC軟件調(diào)用，經(jīng)邏輯、時序、比較、微分、積分等手段處理后，PLC軟件的輸出繼電器動作，控制變頻器動作，完成提升機的加速、等速、減速、爬行、制動等工作過程。該系統(tǒng)的變頻器采用交-直-交電壓型主回路，整流器與逆變器結構相同，功能器件采用IPM模塊，散熱器采用高效的熱管散熱器，因而使整個變頻器結構緊湊、體積小。采用全數(shù)字無速度傳感器矢量控制，使系統(tǒng)調(diào)速范圍寬、精度高，變頻器在低頻運行時也保證有100%額定轉矩輸出。變頻調(diào)速器的調(diào)速范圍非常寬，可以從0～50Hz，而且調(diào)頻精度高，可以真正實現(xiàn)電機的軟啟動和平滑調(diào)速。

目前，該系統(tǒng)已穩(wěn)定運行近6年。其技術優(yōu)點主要在于：（1）絞車運行操作依靠PLC可編程控制技術，絞車可根據(jù)設定進行加速、爬行、減速、停車，對司機的技術水平要求低；（2）具有回饋制動功能，當絞車在負力狀態(tài)時，電機發(fā)電運行，系統(tǒng)會將制動能力反饋回電網(wǎng)；（3）調(diào)速功能強，精度高；（4）由于調(diào)速及控制通過電氣實現(xiàn)，因此維護量很小，節(jié)約了大量的人力、物力；（5）使用IPM功率模塊，解決了IGBT的串并聯(lián)同步出發(fā)問題，提高了系統(tǒng)的安全系數(shù)。

在節(jié)電方面，變頻器采用整流/回饋單元，由兩組6脈動晶閘管三相全控橋反并聯(lián)構成，逆變橋是通過一臺自耦變壓器接到電網(wǎng)上。當電機產(chǎn)生再生能量使直流母線電壓升高時，逆變橋可將這部分能量通過自耦變壓器回饋電網(wǎng)。同時變頻器的使用還提高了輸入電源的功率因子，在基頻以下為恒轉矩輸出，輸出功率隨轉速變化，因此具有很好的節(jié)電效果。與我礦另一臺北三兩米絞車進行對比，同樣采用185kW電機，北三絞車采用串電阻調(diào)速。經(jīng)計算采用變頻調(diào)速的絞車月節(jié)約電量約為27297kWh。

變頻器內(nèi)部還可以對提升數(shù)據(jù)進行采集，通過PID計算，對系統(tǒng)運行狀態(tài)進行分析，便于實現(xiàn)集中控制和系統(tǒng)集成。使用變頻器后還省去原先的凸輪控制器及調(diào)速電阻，極大地減小了設備的布置空間，節(jié)約了開采硐室的費用，同時降低了電能損耗，可節(jié)電約30%以上。

實踐證明，變頻調(diào)速技術在煤礦提升、運輸系統(tǒng)的應用方面有著絕對的優(yōu)勢。變頻調(diào)速技術將在礦山技術改革中得到大力推廣和使用，對于中國煤炭事業(yè)的發(fā)展具有極其深遠的意義。工欲善其事，必先利其器，要想使煤炭礦山有更大的發(fā)展，必須將現(xiàn)有先進的科學技術應用到煤礦設備中去，使現(xiàn)有煤礦企業(yè)的自動化程度有一個質(zhì)的飛躍，在礦山企業(yè)中掀起一股科技改革的浪潮。

參考文獻

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[3] 佟純厚.近代交流調(diào)速[M].北京：冶金工業(yè)出版

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作者簡介：蘆世波（1982-），男，遼寧沈陽人，供職于沈陽煤業(yè)集團沈陽沈北煤礦有限公司蒲河煤礦，研究方向：機電；潘福亮（1982-），男，遼寧沈陽人，供職于沈陽煤業(yè)集團沈陽沈北煤礦有限公司蒲河煤礦，研究方向：電氣；王焱燚（1986-），女，遼寧沈陽人，供職于沈陽煤業(yè)集團焦煤有限公司。

（責任編輯：秦遜玉）