礦井機電運輸系統特點及控制管理的研究

華亭煤業集團有限責任公司 王秀其 王貴明

1 礦井機電運輸特點

1.1 系統和運行環境比較復雜

礦井機電運輸系統的構成非常復雜，呈現出多層次的特點，系統各個部分緊密相連，形成多層次的網絡格局。采煤工作主要包括四個步驟，采掘工作和回采工作完成后，利用機電運輸系統進行運輸和提升。為滿足采煤和運煤的需求設計了多個分支系統，共同構成了機電運輸系統，其中較重要有供電、通風、排水系統，后兩個步驟的工作主要由運輸系統和提升系統負責。每個系統都包含多個機電設備，如電動機和主軸裝置等。機電運輸系統的運行環境十分復雜，采掘和開采工作主要在礦井中進行，通風系統能對礦井中的瓦斯含量進行控制，掘進開采的過程中還要注意頂板壓力和排水問題，為保證開采和運輸安全，一定要對環境中的安全隱患進行排查，確保機電系統能在礦井環境中安全運行。

1.2 存在較多安全隱患

礦井機電運輸系統在運行過程中存在較多安全隱患，我國應用該系統時間較晚，運行后經常會出現技術方面的問題。部分生產聯隊長時間使用機電運輸系統，沒有及時進行養護和維修，部分設備中的零件已磨損或老化，存在較大安全隱患。機電設備需定期進行檢查，部分工作人員沒有按照機電設備的要求進行檢查和維護，也沒有在各個環節進行檢查，導致系統的運行不夠連貫。礦井環境中存在較多隱患。如，當瓦斯和煤塵的比例和含量達到特定的數值后有可能引發爆炸。

另外礦井巷道中的濕度較高，有可能會腐蝕設備，運行時用電需求較大，若供電系統長期處于高負荷的運行環境，供電電路可能會形成短路，影響整體設備的運行。

1.3 對作業人員的要求較高

機電運輸系統的使用存在一定特殊性，對作業人員有較高要求，當前礦井施工人員的技術水平相對較低，一旦沒有按照規范進行操作有可能威脅自身的安全。如，對管道進行維修時，由于沒有進行支護導致管道破裂，對施工人員造成了巨大的傷害。工作人員是設備操控的主體，當前的設備沒有徹底實現自動化，很多地方需要手動操控，工作人員要增強自身的安全意識與責任意識，在系統長時間的運行中時刻保持操作區域的安全，特種崗位要求工作人員具備專業的技術，不能隨便調整這類崗位的工作人員。

1.4 維護難度較大

隨著開采工作的推進，開采的深度將會越來越深，運輸提升的難度也會越來越大。深層環境的開采條件較差，要更加嚴格地控制機電運輸系統，同時設備維修的間隔時間也越來越短，維修工作具有一定的難度，要更加細心地進行維修，替換老化和磨損的部件，在維修過程中時刻注意系統設備的運行情況，對不安全的因素進行控制。礦井機電運輸系統的特點為：系統復雜（機電復雜、子系統多、節點并聯、聯動變化）；隱患多（瓦斯煤塵、腐蝕影響、安裝條件）；對人員要求高（安全意識、作業水平、責任意識）；老礦井難以維護（系統延伸、條件下降、維修繁瑣），應結合系統的特點進行維修和管理。

2 礦井機電運輸系統控制管理措施

2.1 加強排水系統和供電系統的管理

礦井防水工作是安全開采的基礎和前提，要對排水系統和排水設備進行控制管理，工作人員要注意井下裝置的情況，檢查排水設備和供電設備的運行情況。安裝排水設備時，注意設備的性能，確保設備能滿足排水需求。使用排水設備前要對設備進行檢測，避免開采工作受到排水設備影響。在施工期間排水設備需保持一定的排水量，為保證排水工作順利進行，需在前期工作中準備另一個排水設備，一旦排水設備出現故障可立即更換設備，操控新的設備繼續進行排水，讓水泵和排水管道共同發揮作用。

可對排水系統進行優化設計，引入自動化控制技術，傳統排水系統主要為手動閥和手動控制，將其替換為電動控制閥和電動控制設備，用真空泵吸水，對設備運行參數進行監測和分析，采用遠程控制方式或由系統自動進行控制，提高排水效率。對供電系統進行控制管理時，通常礦井需要至少兩個電源線路，多個電源線路能保證施工過程中供電的穩定性，這些電源線路能承擔負載壓力。當煤礦的環境條件較差時，應加強供電站的管理和控制，各個部分均采用兩個以上的電源線路，同時還要對排水泵等設備進行控制，確保機電運輸系統穩定運行[1]。

作業人員對機電設備進行檢查時應注意失爆問題：對于螺栓固定的隔爆接合面，若缺少螺栓、彈簧墊圈、螺母，彈簧墊圈沒有壓平、失去彈性、斷裂，螺栓松動，螺栓、螺孔滑扣，說明出現了失爆情況；對于進嘴連接線，密封圈材質須為橡膠且邵氏硬度要在45～55度之間，根據規定進行老化處理，進線裝置須要安裝密封圈且朝向外部，接線后對緊固件進行檢查，抽拉電纜，保證電纜不會竄動，密封圈內徑和電纜外徑間的差距要低于1mm，密封圈寬度要超過電纜外徑0.7倍且寬度要大于10mm，厚度要超過電纜外徑0.3倍且厚度要超過4mm。在低壓隔爆開關出接入鎧裝電纜時要將密封圈套在電纜護套上，進嘴線傳入長度為5～15mm。高用鋼墊板壓緊壓隔爆開關的接線嘴，鋼墊板的選擇應考慮接線嘴法蘭的厚度和直徑。

對于接線裝置來說，若密封圈單孔中存在多個電纜，單個引入裝置含有多個密封圈，擋板處于密封圈內部，密封圈未壓緊，螺母不夠緊固，沒有在高壓鎧裝電纜終端接線盒的部位涂抹絕緣膠，存在絕緣裂紋，出現任何一種情況都說明接線裝置失爆。除要注意這些部位的失爆情況，還要注意隔爆殼、隔爆面、隔爆型插銷的情況，對礦井機電運輸設備進行隔爆處理。

礦井機電設備一定要具備良好的隔爆性能，可參考隔爆性能數據參考標準進行選擇：隔爆結合面間隙≤0.5mm、隔爆結合面粗糙度≤6.3、螺紋隔爆結構（螺距）＞0.7mm、生產機械傷痕（寬度與深度）＜0.5mm。選擇設備時注意隔爆結合面的情況。對隔爆機電設備進行應用時要注意設備使用時的環境溫度，盡量在-20～40℃間使用，電纜連接處要安裝防爆電纜接線盒，使用密封的電纜引入裝置，若額定電壓不同要采用不同的絕緣材料，按照國家標準控制爬電距離與電氣間隙，如果使用塑料外殼需保證材料為不燃性或難燃性材料，避免靜電積聚，外殼材料不應使用鋁合金材料，避免溫度過高。

2.2 建立復雜網絡分析系統

由于機電運輸系統較復雜，其復雜性會對系統運行產生一定的影響，為讓系統運行更加高效，可參考復雜網絡分析理論構建系統，形成數字化模型，利用該模型分析機電運輸系統中的復雜問題。復雜網絡分析系統能對安全隱患進行處理，找到復雜問題的源頭和形成原因，以此來制定應對方案。這一理論主要是將機電運輸系統中的機電設備當成節點，設備間的關聯就是節點間的關聯，根據節點間的聯系進行連接就會產生機電運輸網絡，對其進行分析能夠讓系統正常運行。系統可利用機電運輸網絡采集數據，掌握機電運輸設備的運行參數，形成一個完整的數據庫。

機電運輸網絡是實現閉環控制的重要條件，而數字化模型能為遠程監控和跟蹤治理提供支持，監督整個系統的運行過程，及時發現系統運行中的薄弱部分，對相應的部分進行優化和升級。如，對電機、聯軸器與驅動泵幾個節點間的關系進行分析時，可分析節點訪問級別，得到聚集系數和相關節點的參數，明確交換機所在的區域，進而判斷網絡中各個節點的重要性，分析各個節點間的關聯性和相互作用，一旦水泵出現問題就會對整個系統產生影響。網絡分析系統的組成部分主要有視頻服務器和圖像監控服務器，光纖網將各個監控設備連接到一起，操作員可通過監控微機進行檢查和控制[2]。

2.3 建設數字化監控平臺和數據庫

可在監控平臺中加入數據分析功能，對設備進行實時監控和集中控制。監控系統的數字化發展為集中控制和自動控制提供了良好的條件，提高了系統運行和礦井開采的效率。數字化監控平臺的建設能夠將各個設備的數據整合到一起，對運輸數據進行分析，不斷優化機電運輸系統，更好地進行控制和管理。

該平臺主要包括三個層級：第一層是設備層，主要包括通風機控制站、水文地質控制站、泵房控制分站、供電控制分站中的設備；第二層是監控層，能夠對供電、運輸、水文地質、通風機、泵房等情況進行監控；第三層是管理層，主要包括生產調度、協同辦公、數據服務器管理等。

其中，設備層能采集各個設備的數據，對這些和數據進行處理和分析，將指令發送到監控層。監控層可對該指令進行分析，還能對機電運輸設備進行監控，發布控制指令，設備層會執行上層的指令。還要加強數據庫的建設，機電運輸設備運行的過程中會產生大量的數據信息，將這些數據信息存儲到數據庫中，能夠讓監測傳感網絡更加完善，為獲得完整的數據需擴大監測范圍，將傳感設備安裝在各個區域，確保所有區域都處于監控范圍之內，利用傳感裝置監測礦井中的供電、溫度、空氣、壓力等參數，獲取機電運輸設備的運行參數，判斷底層機電運輸設備的運行情況[3]。

2.4 加大安全監管力度，加強人員管理

礦井機電運輸系統在長時間運行過程中逐漸形成了各種隱患問題，須加強監管和控制，建立科學的施工制度，對礦井機電運輸系統的操作方法和檢修工作進行規定，確定工作流程，嚴格按照法律法規和制度規范的要求進行開采和管理，重點對機電運輸系統進行監管，發現系統設備存在問題時，立即對該問題進行分析和處理，消除系統運行中的隱患，保證礦井生產的安全。

生產聯隊應建立完善的安全管理制度，按照制度的規定展開各項工作，同時還要落實責任機制，對違反規定、造成重大損失的人員進行處理，管理部門要定期進行檢查，對機電運輸系統的運行情況進行監督，在監督檢查的過程中排查安全隱患，對作業人員進行培訓和管理，通過機制制度的約束保證開采運輸的安全。

另外，作業人員是煤礦開采的主體、也是操控設備的主體，其能力水平關系著機電運輸系統的運行效率。對礦井施工作業人員進行培訓時，應強化其安全意識，讓其了解礦井事故的危害，始終將安全放在礦井施工的第一位。礦井機電運輸系統非常復雜，作業人員應充分了解系統和設備的構成，了解各自管理的部分。上崗之前應提前進行培訓，提高技術水平，確保每一位工作人員都了解機電運輸設備的操作方法，及時解決機電運輸設備的故障問題。

2.5 加強老礦井機電運輸設備的維護

開采時間較長的老礦井存在較多的風險因素，在老礦井中使用機電運輸設備，一定要定期對設備進行檢查和維修，為開采工作提供良好的條件，使機電運輸系統高效運行，快速完成后期的開采運輸工作。要對機電運輸設備進行檢查，將老化和破損的設備記錄下來，詳細記錄檢查的時間、設備以及設備故障的部位和原因，盡快購買新的設備，消除設備方面的安全隱患，要定期對機電運輸設備進行養護和維修，延長機電運輸設備的使用年限。每個季度都要進行檢修，每年進行一次大檢修，全面檢查礦井機電運輸系統的分支系統和機電設備，排查設備的故障問題，消除礦井施工工作的安全隱患[4]。

3 結語

對礦井機電運輸系統進行控制管理前需梳理清楚系統的組成部分，了解分支系統和系統中的設備，發現問題后及時追蹤問題的源頭，制定解決方案，減少機電運輸系統的安全隱患，使系統穩定運行和健康運行。還要定期對機電運輸設備和礦井進行檢查，做好維修管理工作，增加機電運輸系統的使用年限。