煤礦井下掘進機電設備的有效節能方法

陳鵬

[摘? ? 要]在現代經濟快發展下，人們對能源與資源的需求持續增長。隨著市場需求不斷擴大，煤炭作為經濟生產的重要資源，人們對煤炭資源的消耗量與日俱增，這為煤礦企業的煤炭開采帶來了不小的壓力。在煤礦開采作業中，井下掘進機電設備是其重要的設備組成，在整個煤礦開采作業能耗中占據著很大的比例。在國家節能降耗理念的推行下，煤礦企業開始越來越注重對井下掘進機電設備節能技術方法的研究。文章主要對煤礦井下掘進機電設備的有效節能方法進行了仔細分析：首先，闡述煤礦井下掘進機電設備節能技術;其次，針對具體有效節能方法提出幾點建議，以期為煤礦開采作業節能降耗水平的提升提供一點參考。

[關鍵詞]煤礦;井下掘進機電設備;節能技術

[中圖分類號]TD353.6 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）10–00–03

Effective Energy Saving Method of Electromechanical Equipment

for Underground Excavation in Coal Mine

Chen Peng

[Abstract]With the rapid development of modern economy， the demand for energy and resources continues to grow. Coal， as an important resource of economic production， consumes more and more coal resources under the condition of increasing market demand， which brings great pressure to coal mining enterprises. In coal mining operation， underground tunneling electromechanical equipment is an important equipment composition， which accounts for a large proportion in the energy consumption of the whole coal mining operation. Under the implementation of the national concept of energy conservation and consumption reduction， coal mining enterprises begin to pay more and more attention to the research on energy-saving technology and methods of underground tunneling electromechanical equipment. This article mainly makes a careful analysis on the effective energy-saving methods of underground excavation electromechanical equipment in coal mine. Firstly， it expounds the energy-saving technology of underground excavation electromechanical equipment in coal mine， and then puts forward some suggestions for specific effective energy-saving methods， in order to provide some reference for the improvement of energy-saving and consumption reduction level of coal mining operation.

[Keywords]coal mine; underground excavation electromechanical equipment; energy saving technology

1 煤礦井下掘進機電設備節能技術概述

煤礦井下掘進機電設備主要由行走機構、工作機構、裝運機構和轉載機構構成，整個運行過程是隨著行走機構向前推進，工作機構中所配備的切割頭會破碎巖石，并直接運用裝運機構和轉載機構將碎巖運走，煤礦井下掘進機電設別具有安全、高效和成巷質量高的優點，但其成本造價較高，而且設備構造較為復雜，尤其對能源消耗較多，損耗也較大。煤礦井下掘進機電設別的線路鋪設距離較遠，有著很大的使用范圍，設備類型較多且運行時間較長，所以對煤礦井下掘進機電設備節能改進需要考慮多項因素和多角度全方位的技術改進，以有效解決其高能耗的問題，提高其節能水平。

1.1 變壓器容量選擇與配置技術

在進行煤礦井下掘進機電設備的設計和相關設備配置時，從理論上將需要重視設備變壓器效率，而要想實現機電設備變壓器最大效率，就需要針對機電設備平均荷載率做出有效調配和控制，需將其定為額定容量的55 %～75 %，但由于變壓器功率因素持續改變，其本身承載負荷將面臨超載，因此，需要依據最大功率指標進行變壓器額定容量的選擇，同時還要做好相關配置技術的改進。

1.2 控制系統節能技術

目前，我國煤炭行業中，部分企業礦井工作面開采水平維持在-1 000 m左右，距離井底相對較遠，而運輸的機電設備數量較多且線路較長，部分工業面是由順槽到集中巷，配備了超10個運輸機電設備，而只有集中控制運輸設備方能夠實現重復啟動與空載運行效率的降低。礦井中還采用了多種集中控制機電設備的模式，可以實現程序或手動控制，意味著逆煤流方向進行機電設備啟動延時，以確保煤流堆煤與壓機頭情況的形成。

1.3 變壓器功率因數調整技術

針對變壓器功率因數進行調整主要是降低負載功率因數，其會減小變壓器效率，由此增加能源損耗。如果加設移相電容器，則會對負載功率因素起到優化作用，從而達到控制無功功率的效果。同時移向電容器可實現無功電流補償，降低配變電設備實際網絡電流，降低變壓器應用率，減少變壓器線路的損耗。

2 煤礦井下掘進機電設備有效節能方法

2.1 對井下掘進機電設備的合理選擇

2.1.1 對節能變壓器的優選

節能變壓器是煤礦井下掘進機電設備中重要的核心組成部件之一，其優選直接影響著井下掘進機作業當中對能耗的消耗效果。因此，要想實現煤礦井下掘進機電設備的節能降耗，就需要針對節能變壓器進行合理選擇。為確保井下掘進機電設備節能效果，需要定期進行節能變壓器負荷率的檢查，如發現其平均負荷率低于30 %，則需要及時進行調整或更換。節能變壓器平均負荷率需要保證維持在超50 %，如選擇使用多種類型的動力變壓器，則要注意依據實際需求進行合理選擇與配置，進行變壓器選擇過程中要關注變壓器能源消耗量。首先，要確保其能源消耗量保持在節能要求標準范圍內;其次，要重點考慮設備在長時間使用下長期使用所具有的效益，不可只追求節能效果而忽視設備本身的功能水平，且還要按照實際生產需求進行變壓器數量的控制，從綜合運行效益角度合理配置變壓器設備數量。

2.1.2 合理選擇輸送控制系統

輸送控制系統主要是指煤礦井下機電設備中應用于人員、設備、煤炭資源輸送。目前在煤礦井下作業中應用較為廣泛且性能較為穩定的輸送控制系統主要包括帶式輸送和刮板輸送。

帶式輸送設備的運行具有電壓高、功率大特點，綜合性能非常重要。如果綜合性能沒有達到標準要求會對煤礦井下作業效率造成很嚴重的影響，而且帶式輸送機運行時整體能耗較高，即使保持空載或輕載時也會消耗與重載時相同的能源量。因此，在選擇帶式輸送機時需要考慮其綜合效益，盡量選擇能耗較小的設備，另外還要定期進行設備各項性能和運行狀態的檢測，以保證其運行穩定性。

刮板輸送系統的整體性能相比帶式輸送系統有著不小的差距，在輸送統一質量或同一性質物品時，刮板輸送設備的能耗要遠比帶式輸送設備所需電能更高。井下掘進機電設備中，輸送控制系統選擇要想實現節能效果的保證，其首選為帶式輸送設備。

2.2 科學進行煤礦井下掘進機電設備的應用

煤礦井下掘進機電設備要想實現節能降耗，除在設備設計與配置以及技術方面予以改進和合理控制之外，還要注重在實際使用中的管理，尤其要做好相關設備的搭配和及時維護與更換。

2.2.1 準確評估和及時維護與更換設備

為確保煤礦井下掘進機電設備的節能效果，要針對運行中的機電設備進行科學評估，針對一些電能損耗較大的設備要及時更換或技術改造。在實際井下作業中，常會發生作業人員為輕便或加快作業進度而在未遇到巖石時就開啟乳化液泵的情況，乳化液泵提前運行往往會造成大量電能的消耗，且未獲得實際效益。因此，要想降低能源損耗，除提高作業人員節能意識之外，還要針對設備運行進行科學評估，如果其能源消耗超標要及時進行調整或更換或技術改進。

2.2.2 運用先進變頻技術實現電頻頻率的控制

變頻技術的應用原理在于運用變頻器設備來進行電頻頻率的有效控制，其主要由電源板、電極電容與控制面板構成，整體結構相對較為負責，技術性較高，傳統煤炭井下掘進機電設備中沒有應用變頻技術時，無法進行電流頻率的有效控制和調整，這也是導致設備長期處于恒定運行狀態而造成能源損耗較大的主要原因，所以在煤礦井下掘進機電設備中采用變頻技術，能夠根據設備運行狀態進行電流頻率的調整，最大限度地降低電能的損耗，提高節能效果。其主要表現在：①變頻技術下功率器件主要運用智能功率模塊，其能夠自動進行功率變頻;②針對壓頻比進行了控制方式上的改進優化，主要擴展了其使用范圍;③融入了人工神經網絡與模糊自動化控制系統與自優化系統，組成了專用集成電路;④可同時進行調速、編程器參數辨識與通信等功能，有著較強的綜合性功能。

2.3 變頻器工作原理

電源輸入回路將輸入的交流電源進行整流變成直流，用電源輸出回路根據控制單元發來的指令，對有關運行數據進行檢測、比較和運算，發出動作指令，將整流后的直流電調制成某種頻率的交流電源輸出給電動機。

2.4 變頻器節能原因

輸出頻率可在0～50 Hz或更高頻率之間變化。電源頻率的降低，電源電壓也隨之降低，使得電動機的瞬時功率下降，從而減少了電源消耗。在這樣的情況下變頻器是可以節能的，但變頻器節能是有前提的，要看用途及電動機所帶負載的特性。通過調速來節能可行的是泵類、風機、壓縮機等設備的拖動，這類設備的負載轉矩與轉速的二次方成比例，功率與轉速的三次方成比例，當轉速降低1/2時，負載轉矩只有1/4，功率僅剩1/8。這類設備在設計時為滿足生產及發展余地，其拖動電動機容量大多是按最大流量、壓力選取的，通過閥門、擋板來調節流量或壓力。因此，造成能量的浪費，用變頻器降低電動機的轉速來調節流量或壓力，就可實現節能。從統計數據看可平均節能1/3，由于效果明顯，得到廣泛應用。風機、泵類負載用變頻器是可以節能，但由于設計或設備的原因，風機或水泵一直滿負荷運行，使變頻器的輸出頻率都是處于50 Hz狀態，這時節能是不可能的，因為這跟工頻運行沒有差別。只有當用風或用水的實際流量小于額定流量100 %時，電動機轉速的下降才會有節能效果的出現。

工程師曾對兩臺15 kW的風機，在工頻和變頻時的用電量進行過對比，各運行2 h電能表測出變頻比工頻還多用出1度電，這應該是正常的，因為變頻器本身還要耗電。嚴格說測試還有誤差，1度還少了點。這樣的測量還有問題，因為變頻器的輸出電流并不是純粹的工頻，其含有高次諧波，用普通顯示儀表是測不準的。變頻器的輸出電流如用變頻器面板的電流顯示值，可信度更高。所以不分負載特性、不分使用場合，說用了變頻器就可以節能是不可信的。而且用普通儀表的測量數據來進行節能對比，宣傳也是不可信的。

2.5 降低低壓供電距離以降低能源損耗

在煤礦井下掘進機電設備運行過程中，供電距離過大也會造成不小的能源浪費，所以需要重點進行供電距離的設計。煤礦井下掘進機電設備功率為固定值設定，設備運行電流會直接影響供電電壓，如果供電電壓量相對較高，則設備電流量會相應減少，線路阻抗性會隨之增大，由此產生一定的電能損耗。這就需要在進行煤礦井下掘進機電設備配置與選擇設計時注意供電距離的合理調整，以提高節能效果。

2.6 配備電力無功補償裝置提高功率因數

煤礦井下掘進機電設備能耗最為關鍵的因素是功率因數，功率因數偏低會導致設備運行中產生大量無用功率，這就會造成電力能源的損耗且不會產生效益價值，增加成本。要想解決功率因數能耗過大問題，可以通過加裝無功補償裝置來實現設備能源損耗問題的解決，其能夠實現能源損耗的有效控制，使其保持在較低的范圍內。

3 結束語

目前，我國能源產業發展逐漸開始向新能源與清潔能源領域集中，煤炭行業在我國國民經濟總體占比重開始呈現下降趨勢，這也是新能源開發與清潔能源應用下煤炭企業所必須面對的事實。而且在現代科技應用下，煤礦企業在進行煤炭開采過程中需要不斷更新設備，將高能耗問題作為煤礦井下設備設計與研究的重點，并逐漸開始采用新的技術方法予以改進，包括整機研發和零部件改良，明確節能方法與技術的研究方向。另外，煤炭行業內部也要進行自身體制與機制的優化，轉變發展理念，重視煤礦井下掘進機電設備節能技術的研究和相關設備的改造，實現對生產成本的控制，提高其節能水平，為煤炭行業的發展和行業利潤空間的提升提供有力的支持，以保證煤炭行業的綠色化持續發展。

參考文獻

[1] 吳艷鵬.礦井掘進機電設備節能措施研究[J].機械管理開發，2018，33（1）：138-139.

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[3] 路明明.煤礦井下掘進機電設備的節能措施探討[J]..江西化工，2020（3）：420-421.