掘進移變列車智能研究與應用效果分析

0 引言

掘進移變列車作為掘進工作面的重要設備之一，其智能化應用對于提高掘進效率和作業安全性具有重要意義。傳統的掘進移變列車存在操作復雜、運行效率低等問題，難以滿足現代煤礦生產的需求。而通過采用智能化技術則可有效提高掘進移變列車的運行效率和自動化水平[1-2]

目前國內礦井掘進工作面均采用配電確室的方式為掘進工作面設備進行供電。但配電確室的安設存在耗時長、消耗人工多，安裝成本高等問題。同時，隨著掘進面的不斷前移，配電確室與工作面距離變長，維護成本不斷增高，局部供風機供風距離變長，影響工作面供風，以至產生需要重新安設配電碉室等一系列問題，導致一條掘進工作面的掘進，需要安設3~4次配電銅室。這不僅造成設備損耗增大，消耗大量的人工，而且井下巷道空間窄，大型設備的搬遷存在運輸方面的安全隱患，給掘進隊伍帶來了極大的負擔。為解決掘進面配電點安設難度大、人工消耗多，需要頻繁安設等問題，迫切需要采用新型設備用以保證掘進工作的效率和安全等問題[3-4]。

1掘進移變列車布局

為了提升掘進工作的效率和安全性，對原有配電銅室的設備進行了布局設計優化，具體優化措施如下：

1.1 布局設計優化

1.1.1掘進移變列車整體設計

移變列車全車總長為 60m ，高度為 2.3m ，寬度為1.3m。列車由11節平板車組成，依次為監測監控車、辦公區、備用生產移變、生產移變、備用風機移變、專用風機移變、膠運風機饋電、輔運風機饋電、膠運風機、數據監測和輔運風機車。這樣的優化設計不僅可提高設備的集成度，還便于管理和維護。

平板車間通過萬向結和銷軸連接，可確保列車在移動過程中的穩定性和靈活性。同時，在列車上制作了頂棚，用于電纜的敷設和保護，既美觀又實用。

1.1.2優化掘進移變列車移動方式

平板車采用滑靴式和實心鐵輪式交叉使用，以適應不同路況的需求，改進后掘進移變列車如圖1所示，在移動過程中，只需一臺WC25型特種車在前方拉拽，即可輕松實現列車的整體前移，大大降低了移動難度，提高了工作效率。

圖1改進后掘進移變列車

1.2掘進移變列車優勢分析

列車在滿足供電需求基礎上，擁有監測系統、數據上傳、照明系統等功能，可在工作面突發狀況下實現迅速斷電，為工作面生產提供的保障，其優勢主要體現在以下3個方面[5-7]。

1.2.1 安全性高

整車采用滑靴、滾輪兩種底盤，并且相互交叉放置，在保證可以正常拉移前進的同時，保障列車不會出現溜坡現象。

1.2.2 靈活性高

列車在使用過程中，隨著工作面的前移，移變列車可以視情況每 100～500m 前移一次，耗時短、人工消耗少。只需一臺WC25型特種車在前方拉拽即可進行前移，如果出現設備損壞，可整車替代。

1.2.3 經濟適用

使用移變列車與安設移變碉室相比，避免了移變、饋電等移動后的重新接線、布線，減少了電氣設備、電纜的損耗。此外，移變列車的使用，極大地減少了使用特種車搬運設備的頻次。

2掘進移變智能列車應用效果分析

2.1 項目背景

隨著煤炭開采技術的不斷進步，掘進設備的智能化和自動化水平成為提高生產效率和保障安全的關鍵。掘進移變列車作為掘進工作面中的重要設備，其智能化改造和優化布局設計對于提升整體作業效率具有重要意義。為了提高掘進效率和作業安全性，陜西某煤礦引進了掘進移變智能列車。

2.2測試方案

2.2.1 費用對比方案

選擇具有代表性且地質條件相似的兩個掘進工作面作為試驗場地，確保試驗結果的可靠性和可比性。同時，確保兩個掘進工作面的其他設備配置相同，消除其他因素對試驗結果的干擾。將試驗周期設定為一年，以便收集足夠的數據進行對比分析。

2.2.2設備損耗對比方案

選擇地質條件相似、掘進進度相近的兩個掘進工作面作為試驗場地，且在兩個掘進工作面的操作人員數量、技能水平等應盡可能保持一致。此外，兩個掘進工作面的設備、電纜型號、規格、新舊程度等保持一致，以消除設備本身差異、人員以及場地對試驗結果的影響。

2.2.3人工消耗與時間消耗對比方案

選擇一條長度為 3300m 的掘進巷道作為試驗場地，確保試驗結果的可靠性和可比性。在確保兩個試驗對象（配備特種車的移變列車與原配電銅室）的設備配置相同條件下，記錄并對比兩個試驗對象在每次前移過程中參與的人員數量、工種及工作時間。記錄從開始準備前移到前移完成所需的總時間，包括設備拆卸、搬運、重新安裝等各個環節的時間。

2.3測試結果分析

2.3.1 費用對比分析

根據移變列車的特種車使用費用（2100元/h）和實際使用時間，計算總使用費用。原配電碉室使用費用包括設備搬遷費用、維護費用、能耗費用等，根據實際發生情況進行計算。

表1移變列車與原配電碉室花費對比 單位：萬元

圖2移變列車與原配電碉室花費對比

表1和圖2展示了移變列車和原配電確室在相同工況下的花費情況。移變列車的總費用為29.5萬元，其中設備搬遷費用為29.5萬元，維護費用為20.3萬元，能耗費用為22.1萬元，其他費用為9萬元。

而原配電確室的總費用則為50.5萬元，其中設備搬遷費用為20.2萬元，維護費用為50.5萬元，能耗費用為51.2萬元，其他費用為9萬元。從表1和圖2可以看出，在一個掘進工作面，移變列車的總費用比原配電確室節省約50萬元。

總體來看，移變列車的總費用相較于原配電確室有著顯著的降低，盡管在設備搬遷費用上兩者相差不大，但在維護費用和能耗費用上，移變列車展現出了明顯的優勢。考慮到實際使用中可能存在的多個掘進工作面，移變列車節省的費用將更為可觀。因此從成本效益的角度來看，移變列車無疑是一種更經濟的選擇。

2.3.2設備損耗對比分析

試驗開始前，對兩個掘進工作面的設備型號、數量、電纜長度、接頭數量等進行詳細記錄，評估掘進過程中設備的電纜損耗。

根據每次重新安設后設備、電纜的損耗計算的總損耗量。用總損耗量除以電纜總量分析損耗率。將配備特種車的移變列車與原配電確室的損耗率和損耗量進行對比分析，評估移變列車在減少重新安設過程中損耗方面的效果。

移變列車和原配電酮室在損耗量、損耗率方面的對比數據如表2和圖3所示。從表2和圖3可以看出，移變列車的損耗量為 500kW ，原配電確室的損耗量為800kW ，通過對比可知，移變列車的損耗量明顯低于原配電確室；移變列車的損耗率為 10% ，原配電酮室的損耗率為 16% ，移變列車的損耗率也低于原配電碉室，低了6個百分點。

表2移變列車與原配電室損耗量對比

圖3移變列車與原配電銅室損耗量和損耗率對比

從數據來看，移變列車在損耗量和損耗率方面均優于原配電碉室，這意味著在相同的運行條件下，移變列車能夠更有效地利用能源，減少不必要的損耗。這是由于移變列車采用了更先進的技術和設計，使其在能效方面表現更佳。

2.3.3人工消耗與時間消耗分析

2.3.3.1 分析方法

在相同的應用場景下，分別使用移變列車和原配電桐室進行電力供應作業，記錄每個作業階段的人工消耗情況。同時記錄設備的運行狀態、效率及故障情況，以評估設備對人工消耗的影響。

對比配備特種車的移變列車與原配電確室在前移過程中的人工消耗情況，計算節約的人工數量。對比兩者在前移過程中的時間消耗情況，計算節約的時間比例。

2.3.3.2結果對比

移變列車和原配電確室在人工消耗和時間消耗方面的對比數據如表3和圖4所示。

首先，從人工消耗的角度來看，移變列車所需的人工數量為20人，而原配電碉室則需要32人，移變列車在人力成本上相較于原配電確室有著顯著的降低。人工消耗的減少不僅意味著運營成本的降低，還可能反映出移變列車在設計和功能上更加高效，從而減少了對于人工操作的依賴。

其次，就時間消耗而言，移變列車完成相關任務所需的時間為 50h ，而原配電銅室則需要 80h 。時間消耗的減少不僅意味著生產效率的提升，還可能帶來整體運營周期的縮短，從而為客戶或企業創造更大的價值。通過對比，可以清晰地得出，移變列車在時間消耗上的損耗率也低于原配電桐室。

表3移變列車與原配電銅室損耗量對比

圖4移變列車與原配電銅室人工和時間消耗量對比

3結束語

本試驗旨在通過現場數據對比，驗證配備特種車的移變列車相比原配電確室是否具有顯著優勢，特別是在減少車輛使用費用方面的效果。該系統成功應用后，大大提高了掘進效率和作業安全性，一個掘進工作面可減少車輛使用費50萬元。移變列車的電纜損耗量也低于原配電確室，且在人工、時間消耗量方面，移變列車在損耗量和損耗率方面均優于原配電桐室。綜合看來，移變列車在能效方面表現更佳，為煤礦的生產效益和人員安全提供了有力保障。

參考文獻

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