煤矿机电变频控制技术与节能分析

赵利军

乌审旗蒙大矿业有限责任公司机电一队 内蒙古鄂尔多斯 017307

1 煤矿变频控制技术应用的必要性分析

1970年11月，我国第一个综采工作面在大同煤峪口煤矿进行了试验，由此拉开了综合机械化开采的序幕。经过80年代的推广应用、90年代技术升级到2019年我国建成200余个智能化综采作面，煤矿生产系统完成了机械化建设，正在朝智能化推进，设备安全和节能降耗成为企业高效生产首先要解决的问题。在现代煤矿生产中，许多安全事故的出现均是由井下机电生产设备的使用不当引起的。这是因为随着煤炭产量的不断突破新高，旧设备来不及淘汰以及工作人员不熟悉新设备性能造成的人、机、生产能力不匹配；煤矿从业人员素质参差不齐，流动性大，不熟悉设备性能，不能熟练掌握设备操作维修技能等。现代变频控制技术基本做到了设备运行免维护，设备匹配范围大，性能稳定，大大减少了设备安全事故的发生[1]。

2 煤矿井下电气设备特征

随着以IGBT绝缘栅双极型晶体管为代表的电子器件的普及，以及智能功率模块（IPM）和智能化功率集成电路（PIC）的推广，开关频率的高速化得到了实现、低导通电压的高效化和功率器件的集成化，另外逻辑控制、保护、传感及测量等功能进行了相应的集成。变频技术朝着高电压大容量化、高频化、组件模块化、小型化、智能化和低成本化的方向高速发展。

煤矿井下电气设备指的是在煤矿井下生产使用的电气设备及电气自动化设备等。依据设备的用途，可将其分为多种类别：（a）生产类机电设备——煤机、输送机、破碎机、提升机、空压机等属于直接应用于生产的设备，包括；（b）应用于信息采集、传输、存储等方面的电气设备，主要包括定位基站、安全监控、通讯、视频监控、应急广播等属于信息类机电设备；（c）辅助类机电设备——服务于生产的电气设备，包括压风机、排水泵、液压泵、阀门电动装置、淤泥处理和水处理设备、巷道照明、红绿灯、电动风门、饮水机等。

煤矿电气设备应用于煤矿生产的各个环节，种类较多，其特点有：（a）由于煤矿井下机电设备启动频繁，井下电网电压的波动范围可达75%-110%，这就要求矿用电气设备的电网电压波动适应能力要强；（b）煤矿井下机电硐室和巷道的温度较高，散热条件差,矿用电气设备要有足够的过载能力；（c）由于地质条件的变化，或在雨季，井下还可能发生突水事故，其出水量往往为正常涌水量的几倍甚至几十倍，这就需要较大的排水能力和供电系统。因此，裕量是矿用电气设备及供电系统要的重点。

3 变频技术在煤矿机电设备中的具体应用

3.1 提升机的应用

提升机占据煤矿立井生产系统的首尾环节，人员、物料及产品煤都是靠提升机进行运送，想要不断地提高提升机的运行效率，需要在使用的过程中对提升机进行一定控制。老式的调速控制是通过金属的电阻接到电动机的转子中进行一定调速，但是在实际使用过程中对煤矿的生产会造成一定的安全影响，同时也增加了提升机的电能消耗。变频控制技术的普及结合数字信息化的控制技术可以很好提高提升机的运输效率和工作质量，增强了提升机的稳定性如安全性[2]。

3.2 应用于采掘设备

作为井工煤矿的直接生产设备，采掘机组的故障将直接导致所有生产的停止，而借助变频控制技术，可以大大改善这一问题。现阶段，中国变频控制技术的应用水平还比较高。在实践中，可以采用变频控制技术使采（掘）煤机达到恒定速度，并保证运输过程不打滑的问题，大大提高了工作效率。

2019年，中煤旗下乌审旗蒙大矿业建成的第一个“智能化综采工作面”，变频控制技术一项关键技术。

3.3 流体负荷设备

变频控制技术在应用到具有流体负载的设备后，极大地提升了煤矿设备的应用效率。泵广泛用于煤矿中，例如排水泵和液压泵，它们通常在满负荷或重负荷下启动，直接启动不仅会影响设备的使用寿命，还会影响电源系统并导致不必要的功率损耗。变频调速设备可以提高采矿设备的灵活性，有效减少对设备的负面影响，从而提高产品质量，减少损失，确保煤矿安全。

3.4 在风机中的应用

在煤炭工业中，矿井通风存在一定差异。在某些时候，煤矿在生产过程中有时要注意风扇的更换，以满足各种条件下煤矿的通风要求。更换风扇后，原来的风扇将无法再使用，从而存在浪费资源的现象。应用变频控制技术后，更加容易解决各种矿井条件下的通风问题。

3.5 应用于皮带运输中

从根本上讲，使用变频控制技术进行皮带运输与提升机使用过程基本相同。在运输煤炭时，滚筒与皮带之间的摩擦力越大，皮带所能承受的重量就越大，一次运输的煤炭就越多，设备运行的压力也越大。因此，频率调节技术在运输中的应用是平衡设备和煤炭运输的关键，从而实现能耗，速度和功率之间的最佳匹配[3]。

4 结语

煤矿生产是一系列高能生产过程，能源消耗一直是限制提高煤矿综合效益的主要因素之一。由于变频设备的广泛使用，在煤矿生产过程中实现了每个过程的工作量和能耗的最佳协调，并且以最小的能耗实现了最佳的工作效率。同时，通过煤矿的高效运行，将能耗降到最低，为不断提高煤矿生产综合优势提供了可靠的保证。