矿山机械的发展现状及安全技术研究

摘要：随着目前工业生产中，矿山机械生产技术的高速发展，现代高科技、机械化的生产设备已经越来越多地被使用到现代的矿山生产的过程中。文章针对矿山生产中机械设备的使用情况、形成因素以及失效特点进行分析，及时排查和解决，促进矿山生产管理者、机械设备的使用者素质和水平的全面提升。

关键词：矿山机械；发展现状；安全技术；矿山生产；生产设备 文献标识码：A

中图分类号：TD823 文章编号：1009-2374（2016）11-0139-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.11.068

能源是社会不断发展的基础，能源工业是我国市场经济建设的基础工业。目前，世界一次能源结构中煤炭比例有所下降，但我国的能源生产结构一直维持在70% 80%的高比重水平，因此煤炭企业的高效、稳定生产一直是国家发展的基础。然而，虽然我国的煤炭资源丰富，但煤矿企业的生产技术却一直处于国内其他工矿企业的技术水平之下。煤炭生产离不开科学技术、科学技术成果又促进煤炭工业发展，因此应用高新技术改造传统煤炭工业生产工艺，一直是被国家所倡导的改革方针。近年来，随着电子工业的发展，变频调速技术的开发、研制、使用已经非常成熟，并且越来越多地应用于煤矿提升以及井下运输等大功耗设备，使其存在的零部件易损、维修量大、电耗高等问题都得以很好的解决。

异步电动机定子磁场的旋转速度被称为异步电动机的同步转速。异步电动机的同步转速由电动机的对数和电源频率所决定。

根据上述异步电动机的转速表达式可知，异步电动机的调速通过改变极对数、改变转差率和改变频率三种方式。其中改变转差率的调速方式效率较低，因为在电动机低速运行时，其转差率大，因此转差损耗也相应加大。而变频调速是通过改变电动机定子的供电频率来达到改变转速的方式，无论高速、低速都可以保持有限的转差率，因此其调速性能的效率非常高，可以说是一种无转差损耗的调速方式。

变频调速从原理结构上又分交直交变频和交交变频两种。交直交变频是先将工频交流电通过整流器变成直流电，在经过逆变器将直流电变换成可控频率的交流电。交交变频与交直交变频的区别在于其不需要中间直流环节，又称为直接变频器。可以输出频率和电压均可连续调节的交流电，但交交变频可调频率范围窄，一般为额定频率的1/2以下，主要用于较大的低速拖动系统，如我矿的主井、副井绞车的低频拖动便是采用交交变频技术。

煤矿井下斜井绞车承担着煤炭的提升以及材料的运输等繁重任务。因此绞车的运行是否稳定、可靠直接影响矿井的安全生产以及经济效益。以前我国大部分井下绞车调速均采用交流异步电机转子串电阻调速方式。串电阻调速属于有级调速，在绞车运行中调速非常不均匀，经常造成矿车掉道事故，极大地制约了生产效率。同时其电阻负载发热高，损耗电能造成极大浪费。因此，变频调速技术在矿山绞车提升方面拥有非常大的发展前景。

2009年12月新安装的西区两米绞车为我矿首台采用变频调速技术的电控绞车。以三菱PLC为控制中心，以唐山开诚变频器为控制单元，对提升机的启动、加速、等速运行、制动减速、爬行、停车及换向进行控制，并具有《规程》规定提升机必有的电气保护与连锁装置。各外设控制开关或传感器作为输入信号，分别采集各采集点信号，对信号集中处理。这些信号的工作状态被PLC软件调用，经逻辑、时序、比较、微分、积分等手段处理后，PLC软件的输出继电器动作，控制变频器动作，完成提升机的加速、等速、减速、爬行、制动等工作过程。该系统的变频器采用交-直-交电压型主回路，整流器与逆变器结构相同，功能器件采用IPM模块，散热器采用高效的热管散热器，因而使整个变频器结构紧凑、体积小。采用全数字无速度传感器矢量控制，使系统调速范围宽、精度高，变频器在低频运行时也保证有100%额定转矩输出。变频调速器的调速范围非常宽，可以从0 50Hz，而且调频精度高，可以真正实现电机的软启动和平滑调速。

目前，该系统已稳定运行近6年。其技术优点主要在于：（1）绞车运行操作依靠PLC可编程控制技术，绞车可根据设定进行加速、爬行、减速、停车，对司机的技术水平要求低；（2）具有回馈制动功能，当绞车在负力状态时，电机发电运行，系统会将制动能力反馈回电网；（3）调速功能强，精度高；（4）由于调速及控制通过电气实现，因此维护量很小，节约了大量的人力、物力；（5）使用IPM功率模块，解决了IGBT的串并联同步出发问题，提高了系统的安全系数。

在节电方面，变频器采用整流/回馈单元，由两组6脉动晶闸管三相全控桥反并联构成，逆变桥是通过一台自耦变压器接到电网上。当电机产生再生能量使直流母线电压升高时，逆变桥可将这部分能量通过自耦变压器回馈电网。同时变频器的使用还提高了输入电源的功率因子，在基频以下为恒转矩输出，输出功率随转速变化，因此具有很好的节电效果。与我矿另一台北三两米绞车进行对比，同样采用185kW电机，北三绞车采用串电阻调速。经计算采用变频调速的绞车月节约电量约为27297kWh。

变频器内部还可以对提升数据进行采集，通过PID计算，对系统运行状态进行分析，便于实现集中控制和系统集成。使用变频器后还省去原先的凸轮控制器及调速电阻，极大地减小了设备的布置空间，节约了开采硐室的费用，同时降低了电能损耗，可节电约30%以上。

实践证明，变频调速技术在煤矿提升、运输系统的应用方面有着绝对的优势。变频调速技术将在矿山技术改革中得到大力推广和使用，对于中国煤炭事业的发展具有极其深远的意义。工欲善其事，必先利其器，要想使煤炭矿山有更大的发展，必须将现有先进的科学技术应用到煤矿设备中去，使现有煤矿企业的自动化程度有一个质的飞跃，在矿山企业中掀起一股科技改革的浪潮。

参考文献

[1] 李良仁.变频调速技术与应用[M].北京：电子工业出版社，2009.

[2] 陈国呈.PWM变频调速技术[M].北京：机械工业出版社，1998.

[3] 佟纯厚.近代交流调速[M].北京：冶金工业出版社，2011.