煤矿机械设备电气自动化技术应用研究

余涛，梁浩栋

（1.杭州电子科技大学 浙江 杭州 310018）（2.陆良县工业信息化和商务科技局 云南 陆良 655600）

0 引言

在过去很长一段时间内，煤矿事故屡见报端，其中与机械设备有关的很高。近年来，随着科学技术的发展，大量的机械设备都开始应用电气自动化技术，并且取得了很好的效果，在促进煤矿企业发展方面立下了汗马功劳。

1 电气自动化技术在采掘机械设备方面的应用

不言而喻，煤矿采掘是煤矿生产中的重要环节，而且这一环节极易发生事故，可以说煤矿开采风险性极高。究其原因，一方面归咎于煤矿开采的环境十分复杂，地下开采空间逼仄，地质情况特殊，无法准确进行预测和判断，也就是突发因素和可变因素极多，稍有差池就会前功尽弃，甚至影响整个地下的开采环境，进而导致井下作业陷入泥淖，那么势必会威胁相关开采人员的生命安全。另一方面，与救援工作开展不力有关，因为发生意外情况，地面工作人员无法准确分析井下的事故原因，也就无法采取对应的救援措施，只能在可视范围内进行小规模的救援，无法挽回损失，也耽误了最佳的救援时间。通过实现机械设备的自动化，无论是液压牵引还是电牵引的方法，都显著提高了采煤机的安全性，从而优化采煤的环节。煤矿机械设备实现自动化的核心技术离不开计算机和传感器，以液压支架为例，通过结合相关的计算机技术，不仅能够完成高压大流量的作业，同时还能够提升移动的速度，保证采掘工作有序展开，同时提高采掘效率。在电力牵引过程中，因为电源电压一般在3500V左右，可以实现无链牵引，但是电机的牵引能力会随着容量的升高而减弱，所以还需要系统地进行监督，加强这方面的防护。在具体防护中主要还是通过PLC控制程序，对信息进行采集，参照预先的设计参数执行相关的操作。

2 电气自动化技术在运输机械设备方面的应用

传统的煤矿机械设备中运输和提升方面的功能比较薄弱，而应用电气自动化技术，可以对相关的设备实现DCS自动化控制，比如直流调速系统，在优化煤矿运输方面优势明显。而在提升机中应用变频技术，能够降低机械设备的能耗，同时提高运行效率，进而节约生产成本，举个简单的例子，如果煤矿分布不均，那么在开采过程中难免会出现机械设备空转的情况，就会耗费大量的能源，而通过应用变频技术，对电机以及其他机械设备进行控制，能够保证运输机和提升机处于最佳的工作状态，避免做无用功[1]。国产的SCR提升机主要是通过模拟线路这种方法对设备进行控制，同时一些斩波器的应用，使得自动化控制的水平更上一层楼，可以对DCS结构进行控制，从而操作运输设备，而且因为生产系统之间会有一定的连锁功能，出现问题后，通过一个缓冲区间，可以进行调整，不会扩大事故的影响。

3 电气自动化技术在变电站机械设备中的应用

众所周知，所有的煤矿设备运行动力都与供电系统有着千丝万缕的联系，可以说实现了变电

站的自动化，也就夯实了机械设备电气自动化的基础，为进一步的应用和开发做好了铺垫。

3.1 变电站运行情况

无论是5KV双回线路、8KV单回线路，还是30KV三回线路，以及两台主变压器，都属于变电站的基本设备，由于煤矿设备方面的需求，一般而言，30KV线路普遍采取集中组合的方式，并且装配保护装置，及时传递信息。

3.2 变压器保护设备

由于变压器经常会出现匝间短路的情况，为了有效应对此类故障，需要安装综合测控装置，比如：MTPR-100SD，从而对于电流过大以及负载过多的情况起到一定的调节作用。另外，对于30KV这类线路，需要安装微机线保护装置，典型的微机线保护装置是MMCU-10，从而对母线进行分段和转换，尤其是保证不同的母线不产生关联[2]。

3.3 计算机后台管理

目前常见的比较先进的变电站自动化系统是WLD2100，很多煤矿企业都将其应用到计算机后台的监控和管理工作中，并且进行一系列的改进，比如：进行隔层设计，建立相应的监控单元，并且全面收集煤矿开采的所有信息，进行统计处理和分析，之后记录在案，如果出现异常，能够发出警报。

4 电气自动化技术在安全保障方面的应用

煤矿机械设备正常运行的基础是有专门的关于机械设备的安全保障系统，也就是将电气自动化引入到安全保障管理体系中，分析可能存在问题的数据，之后采取行之有效的措施排除安全隐患，降低机械设备的运行风险，从而保障煤矿的正常开采、挖掘和运输。特别是对于井下作业而言，通过自动化技术可以全方位地了解和掌握井下数据，从而实现远程控制，最大程度地保障煤矿环境的安全。2016年起，我国就从国外引进了诸多安全监控系统，并且加大了这方面的研发和投入的力度，一些自主研发的安全监控系统也得到了很好的应用。其中比较重要的元器件是传感器，由于传感器使用寿命较短，质量不稳定，在安全监控方面制约了煤矿生产自动化的水平，加上一些操作人员在具体工作中疏忽大意，可能导致安全事故频发，所以保证监控系统的稳定性是煤矿机械设备电气自动化过程中需要解决的迫切问题。

5 电气自动化技术在保护装置中的应用

计算机技术的广泛应用，使得煤矿机械设备中差动保护装置的性能更加突出，这种利用数字算法从而保障机械设备正常工作的装置操作十分简单，后期维护成本也很低。常见的变压器接线方式为11点接线方式，而相应的差动保护装置的接线方式为Y/Y接线方式。但是在接线过程中很可能导致整个保护装置两侧的电流相位差增大，可能达到30°，那么为了消除这种不利影响，可以采用单相实验与三相实验的方法，2种方法都能够取得很好的效果，并且应用较为广泛。单相实验与三相实验电流相位的不同之处如表1所示。

表1 单相与单相实验电流相位

观察2种接线方式可以发现，在△侧加入A、C电流时，相位差在150°，而在Y侧加入A相电流，只需要保证相位与△侧相差150°即可，这样也就达到了差动保护的目的。如果条件充分，可以相位差可以有规律地进行变化，比如30°、60°、90°、120°等。

6 结语

综上所述，随着我国经济的发展，社会各行各业对于煤矿的需求量有增无减，将电气自动化技术应用到煤矿机械设备中，不仅能够保障生产安全，提高开采效率，同时还能够增强煤矿企业的竞争力，促进整个行业的健康发展。