王懷智 國家能源集團神東煤炭公司榆家梁煤礦

作為一個豐富煤礦資源擁有的大國，我國地表層中具備大量的煤礦資源，開展煤礦產(chǎn)業(yè)的開發(fā)和運用，在提高國民經(jīng)濟中發(fā)揮巨大的促進作用。但是從現(xiàn)階段開發(fā)狀況來看，中小型煤礦由于技術(shù)落后等問題，在實際生產(chǎn)中出現(xiàn)的能耗增大、整體生產(chǎn)效率降低等問題，嚴重影響著煤礦企業(yè)的發(fā)展。逐漸利用技術(shù)創(chuàng)新對機電設(shè)備升級節(jié)能技術(shù)加以優(yōu)化，在煤礦企業(yè)運行中得到很好的使用效果。結(jié)合實踐和理論進行煤礦機電設(shè)備的變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，還是有很多的課題需要去解決，目標是全面實現(xiàn)煤礦安全可靠的生產(chǎn)，增加生產(chǎn)效率。

一、變頻節(jié)能技術(shù)概述

（一）變頻調(diào)速理論基礎(chǔ)的研究

目前，變頻器在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用相對頻繁且應(yīng)用范圍較為廣泛，其主要功能是實現(xiàn)對交流異步電機的軟啟動、變頻調(diào)速、過載保護和過流保護功能團。

變頻調(diào)速原理如式（1）所示：

n=60f（1-s）/p．

（1）式中：n為提升機電機的轉(zhuǎn)速；f為提升機電機的頻率；s為提升機電機的轉(zhuǎn)差率；p為提升機電機的極數(shù)。由公式（1）可知，通過調(diào)整電機的頻率實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，進而可實現(xiàn)提升機轉(zhuǎn)速的平滑調(diào)節(jié)。

（二）變頻調(diào)速的控制機理

帶式輸送機、提升機、通風(fēng)機等均為綜采工作面的關(guān)鍵設(shè)備，為解決煤礦機電設(shè)備的節(jié)能生產(chǎn)并滿足實際生產(chǎn)的需求，需根據(jù)實際工況對設(shè)備電機的轉(zhuǎn)速進行控制，從而達到對設(shè)備的節(jié)能控制。比如，就帶式輸送機而言，通過對帶式輸送機所運送物料的狀態(tài)及帶式輸送機的溫度、壓力等參數(shù)的實時監(jiān)測和采集，并將上述所采集的數(shù)據(jù)上傳于PLC和上位機中，通過對上述參數(shù)的對比分析對變頻器的輸出頻率進行調(diào)整，從而達到對電機轉(zhuǎn)速的控制，最終實現(xiàn)對帶式輸送機帶速的控制。

隨著技術(shù)的不斷應(yīng)用和理論研究的深入，變頻器的調(diào)節(jié)技術(shù)得到了優(yōu)化，為煤礦機電設(shè)備的運行、提高壽命、節(jié)約能源提供了技術(shù)支持，真正的做到了提高設(shè)備、降低能耗和提高設(shè)備使用年限。我國煤礦開采行業(yè)改革發(fā)展，節(jié)能減排是主要方向，在提升機、采煤機和皮帶機等機電設(shè)備中應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)，可以有效降低電能損耗，提升開采效率。根據(jù)變頻節(jié)能技術(shù)原理，采用交流定周方式調(diào)節(jié)機電設(shè)備的運行功率，采用智能電氣系統(tǒng)，推動機電設(shè)備智能變頻?；谧冾l節(jié)能技術(shù)，有助于推動機電設(shè)備智能化操控，減少勞動強度和工作量，降低生產(chǎn)成本和設(shè)備維護成本，推動采煤過程自動化、智能化發(fā)展。

二、煤礦機電設(shè)備應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)的現(xiàn)狀

煤礦機電設(shè)備中推行變頻節(jié)能技術(shù)，需要充分契合煤礦生產(chǎn)情況，優(yōu)化生產(chǎn)工藝，提升開采效率的同時，減少機電設(shè)備能耗。變頻節(jié)能技術(shù)實際應(yīng)用，交流電周期固定模式更換頻率，在后續(xù)具體工作中依據(jù)工作負荷、工作環(huán)境和工作內(nèi)容來動態(tài)調(diào)整。結(jié)合可持續(xù)發(fā)展相關(guān)要求，煤礦行業(yè)引進變頻節(jié)能技術(shù)是必然選擇，尤其是煤礦機電設(shè)備類型和規(guī)模不斷增加，充分發(fā)揮變頻技術(shù)優(yōu)勢，可以大大降低電能損耗和企業(yè)生產(chǎn)成本，賦予企業(yè)可持續(xù)發(fā)展動力。隨著我國工業(yè)化進程不斷加快，對煤炭資源需求度急劇增長，但是從我國煤礦行業(yè)開采情況來看，電能損耗問題居高不下，致使企業(yè)成本較高，而變頻節(jié)能技術(shù)可以在機電設(shè)備中加以應(yīng)用。如：在提升機、采煤機和皮帶機等設(shè)備中應(yīng)用，會使電能損耗顯著下降。故此，新時期煤礦企業(yè)應(yīng)該深入研究和分析變頻節(jié)能技術(shù)，明確其應(yīng)用重要性，在不影響開采效率、效益基礎(chǔ)上，靈活運用變頻節(jié)能技術(shù)，降低電能損耗，謀求可持續(xù)發(fā)展。

三、煤礦機電設(shè)備中變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用

（一）采煤機應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)

煤礦機電設(shè)備中，采煤機作為重要組成部分，電能損耗量較大，其中包含電氣系統(tǒng)、機械系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)等，基于變頻節(jié)能技術(shù)，可以實現(xiàn)各系統(tǒng)能耗降低。其組成部分可劃分為采煤機，包括裝載系統(tǒng)、切割部、行走裝置和其他控制裝置等。切割裝置結(jié)合不同工作面動態(tài)調(diào)整設(shè)備運行功率，大功率適合大工作面作業(yè)需要，將煤礦快速納入到裝載系統(tǒng)中，小工作面下減少切割工作面，以此來實現(xiàn)節(jié)能減排的目的。裝載系統(tǒng)需要結(jié)合采煤量來調(diào)整設(shè)備運行功率，促使裝載速度和采煤速度匹配。行走裝置，采煤機作業(yè)時牽引力有所偏差，需要變頻調(diào)節(jié)行走裝置頻率，保證牽引力足夠基礎(chǔ)上，將電能損耗降到最低。另外，通過變頻節(jié)能技術(shù)合理運用，除了降低采煤機能耗，還可以減少采煤機運行負荷，提升設(shè)備使用性能、使用壽命。

（二）風(fēng)機設(shè)備應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)

煤礦開采中，風(fēng)機設(shè)備不可或缺，主要是由于井下環(huán)境相較于封閉，有很多有毒有害氣體，應(yīng)借助通風(fēng)設(shè)備將有害氣體稀釋、排出，創(chuàng)設(shè)安全的井下作業(yè)環(huán)境。通常情況下，礦井下風(fēng)機設(shè)備主要是用于換氣操作，伴隨煤礦開采不斷深入，礦井下的氣體含量有所變化，通過風(fēng)機設(shè)備中應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)，在創(chuàng)設(shè)安全開采環(huán)境下，減少風(fēng)機設(shè)備的運行壓力。保證井下空氣質(zhì)量符合要求，井下沒有瓦斯等有毒、易爆氣體后，風(fēng)機設(shè)備可以停止運行，減少不必要能耗。同時，將變頻節(jié)能技術(shù)和空氣檢測設(shè)備結(jié)合在一起，動態(tài)依據(jù)井下空氣質(zhì)量自動調(diào)節(jié)，自動化水平較高。通過變頻節(jié)能技術(shù)在風(fēng)機設(shè)備中應(yīng)用，煤礦企業(yè)取得了可觀的成果。

（三）提升機中應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)

不同礦山類型不同，對于一些開采難度大，礦井深的礦山，需要借助提升機將煤炭資源運輸?shù)降孛妫缓筮M行后續(xù)加工。提升機是煤礦企業(yè)主要生產(chǎn)設(shè)備之一，為了大大提升煤礦開采效率，必須要保證設(shè)備不間斷進行。但如果設(shè)備滿載或是空載運行狀態(tài)會有電能損耗，如何改善此類問題，推動提升機和變頻節(jié)能技術(shù)融合應(yīng)用，在智能化操控平臺下來調(diào)整提升機運行功率，提升設(shè)備運行效率的同時，為煤礦企業(yè)減少了能耗。一般情況下，煤礦企業(yè)中常見的提升機為JDBP32-185P型號，在實際應(yīng)用中節(jié)能效果可觀，可以為企業(yè)帶來更為可觀的經(jīng)濟效益。

（四）皮帶機應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)

皮帶機主要是用于輸送煤炭資源到地面，而皮帶機運行荷載并非是不變的，設(shè)備長期運行會導(dǎo)致電能損耗過大，基于變頻節(jié)能技術(shù)調(diào)整皮帶機功率，促使皮帶機變頻運行，合理配置荷載，減少電能損耗。變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，可以避免皮帶機長期超負荷運行，減少設(shè)備故障幾率，保障設(shè)備正常運轉(zhuǎn)，使用壽命也將大大延長。

（五）負載荷設(shè)備應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)

在負載荷設(shè)備中應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)，結(jié)合煤礦特殊作業(yè)環(huán)境，不斷加強變頻調(diào)速設(shè)備研發(fā)，實現(xiàn)采礦設(shè)備變頻操作。結(jié)合風(fēng)機設(shè)備運行情況逐步改造和完善操作，提升設(shè)備使用性能。改造前，綜合檢查和分析風(fēng)機設(shè)備運行情況，在此基礎(chǔ)上調(diào)整風(fēng)機的風(fēng)量、風(fēng)壓，通過變頻改造后，節(jié)能效果較為顯著，是改造前的3倍。

四、煤礦機電設(shè)備中變頻節(jié)能技術(shù)維護措施

變頻節(jié)能技術(shù)在煤礦機電設(shè)備中應(yīng)用，盡管一定程度上可以提升煤礦開采效率、質(zhì)量，應(yīng)注重合理的措施來保障變頻節(jié)能技術(shù)效應(yīng)得以發(fā)揮，維護機電設(shè)備安全穩(wěn)定運行。在機電設(shè)備中應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)，立足于機電設(shè)備運行情況，結(jié)合設(shè)備型號規(guī)格加強設(shè)備檢修和維護，安裝前調(diào)試好，合理運用變頻節(jié)能技術(shù)。

（一）制定完善的機電設(shè)備維護管理制度體系

煤礦企業(yè)的機電設(shè)備類型多樣，長時間在煤礦這一特殊環(huán)境下高負荷運行，可能受到客觀因素影響出現(xiàn)故障問題。鑒于此，應(yīng)加強機電設(shè)備維護管理力度，轉(zhuǎn)變理念來健全和完善維護管理制度體系，持續(xù)深化技術(shù)研發(fā)，推動設(shè)備技術(shù)更新，便于變頻節(jié)能技術(shù)充分在機電設(shè)備中應(yīng)用。通過日常巡查和維護，便于及時發(fā)現(xiàn)、解決設(shè)備故障問題，將安全隱患消滅在萌芽狀態(tài)。同時，檢查機電設(shè)備變頻工作情況，預(yù)測分析可能產(chǎn)生的變頻異常故障，制定防控方案，及時解決。相關(guān)維修管理人員要注重技術(shù)的學(xué)習(xí)和運用，分析可能出現(xiàn)的設(shè)備故障問題，并尋求合理方法予以解決，促使機電設(shè)備逐步恢復(fù)使用。只有保證機電設(shè)備正常運行，才能保證變頻節(jié)能技術(shù)應(yīng)有效應(yīng)充分發(fā)揮，改善潛在的機電設(shè)備安全隱患。

（二）推動機電設(shè)備和技術(shù)更新

機電設(shè)備和變頻技術(shù)不斷推陳出新，技術(shù)更新頻率加快，不斷涌現(xiàn)出先進機電設(shè)備。這就需要煤礦企業(yè)高度關(guān)注變頻節(jié)能技術(shù)更新和完善，順應(yīng)時代發(fā)展趨勢，積極運用變頻節(jié)能技術(shù)到實處，改善傳統(tǒng)技術(shù)不足和缺陷，賦予變頻技術(shù)更強的兼容性，為機電設(shè)備安全穩(wěn)定運行提供支持。新設(shè)備、新技術(shù)融合運用，對于提升煤礦機電設(shè)備運行效率和運行性能意義深遠。煤礦企業(yè)要注重資源的合理配置，投入資金用于設(shè)備的更新?lián)Q代中，提升機電設(shè)備整體靈活性、可靠性，減少設(shè)備能耗，對于延長機電設(shè)備使用壽命具有積極作用。

五、應(yīng)用案例分析

在某礦山井下采煤設(shè)備中運用電牽引采煤機回饋制動四象限變頻器之后，傾角達到15度到30度，從現(xiàn)場運轉(zhuǎn)狀況來看，在大傾角下工作，依然能夠?qū)崿F(xiàn)電氣因采煤機的調(diào)理制動力句，維持牽引速度不變，構(gòu)造非常簡單，而且操作非常便捷，速度調(diào)理牢靠。

首先在操作控制上借用動力電來控制芯線，控制回路以磁力起動機進行先導(dǎo)回路連接，組成遠程控制回路，送電后割電機和泵電機運行牽引變壓器，輸出400V交流電，啟動器延時57秒，之后經(jīng)過伺服、順從、磁力、截割電機運轉(zhuǎn)，左右端頭總停左右遙控器，總廳和變頻器湘贛上的總體串進截割電機和泵電機的溫度節(jié)點，啟動回路上接近PRC電機，溫度一旦發(fā)生超限和瓦斯?jié)舛瘸?，可以自保?jié)點接近啟動回路，經(jīng)過這些節(jié)點斷開之后，將電腦切斷，運輸機的控制上裝置的變頻器蓋板上的控制按鈕，可以控制運輸機的停機，在不控制啟動的情況下，可以完成自動化采煤機的檢修，對電磁閥的控制全部采用防爆電磁閥，分別控制左右搖臂、升降、控制、牽引電機、制動、松閘，啟動左右端頭站和左右遙控器上的上行升降。PLC程序控制系統(tǒng)可以進行左右端頭的遙控、控制和轉(zhuǎn)換隔離的切換，牽引控制達到自動化牽引電機的供電拖動游交流、變頻調(diào)控、電控安裝改動牽引電機的轉(zhuǎn)速，改動變頻器供電電壓頻率，從變頻器的設(shè)計上就設(shè)定了給定速度，將變頻器設(shè)置為轉(zhuǎn)矩給定，主變頻器由plc給出速度給定，轉(zhuǎn)矩輸出改為轉(zhuǎn)矩給定轉(zhuǎn)矩控制，由主變頻器進行控制，完成自動控制。單牽引采用變頻技術(shù)，所驅(qū)動的牽引采用齒式離合器。傳統(tǒng)的電機控制直接對風(fēng)機進行調(diào)速是無法實現(xiàn)的，企業(yè)大量的花費資金投入到增加通風(fēng)量、購買新設(shè)備，而應(yīng)用變頻技術(shù)后可以根據(jù)實際工作需要對通風(fēng)量的實時調(diào)整，避免風(fēng)機在啟停過程中的沖擊，井下作業(yè)安全度大大提升，風(fēng)機的使用壽命也得到了增加。機電設(shè)備在井下作業(yè)必須要經(jīng)歷頻繁的啟停環(huán)節(jié)，在應(yīng)用變頻技術(shù)后，使其工作更加平穩(wěn)，能根據(jù)實際工作需要，實時對牽引速度進行調(diào)整，使其工作效率變得更高、更加節(jié)能，能有效避免其工作中出現(xiàn)的溜坡、打滑現(xiàn)象，還使操作更容易控制，操控更加精準。

六、結(jié)束語

煤礦企業(yè)是耗電大戶，風(fēng)機、水泵、壓縮機等設(shè)備用電量占到整個煤礦生產(chǎn)用量的量的半數(shù)以上。采用變頻調(diào)速技術(shù)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，從變頻技術(shù)在風(fēng)機、提升機、空壓機、皮帶機中的應(yīng)用效果看，變頻技術(shù)的應(yīng)用以其卓越的調(diào)速性能和顯著的節(jié)電效果，在煤礦機電設(shè)備運行中得到廣泛推廣。隨著計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)大功率輸出技術(shù)的不斷發(fā)展，變頻器調(diào)速技術(shù)將擁有突破性的進步。今后節(jié)電和推動技術(shù)進步將成為必然的發(fā)展趨勢。高可靠性的、大容量的多功能變頻器，能夠為煤礦節(jié)省能源達到60%以上。因此采用變頻調(diào)速技術(shù)，真正的提高煤礦生產(chǎn)效益，降低煤礦生產(chǎn)能耗，改造后的機電設(shè)備將在節(jié)能環(huán)保方面發(fā)揮更大的作用，為煤礦生產(chǎn)取得更加顯著的經(jīng)濟效益助力。