井下采煤系统变频节能技术研究论文

2024-07-27

井下采煤系统变频节能技术研究论文（精选6篇）

1.井下采煤系统变频节能技术研究论文篇一

1 当前主要的井下采煤技术分析

1.1 小煤矿技术改造

国家对煤矿行业积极整顿, 在整顿的过程中, 许多技术落后、设备落后的小煤矿关闭, 这对于促进煤矿产业的发展有着重要的意义。在关闭众多不符合要求的小煤矿的同时, 国家对一些单井小煤矿的采煤技术进行了改造, 提升了其井下采煤的机械化水平, 设备工艺逐渐完善, 采煤技术越来越先进, 这就提升了这些小煤矿井下采煤的产量和效率[1]。受限于资金和技术, 许多小煤矿的顶底板控制技术比较落后, 为了避免顶底板安全事故的发生, 小煤矿还应当加强对顶底板控制技术的升级, 以此来保证井下采煤的安全性。

1.2 爆破采煤技术

爆破采煤技术就是通过爆破的方式实现井下采煤, 其中的关键环节就是炮眼的安置, 具体来说有五种安装形式, 如图1所示。

爆破采煤技术主要有以下三个步骤: (1) 爆破落煤:在爆破落煤的过程中要保证爆破的精度, 不要对顶板以及运输机造成破坏, 在保证爆破效果的基础上, 尽可能地减少对炸药的使用量, 这就需要选择合适的炮眼安置方式; (2) 装煤:在装煤的过程中, 将以部门落下的原煤用爆破的方式装到运输机之上, 但大部分的原煤需要人工装煤; (3) 采空区处理和工作面支护:为了保证采煤的安全, 应当做好采空区的处理工作, 常用的处理方法是全部垮落法, 在支护的过程中要保证足够的工作空间, 采用密集型支柱、单支柱、对支柱等形式进行支护。

1.3 普通机械化采煤技术

普通机械化采煤技术是一种传统的机械化井下采煤方式, 其中;落煤和装煤在同一时段完成, 其他流程和爆破采煤技术相同[2]。一般来说, 主要分为单滚筒采煤机和双滚筒采煤机两种采煤形式, 左螺旋滚筒在右工作面工作, 在工作的时候滚筒逆时针旋转, 右螺旋同在左工作面工作, 滚筒顺时针旋转, 如图2所示。

1.4 综合机械化采煤技术

综合机械化采煤技术主要依赖于双滚筒采煤机, 在运输煤矿的时候可以采用可弯曲刮板 (如图3所示) , 其中的各个采煤工艺流程都能够实现机械化, 劳动强度小, 且采煤安全性较高。

1.5 连续采煤技术

连续采煤技术应用中, 破煤和装煤采用连续采煤机, 运输煤则采用运输机, 也可以采用梭车 (如图4所示) , 在进行顶板支护的过程中采用锚杆, 整个采煤程序都是机械化操作。具体来说, 其使用煤房将煤层进行分割, 之后采用开采合一的方法, 在一个区段内的煤房全部开采完毕之后, 将分割的煤柱进行回收。

2 采煤技术及采煤工艺的选择

2.1 爆破采煤技术工艺的选择

爆破采煤技术工艺指的是在井下采煤的过程中采用爆破的手段进行落煤, 之后用人工或机械的方式进行装煤的一种井下采煤技术工艺。爆破采煤技术需要爆破、人工和机械的结合, 其经常在井下煤炭开采过程中被应用。爆破采煤技术工艺有着技术要求低、操作简单、掌控容易等特点, 因此其应用的范围较广, 应用的频率较高[3]。但爆破采煤技术工艺也有着一定的局限性, 劳动条件差、施工环境差等都会影响爆破采煤技术工艺的应用。根据我国煤炭开采规定, 如果煤炭开采的施工条件不适合机械开采, 则可以使用爆破采煤技术工艺, 而在实际的应用过程中, 对于一些地质复杂或倾斜角度较大的煤层, 可以选择爆破采煤技术工艺。

2.2 普通采煤技术工艺的选择

普通采煤技术工艺指的是在一个时间段内完成破煤、采煤、装煤等工序, 采用机械化的方式来运煤, 并进行单体支护。对于煤炭开采企业来说, 在选择井下采煤技术工艺的过程中, 成本是首要的考虑因素, 相较于综合采煤技术工艺来说, 普通采煤技术工艺设备成本较低, 因此大部分煤炭开采企业选择普通采煤技术工艺都是为了节约成本[4]。但需要注意的是, 虽然普通采煤技术工艺的成本较低, 但其才没的数量以及质量却远远落后于综合采煤技术工艺。除了成本优势之外, 普通采煤技术工艺的适应性更强, 其能够适用于复杂变化的地质条件, 这是普通采煤技术工艺的自身优势。普通采煤技术工艺对于施工人员的技术要求不高, 操作简单易懂。通过上述的分析可知, 对于一些质量不高、地质复杂的井下采煤工作来说, 可以选择普通采煤技术工艺, 不仅十分经济, 且效果良好。

2.3 综合采煤技术工艺的选择

在应用综合采煤技术工艺进行井下采煤的过程中, 煤矿切割、煤炭运输以及支护作业面等各个流程都需要机械化设备跌支持, 相较于其他井下采煤技术工艺而言, 综合采煤技术工艺有着众多优势, 在井下采煤的过程中, 其能够实现低能耗、高效率的工作, 且对于工作人员的要求不高, 工作强度不大, 当前有着众多的煤炭开采企业都积极地应用综合采煤技术工艺。但需要明确的是, 综合采煤技术工艺在应用的过程中也有着许多的局限性, 综合采煤技术工艺依赖于机械设备, 而这些机械设备的成本较高, 同时其对矿井的性能要求较高, 且依赖于管理人员高超的管理操作水平, 因此在选择综合采煤技术工艺的过程中要注意以上几点问题。经过大量的实践经验证明, 综合采煤技术工艺在煤层倾角小于50°的范围内比较适合使用。因此一些机械设备配置完善, 管理人员操作要求高, 且煤层倾角比50°小的井下采煤过程中可以考虑选择综合采煤工艺技术。

2.4 连续采煤技术工艺的选择

对于连续采煤技术工艺来说, 其装煤和破煤的工序对连续煤炭开采机的依赖性较强, 才运煤的工序中, 则依赖于可以伸缩的输送机, 在作业面整理与废料运输的过程中, 则需要铲车来完成。连续采煤技术工艺一直是井下采煤技术中比较重要的一种, 其最大的优点就是能够提升开采量。此外, 连续采煤技术工艺的应用成本较低, 其属于一种机械化的井下采煤技术工艺, 在采煤的过程中能够保证工作人员的安全性, 同时连续采煤技术工艺的适应性较强, 开采效率较高[5]。但与众多井下采煤技术工艺一样, 其也有着一定的局限性, 连续采煤技术工艺对于煤炭资源的回收和利用能力较弱, 且其通风条件较差, 在选择的过程中, 要尤其注意连续采煤技术工艺的这两个特点。此外, 连续采煤技术工艺对于地质条件也有着较高的要求, 煤层的厚度不能过厚, 每层的结构不能过于复杂, 且质地不能太软, 煤层倾角要比15°小, 只有满足上述条件, 才能够考虑选择连续采煤技术工艺进行井下采煤。

3 结论

井下采煤技术与工艺的选择对于煤矿企业的经济效益有着重要的影响。煤炭企业应当结合实际, 立足于煤矿本身的特点, 合理的选择井下采煤技术和工艺。本文简要介绍了几种常见的井下采煤技术, 并分析了井下采煤技术和工艺的选择依据, 旨在为相关企业的开采中井下采煤技术的选择提供参考。

摘要：科技的发展日新月异, 井下采煤技术也不断进步, 这对于推动我国煤炭产业的发展有着重要的意义。对于井下采煤来说, 选择合适的采煤技术和采煤工艺能够提升开采效率。本文简要介绍了当前几种主要的井下采煤技术, 并探讨了采煤技术与采煤工艺的选择, 旨在为我国井下采煤的相关实践提供参考。

关键词：井下采煤,采煤技术,采煤工艺,选择

参考文献

[1]郝忠军.井下采煤技术及采煤工艺的选择[J].内蒙古科技与经济, 2007, 13:104-105.

[2]董凯.基于井下采煤方式的技术和工艺方法选择问题的研究[J].科技与企业, 2012, 04:94.

[3]盛中涌.浅析井下采煤技术及采煤工艺的选择[J].中国高新技术企业, 2013, 12:128-129.

[4]张泗洪, 等.井下采煤技术与采煤工艺的选择应用[J].黑龙江科学, 2014, 07:215.

2.煤矿井下变频器节能问题探讨篇二

【关键词】变频;煤矿机电;应用

1.变频技术的发展情况

随着电力电子技术和控制理论的进步，变频技术在理论和应用方面取得了较快的发展。在功率器件方面，经过了GTR、IGBT的更替，并进一步发展为智能功率模块（IPM）；在控制理论方面，压频比（U1/f）控制方式得到很大改进，矢量控制和转矩直接控制方式在实际变频器中广泛应用，模糊自优化控制、人工神经网络等控制方法成为新技术的研发方向；调速系统的集成度越来越高，从单片机开始，先后产生了数字信号处理器（DPS），精简指令集计算机（RISC），出现的高级专用集成电路（ASIC）；在功能方面，变频器的综合化越来越高，除了能完成基本的调速功能外，具有内置的可编程序、参数辨识及通信等功能。

2.变频调速原理

利用电力半导体器件的通断作用把电压和频率固定不变的工频交流电变换为电压或频率可变的交流电的电能控制装置称作“变频器”。变频调速就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的。变频器主要采用交—直—交方式，先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM（脉冲宽度调制）波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。PWM控制技术一直是变频技术的核心技术之一。

3.交流四象限变频器在煤矿机电设备中的应用

采掘设备的大坡度工作环境，提升机、输送机、电铲等机电设备的频繁调速、起停，要求变频器能四象限工作。四象限变频器将整流电路由原来的全波整流桥改为由IPM（智能功率模块）构成的可控整流桥，当电机处于电动状态时，四象限变频器的控制与两象限变频器的工作是完全一样的，当电机处于发电状态时，四象限变频器中原来的逆变电路将作为整流电路工作，而原来的整流电路则作为逆变电路工作，达到将电机产生的电量回馈到电网的目的。

3.1在采煤机中的应用

目前，采煤机变频调速系统已从“一拖二”发展到“一拖一”，我国能量回馈型四象限运行的交流变频调速采煤技术处于世界领先水平，国产电牵引采煤机行走功率最大2×110KW，变频器电压380V，能够实现额定转速下恒定转矩调速，额定转速以上恒定功率调速及两台变频器之间的主从控制和转矩平衡。太原井下机器集团生产的MGTY300/730-1.1D电牵引采煤机使用了回馈制动的四象限变频器，在开滦集团范各庄矿进行了应用，采区的倾角为12°～18°，局部达到25°～30°，从现场运行情况来看，四象限变频器调速电牵引采煤机对大倾角工作面能较大范围内调节制动力矩，维持牵引速度基本不变，机器没有发生下滑跑车的现象，结构简单、控制灵活、操作方便、速度调节可靠。

3.2采煤机的控制

3.2.1采煤机的操作控制

采煤机启动和停机，借用动力电缆一根控制芯线，使采煤机的控制回路与磁力启动器先导回路相接，组成远地控制回路。采煤机送电后左截割电机和泵电机运行、牵引变压器得电输出400V交流电供给交流变频调速电控装置。经过顺槽磁力启动器延时5～7秒后，右截割电机运行。停机有五处：分别为左右端头站的总停、左右遥控器的总停、变频器箱盖板上的总停按钮1S2。在启动回路里串进了两截割电机和泵电机的温度接点。瓦斯接点接进PLC中与其它故障一起通过自保接点接进启动回路里。无论哪台电机的温度超限或瓦斯浓度超限，均可通过这些接点断开启动回路。从而切断采煤机的电源。

3.2.2运输机控制

按下1S3（安装在变频器腔盖板上），即可在采煤机上控制运输机的停机（只控制停机，不控制启动）。采煤机检修时运输机应闭锁。

3.2.3电磁阀控制

采煤机上所用的电磁阀全部为隔爆电磁阀。共有五个电磁阀，分别控制采煤机左、右摇臂的升降，控制牵引电机制动闸的松闸和抱闸。通过左右端头站和左右遥控器上的上行、下行或手动可实现左右摇臂的升降。通过PLC中的程序控制制动闸松闸或抱闸。左、右端头站，遥控器上的操作通过控制盒转换隔离之后，进入PLC。

3.2.4牵引控制

交流电牵引采煤机牵引机构由左、右牵引部和左、右行走箱组成，位于机身的左右两端，是采煤机行走的动力传动机构。左、右两个牵引部内各有一台用于采煤机牵引的交流牵引电动机，牵引电机的供电拖动由两台交流变频调速电控装置提供，通过变频器改变供电电压、频率，从而改变牵引电机的转速，即改变采煤机的牵引速度。两台变频器分为主、从变频器。主变频器设置为速度给定，从变频器设置为转矩给定。主变频器由PLC给出速度给定，从变频器以主变频器的转矩输出作为其转矩给定。即主变频器由速度和转矩环控制，从变频器仅由转矩环控制。从变频器跟随主变频器动作。

3.2.5单牵引

每个牵引部设有齿式离合器，当变频器或所驱动的牵引部出现故障时，左右变频器均可方便进行单牵引。

4.变频技术在井下机电设备的应用展望

变频技术在井下机电设备中应用越来越多，但应用还不普及，变频技术在我国井下机电设备中还有很大的发展空间。

（1）推广面较广，井下中大小机电设备种类繁多，能解决好变频器与这些设备的匹配问题，就能得到更广泛的推广。

（2）需求量很大，我国井下基数大，在机电设备的改造中必然需要大量的变频器，会极大推动变频技术在井下的发展。

（3）专业化可以加强，井下有很多特殊工作环境，如井下工作等，需要具有特殊功能的专业变频器配置这些装备。

（4）多功能、网络化的更新。电子技术日新月异，井下改造过程中对变频器的使用和控制也会呈现多功能的趋势，对变频器的控制也会成为井下网络化管理中的一个重要环节。

【参考文献】

［１］李良仁.变频调速技术与应用[M].电子工业出版社，2004.

［２］韩安容.通用变频器及其应用[M].北京：机械工业出版社，2000.

3.井下采煤系统变频节能技术研究论文篇三

近几年来, 国内外采掘机械如连续采煤机、悬臂式掘进机、滚筒采煤机和梭车等都将交直流调速方式用于设备牵引, 使设备的牵引性能较液压方式有了进一步的提高。随着交流变频调速技术的发展, 其相对于直流调速的优越性越来越大, 逐步成为采掘机械电牵引的主要方式。

煤炭科学研究总院太原研究院在研制连续采煤机时, 依据其实际工况特点和变频器控制方式, 设计开发了额定电压为1 140 V 的矢量控制变频器, 完成了对连续采煤机行走系统的变频调速控制, 首次实现了我国短壁机械化采煤工艺关键设备——连续采煤机和矿用梭车等行走系统变频控制的成功应用。

1 连续采煤机行走驱动方式比较

行走驱动系统是连续采煤机的重要组成部分, 与其它工作系统相比, 行走驱动系统不仅需要更大的传输功率, 要求器件具有更高的效率和更长的寿命, 还希望在变速、调速、差速、改变输出轴旋转方向及反向传输动力等方面具有良好的性能。因此, 采用何种传动方式以更好地满足连续采煤机行走驱动和工作的需要, 是设计连续采煤机行走系统所要解决的问题。

连续采煤机行走驱动方式主要有液压传动、直流传动和交流传动, 它们的性能比较如表1所示。

从表1可看出, 连续采煤机行走驱动系统采用液压传动具有实现困难、管路复杂、易发热和行走速度慢等缺点, 已经逐渐被淘汰;而采用直流传动则具有体积和维护量大、高速实现困难等缺点, 在近几年新型产品设计中已不再采用。随着电力电子技术、计算机技术和自动控制技术的迅速发展, 交流电动机相对于直流电动机具有结构简单、运行可靠、维护方便和价格低廉等优点, 变频调速以其优异的调速和启动、制动性能, 高效率、高功率因数和节电效果, 已成为连续采煤机行走驱动的主要方式。

2 变频器几种常用控制方式及特点

2.1 V/F控制

V/F恒定控制是异步电动机变频调速的基本控制方式, 它是在改变电动机电源频率的同时改变变频器的输出电压, 并使二者之比V/F为恒定, 从而使电动机的磁通基本保持恒定 (电动机的电势检测困难, 但电动机运行时其电势和电压几乎相等, 一般通过控制V/F比恒定来保持磁通恒定) 。V/F控制存在的主要问题:当频率降低后, 由于低速时的定子电阻压降所占比重增大使电动机的电压和电势近似相等的条件已不能满足, 导致电动机的转矩下降, 并且在转速极低时, 电磁转矩无法克服较大的静摩擦力, 不能恰当地调整电动机的转矩补偿和适应负载转矩的变化。

2.2 转差频率控制

转差频率控制是基于交流电动机稳态模型的控制方式。异步电动机电磁转矩Tem和电磁功率Pem的表达式分别为

$\begin{array}{l} Τ_{e m} = \frac{3 p}{2 π} \frac{U_{1}}{f_{1}} \times [\frac{f_{2} \times r^{'}_{2}}{(r_{2})^{2} + (2 π L_{2})^{2}}] (1) \\ Ρ_{e m} = A \times \frac{3 p}{2 π r_{2}} \times U_{1}^{2} \times \frac{f_{2}}{f_{1}} (2) \end{array}$

式中:U1为异步电动机定子电压;f1为异步电动机定子电压频率;f2为异步电动机转差频率;r2为折合到定子侧的转子每相电阻;L2为折合到定子侧的转子每相电感;A为异步电动机电磁功率与电磁转矩和定子频率之积的比例系数;p 为异步电动机定子极对数。

由式 (1) 可知, 当电压频率比一定时, 异步电动机电磁转矩与转差频率成正比。转差频率控制是通过控制电磁转矩从而间接控制电动机的转速, 达到调速目的。

由式 (2) 可知, 当异步电动机定子线电压保持恒定, 转差频率和定子频率成正比, 在维持异步电动机功率不变的情况下, 调节异步电动机定子电压频率可达到调速目的。转差频率控制的最大特点:能够消除动态过程中转矩电流的波动, 从而提高变频器的动态性能。

2.3 矢量控制

矢量控制也称磁场定向控制, 其实质是将交流电动机等效为直流电动机, 依据异步电动机的动态数学模型分别控制异步电动机的转矩电流和励磁电流, 从而使异步电动机得到与直流电动机相类似的控制性能。矢量控制需要正确估算电动机参数, 需要实时辨识电动机参数 (主要是转子电阻R2) , 随时修改系统参数。目前采用矢量控制的通用变频器已经具备异步电动机参数的自动检测、自动辨识和自适应功能, 使异步电动机在各种运行条件下都能输出最大转矩, 尤其是在低速运行区域条件下, 具有良好的静、动态性能。

2.4 直接转矩控制

直接转矩控制是利用空间矢量、定子磁场定向的分析方法, 直接在定子坐标系下分析异步电动机的数学模型, 计算与控制异步电动机的磁链和转矩的一种控制方式。采用离散的两点式频率调节器 (Band-Band控制) 将转矩检测值与转矩给定值作比较, 使转矩波动限制在一定的容差范围内, 容差的大小由频率调节器控制, 并产生PWM脉宽调制信号, 直接控制逆变器的开关状态, 以获得高动态性能的输出转矩。该控制方式结构简单、控制信号处理的物理概念明确、转矩响应迅速且无超调, 具有高的静、动态性能。与矢量控制相比, 直接转矩控制中磁场定向所用的是定子磁链, 采用离散的电压状态和六边形磁链轨迹或近似圆形磁链轨迹的概念;而矢量控制中磁场定向所用的是转子磁链, 观测转子磁链需要知道电动机转子电阻和电感。因此, 直接转矩控制大大减少了矢量控制技术中控制性能易受参数变化影响的问题。

3 连续采煤机行走变频驱动系统设计

煤炭科学研究总院太原研究院自主设计开发的连续采煤机行走系统为”一拖一“方式, 即用2台变频器分别驱动2台交流牵引电动机, 由2台牵引电动机共同完成连续采煤机的行走功能。

3.1 变频器的选型

由于连续采煤机工作空间相对狭小, 且路面不平, 在正常掘进或采煤过程中, 需要变频器及时跟踪转速指令的变化实现频繁加减速及转弯功能, 对转矩和转速的控制要求比较高, 因此, 其控制方式的选择显得尤其关键。笔者根据实际情况和变频器控制方式的优缺点, 选择矢量控制作为牵引变频器的控制方式;综合考虑连续采煤机的结构要求、牵引性能以及连续采煤机特定使用条件下的操作、维护和维修, 特别是考虑变频器在危险地段发生变频器难以修复的故障时需要电动机在1 140 V直接启动, 选用1 140 V的变频器既省去了降压环节, 又减小了电气系统的体积, 而且节省了成本, 因此, 选用1 140 V电压直接输入的变频形式。选择变频器的额定电压为1 140 V, 额定功率为90 kW, 主电路采用两电平结构。变频器主要由输入电抗器、直流电抗器、支撑电容、三相整流桥、充电电阻、接触器、IGBT、输出电抗器、电流互感器等组成;控制电路由驱动电路、电源电路和采样控制电路等组成。其中由三相整流桥组成的整流电路将交流电变换成直流电;直流电抗器等组成的直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波;IGBT及其驱动电路组成的逆变电路将直流电再逆变成交流电。

该变频器的操作控制方式主要有3种:键盘控制、通信控制、端子控制, 可以通过程序设定默认为端子控制方式, 即变频器的正反转由主控制器发出的开关量信号 (继电器节点信号) 控制, 速度由主控制器经数模转换后的0～20 mA模拟量信号控制。通过操作箱转换开关可以实现变频器通信控制、端子控制和键盘控制之间的转换。

当连续采煤机主控系统发生故障时, 不需要进行任何设定就可以使变频器独立于连续采煤机主控系统运行, 使连续采煤机退出危险区域。此外, 该变频器还有丰富的保护功能:短路保护、过载保护、缺相保护、过压保护、欠压保护、过热保护等, 以确保连续采煤机行走驱动系统的正常运行。

3.2 行走变频驱动系统设计

连续采煤机行走变频驱动系统采用PLC作为控制中心, PLC根据输入给定和连续采煤机的工作情况, 与2台变频器进行通信和控制, 并采用大屏幕液晶屏作为人机交互界面, 实时反映连续采煤机的行走状态。连续采煤机行走变频驱动系统结构如图1所示。

变频调速装置是一个相对独立的系统, 它的启动、停止、正反转和速度都由连续采煤机主控系统控制, 变频调速装置本身的状态如变频器各种故障信息:母线电压、变频器输出频率和输出电流大小等通过Modbus协议传输给连续采煤机主控系统, 用于实时数据显示和故障判断。

连续采煤机速度档位分为低、中、高速3档, 速度档位通过操作箱上的转换开关实现, 行走速度和方向通过行走手柄来实现。速度控制过程:行走手柄输出的电位计信号经本安隔离转换后, 输入到主控制器的模拟量输入端, 主控制器进行判断、计算后, 再传送给变频器, 变频器控制电动机转速实现速度控制。

截割电动机启动前或连续采煤机后退时, 连续采煤机的行走速度完全取决于速度档位开关和行走手柄;当截割电动机启动后且连续采煤机前进时, 根据连续采煤机截割落煤的工况要求, 连续采煤机行走速度由截割电动机电流反馈控制, 实现截割牵引反馈。截割牵引反馈时, 主回路相线上电流互感器的电流经模数转换输入到行走截割反馈程序。该反馈程序控制行走变频器的信号输出, 以使截割速度与实际的截煤工况相匹配。行走控制过程如下:

(1) 速度档位切换到低速档位时, 前进时的速度由截割电流反馈控制, 其最大速度为低速档位设定时的速度;

(2) 速度档位切换到中速档位时, 前进时的速度由截割电流反馈控制, 其最大速度为中速档位设定时的速度;

(3) 速度档位切换到高速档位时, 前进时的速度由截割电流反馈控制, 其最大速度为高速档位设定时的速度。

3.3 行走变频驱动系统主要参数

额定电压: 1 140 V;

电压波动: 75%～110%;

额定功率: 55×2 kW;

输出电压: 0～1 140 V;

输出频率: 0～114 Hz (基频为55 Hz) ;

额定输出电流:2路, 每路为40 A;

冷却方式:水冷;

防爆等级:ExdI;

工作制:连续工作制。

3.4 实际应用效果分析

采用该变频驱动系统设计的EML340型连续采煤机分别在中国神华神东煤炭分公司大柳塔和乌兰木伦矿进行了3个月的工业性试验, 试验结果表明, 该系统达到了设计要求, 运行稳定, 在满足调速要求的基础上, 行走控制灵活;采用独特结构设计的电气系统, 具有在主控系统故障情况下, 仍然能够操作变频驱动系统, 调动连续采煤机工作, 更加适应了国内矿井的工况, 得到用户的好评。

EML340型连续采煤机在牵引力、启动力矩、过载能力、可靠性等方面优于其它相近机型, 如表2所示。

4 结语

井下工业性试验结果表明, 矢量变频器既能满足连续采煤机牵引的要求, 又不干扰其它井下用电设备。在连续采煤机行走系统中, 其稳定性、转矩转速的可控性已达到直流牵引的性能, 因此, 可以取代直流牵引方式。依托连续采煤机行走变频驱动系统的成功经验, 煤炭科学研究总院太原研究院新研制的矿用梭车行走驱动系统也采用了变频驱动方式。随着基于变频驱动技术的连续采煤机和矿用梭车在煤矿上的成功应用, 行走变频驱动技术与装备必然为我国煤矿安全生产、提高煤炭产量起到积极的作用。

参考文献

[1]于向东.中压变频器在煤矿的应用[C]//短壁机械化开采专业委员会学术研讨会论文集, 2007, 太原.

[2]原魁, 刘伟强.变频基础及应用[M].北京:机械工业出版社, 2003.

[3]ANDRE TISCHKEWITZ D.Der Einsatz vonFrequenzumrichtermotoren im Steinkohlenbergbau[D].Duesseldorf:VDI Verlag, 2003.

[4]张燕宾, 李鹤轩.电动机变频调速图解[M].北京:中国电力出版社, 2003.

4.井下采煤技术及采煤工艺的选择篇四

1 井下采煤工具

在井下开采煤炭资源主要使用采煤机, 液压支架和刮板机, 其中采煤机, 液压支架和刮板机这三个是一整套, 相互配合, 采煤机负责割煤, 刮板机提供采煤机行走轨道, 并负责运输;支架负责支护顶板, 并推刮板机前进及自身前进。如果按顺序可以大致这样说:支架推出刮板机———采煤机割煤———支架移架———支架推溜———同时移转载机———移皮带机机尾。转载机和破碎机是一体的。

2 采煤方法和工艺

2.1 开发煤矿高效集约化生产技术

随着经济技术的发展, 各个行业对于自然资源以及矿场资源的需求量也在与日俱增, 然而在现阶段的大环境下煤炭资源是最好的选择, 但是随着生产技术的提高以及人们对自然环境的要求, 所以这就要求我国在进行煤炭资源的开采过程之中优化开采技术以及提高煤炭资源的开采效率。

因此在煤炭资源的开采过程之中尤其是井下煤炭资源的开采要逐渐的实现高效的集约化生产, 尽量使用高效率的大机器进行开采生产, 同时减少小作坊的煤炭开采, 要汇集小作坊集中进行生产开采, 集小为大, 这样不仅可以提高采煤的效率还有利于煤炭开采的管理, 从而实现高效的集约化生产。

2.2 缓倾斜薄煤层长壁开采

主要研究开发:体积小、功率大、高可靠性的薄煤层采煤机、刨煤机;研制适合刨煤机综采的液压支架;研究开发薄煤层工作面的总体配套技术和高效开采技术。

2.3 侧顷斜厚煤层一次采全厚大采高长壁综采

应进一步加强完善支架结构及强度, 加强支架防倒、防滑、防止顶梁焊缝开裂和四连杆变形、防止严重损坏千斤顶措施等的研究, 提高支架的可靠性, 缩小其与中厚煤层高产高效指标的差距。

2.4 各种综采高产高效综采设备保障系统

要实现高产高效, 就要提高开机率, 对“支架:围岩”系统, 采运设备进行监控。今后研究的重点是:通过电液控制阀组操纵支架和改善“支架;围岩”系统控制, 进一步完善液压信息、支架位态、顶板状态、支护质量信包的自动采集系统;乳化液泵站及液压系统运行状态的检测诊断:采煤机在线与离线相结合的“油, 磨屑”监测和温度、电信号的监测;带式输送机、刮板输送机全面状态监控。

3 深矿井开采技术

深矿井开采的关键技术是:煤层开采的矿压控制、冲击地压防治、瓦斯和热害治理及深井通风、井巷布置等;需要攻关研究的是:深井围岩状态和应力场及分布状态的特征;深井作业场所工作环境的变化;深井巷道快速掘进与支护技术与装备;深井冲击地压防治技术与监测监控技术;深矿井高产高效开采有关配套技术;深矿井开采热害治理技术与装备。

4“三下”采煤技术

提高数值模拟计算和相似材料模拟等, 深入研究开采上覆岩层运动和地表下陷规律, 研究满足地表、建筑物、地下水资源保护需要的合理的开采系统和优化参数, 发展沉降控制理念和关键技术, 包括用地表废料向垮落法工作面采空区充填的系统;研究与应用各种充填技术和组合充填技术, 村庄房屋加固改造重建技术, 适于村庄保护的开采技术;研究近水体开采的开采设计, 工艺参数优化和装备, 提出煤炭开采与煤炭城市和谐统一的开采沉陷控制、开采村庄下压煤、土地复垦和矿井水资源化等关键技术。

5 优化巷道布置, 减少矸石排放的开采技术

改进、完善现有采煤方法和开采布置, 以实现开采效益最大化为目标, 研究开发煤矿地质条件开采巷道布置及工艺技术评价体系专家系统, 实现开采方法、开采布置与煤层地质条件的最优匹配。实行全煤巷布置单一煤层开采, 矸石基本不运出地面, 生产系统要减化, 同时实现中采与中掘同走发展, 生产效率大幅提高的经验的同时, 重点研究高产高效矿井, 开拓部署与巷道布置系统的优化, 减化巷道布置, 优化采区及工作面参数, 研究单一煤层集中开拓, 集中准备、集中回采的关键技术, 大幅度降低岩巷掘进率, 多开煤巷, 减少出矸率;研究矸石在井下直接处理、作为充填材料的技术, 既是减少污染的一项有利措施, 又减化了生产系统, 有利于高产高效集中化开采, 应加紧研究。

6 结论

随着时间的不断流逝, 经济也在不断的发展, 人们的生活水平也在不断的提高。因而对于生活环境的要求也在与日俱增, 这就不得不迫使一些煤矿开采企业停止生产。但是我国正处于经济发展的高速时期, 对于煤炭等矿产资源的需求也在与日俱增, 在这样的矛盾之下就不得不要求相关的专家学者以及科研人员对井下采煤生产技术及采煤方法的选择进行研究调查。以上, 我们在之前的讨论之中了解了一些较为环保、先进的煤炭开采技术, 我们应该在进行技术推广的同时还要进行新技术的开发与研究, 这样才能够真正的取得环保和经济发展的双赢结果。

参考文献

5.井下采煤系统变频节能技术研究论文篇五

关键词：井下采煤,生产技术,采煤方式,选择

1 我国采煤生产现状分析

我国煤炭资源蕴藏丰富, 世界排名占据高位。相关调查显示, 我国地域辽阔, 煤田面积约58万平方公里, 煤炭总储量高达9 000亿吨。改革开放以来, 我国经济发展迅速, 加速煤炭生产因素的发展。我国原煤总量不断上升, 到2004年, 我国煤炭总储量位居世界前三位。矿井采煤生产技术及采煤方式的科学合理与煤矿生产息息相关。建国初期, 我国注重采煤工艺的逐步改善、采煤方式的不断开发, 已从最初使用的传统无支护穿硐式和高落式采煤方式过渡到高效的长壁式科学合理采煤方式。直到目前, 我国煤矿开采在采煤技术、采煤形式上的水平都达到一个前所未有的高度, 采煤设备也在逐步改善, 机械化生产水平已经达到世界领先。

最近几年, 我国采煤方法、采煤设备一直不断更新, 更加推动我国煤矿行业的发展, 促使我国加快步入现代化高产高效煤矿生产国家的先进行列。但我国地域广阔, 土地面积大且地质条件多样, 因此在进行煤矿开采前, 必须充分考虑各地质的情况及其适用条件, 根据不同地质条件选择最合适、最有效、最经济的采煤方式与采煤工艺, 以提高煤炭的产出率, 增强煤炭生产的安全性, 增加煤炭企业的经济收益, 避免煤炭资源的不必要损失。

2 目前井下采煤生产技术现状

煤炭企业要想得以大发展, 必须根据实际情况选择恰当的采煤生产技术, 并不断对其加以研究和发展, 方能从根本上提高井下采煤的工作效率, 全面推进我国煤炭行业的发展。随着我国经济不断发展、科技水平不断提高, 我国煤炭企业已逐步推广使用井下综合性机械化的采煤方式, 以获得可观的经济效益。下面介绍几种目前常用的井下综合性机械化采煤生产技术。

2.1 综合机械化采煤技术

综合机械化采煤技术就是指完整包括割煤、运煤、工作支护与采空区处理等各方面工作并通过各类有用设备进行连续机械化采煤作业的采煤技术。该种采煤技术具有劳动强度低、采煤技术高效以及安全性高的优势。综合机械化采煤生产主要包括以下内容:

2.1.1 割煤。

根据割煤形式不同, 可将采煤机分成滚筒式和刨式采煤机两类:滚筒式采煤机即在割煤时借助滚筒旋转的形式将煤炭直接运到输送机里面。所以说, 滚筒式采煤机的优势在于其构造简单、工作原理简单且易于操作应用, 甚至不需要人员操作。刨式采煤机常用于薄煤层的开挖, 但其应用条件严格, 对地质要求高。若刨式采煤机应用于地质情况较差的煤田开采, 则会严重降低生产效率。

2.1.2 运煤。

采煤机割下煤炭后, 可将此类煤炭装入输送机, 完成煤炭输送后, 应先将其从工作面运输出来, 之后再利用转载机等机器运出综合采煤工艺的工作面。必须注意的是, 选择采煤机时应当考虑采煤机的生产能力有否与刮板输送机的运送能力相适应、相匹配。

2.1.3 工作面支护工作。

综合机械化采煤工艺所采用的工作面支护为液压支架, 这种支架的动力为高压液体, 可自行进行工作面支护及采空区处理等工作。采空区的处理常用全部垮落法, 因为该方法易于操作、原理简单且设备投入资金低。

2.2 普通机械化采煤技术

普通机械化采煤技术, 简单来说, 就是能让采煤、破煤及装煤几个工作同时完成, 并利用机械化形式进行运煤, 而且使用单体支柱支护工作空间顶板的采煤生产技术。与综合机械化采煤生产技术相比, 该技术的不足之处在于支护工作必须依靠技术人员操控, 且采煤机械设备的生产效率较低。综上所述, 在劳动强度、采煤生产效率及采煤安全性方面, 普通机械化采煤生产技术都没有综合机械化采煤技术高效, 可是普通机械化采煤生产技术的工作环境适应性却比综合机械化采煤生产技术要高。

2.3 爆破采煤技术

爆破采煤技术是一种传统、相对落后的采煤工艺, 它主要的工艺特点是爆破落煤、人工运煤或机械式运煤。为有效控制工作空间, 该采煤技术的工作面采用防炮崩单体液压支柱, 大大减轻了工作人员进行装煤时产生的劳动负荷, 减少装煤时间。改良采煤工作面后, 顶板悬露面积扩大, 工作面的安全性有所下降, 给采煤生产工作带来一定的威胁, 因此, 必须要对采空区进行一定的处理。与普采技术相比, 爆破采煤技术的运煤、支护处理及采空区处理都与其类似, 但装煤必须经过单独处理。事实上, 爆破采煤生产技术的明显优势, 除了采煤生产设备简单, 还广泛应用于地质复杂的矿藏开采, 具有极强适应性。

2.4 连续采煤技术

连续采煤生产技术, 即利用房柱式采煤, 破煤、装煤工作全过程都借助连续采煤机进行, 之后再利用梭车或可伸缩输送机进行运煤, 然后借助锚杆进行顶板支护, 最后用铲车进行工作面的清理及物料运输的采煤工艺。该技术有效实现了破煤、装煤、运煤、支护等工作的机械化连续作业。总的来说, 连续采煤生产技术是综合机械化采煤技术的延续与补充, 在一定的环境条件下, 选择该技术能有效提高煤炭企业的经济收益。

3 井下采煤方式选择的原则及要求

井下采煤方式选择应始终坚持采出率原则、经济性原则与安全性原则, 再加上采煤方式多种多样, 因此必须根据实际情况全面考虑管理水平、设备提供、开采技术与煤层库存因素, 通过科学准确的技术经济分析后, 最终选择合理科学、经济高效的采煤生产技术及生产工艺。总而言之, 要细致分析各种井下采煤生产技术的使用条件, 充分发挥各技术的优势。

3.1 综合机械化采煤的工艺要求

综合机械化采煤生产技术除了具有劳动强度低、安全性高的显著优势外, 还具有极高的采煤生产效率, 有利于煤炭企业获取更高的采煤经济效益。但该技术所需的机械设备十分昂贵, 一般适用于管理水平高、操作性需求大及煤层含煤量大的矿井采煤。该技术常用于煤层倾角不大于55°、顶层及底层条件佳、构造简单且稳定的煤层。

3.2 普通机械化采煤的工艺要求

普通机械化采煤工艺所用生产设备简单经济, 而且该类设备适应性较强, 工作面较综合机械化采煤容易搬迁。该类技术在推进距离小、形状各异、地质构造较为发育的煤层中能取得很好的施工效果, 再加上这种施工工艺易于操作, 组织生产十分简单。正因为如此, 普通机械化采煤生产技术在我国早已成为中小型矿井采煤的关键技术之一。

3.3 爆破采煤的工艺要求

爆破采煤技术的生产设备投入资金少、易于操作且适应性强, 因此采煤过程中易于管理掌控, 可是该类设备生产效率较低、劳动条件较差。根据我国采煤相关要求, 对于一些不适用机械采煤技术的煤层, 应选择爆破采煤技术进行生产。就目前而言, 我国急倾斜煤层及地质构造较复杂的煤层一般会采用爆破采煤技术。

3.4 连续采煤的工艺要求

连续采煤生产技术具有施工成本低、产煤效率高、适应性强、机械化程度高及安全性能好等优势, 但采煤时通风条件较差, 煤炭资源回收效率不高, 只比爆破采煤工艺效率高些许。该采煤工艺仅适用于:开采深度小、设备简单、煤质硬度较大以及开采技术条件简单的薄煤层与中厚煤层, 该技术尤其适用于近水平煤层, 可是利用该技术的采煤采出率较低。一般来说, 连续采煤生产技术适用于大型、中型矿井的采煤生产。

无可否认, 采煤工艺的完善发展必然会在促进煤炭开采各环节的同时推动煤炭行业的发展。综上所述, 在科学技术飞速发展的今天, 采煤生产应当有效结合生产技术与高新技术, 尽管煤田地质各有不同, 所用的采煤生产技术、采煤工艺不尽相同, 但始终要秉持安全生产为首要原则, 积极研究开发更高效、更安全、更智能的采煤设备及生产控制系统, 不断改善采煤工艺。唯有如此, 方可实现煤炭资源的有效开采、减少煤炭资源的浪费。

4 结束语

总而言之, 井下采煤生产技术及采煤方式的选择会对煤矿企业的经济收益产生重大影响, 因此, 煤炭企业应当根据实际情况, 全面考虑煤田开采时影响生产的各种因素, 选择最有效的采煤工艺与采煤方式, 全面提高煤矿开采效率, 增加煤炭企业的经济收益。另外, 我们必须明白, 与国外发达国家相比, 我国目前采用的采煤机械化、自动化水平还处于一个较低水平, 所以我们必须要不断研究开发更高效的采煤技术, 推崇技术创新, 以促进煤炭行业得以不断发展, 确保煤矿开采的安全性。

参考文献

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[2]王子静.探析井下采煤生产技术的几个关键[M].北京:北京社会出版社, 2013.11.

6.基于井下采煤技术合理应用的思考篇六

当前社会生产中特别重要的燃料资源就是煤炭资源, 由于煤炭资源具有不可再生的特点, 所以如何对日益减少的煤炭资源进行合理的开采和利用是必须解决的问题。井下作业是煤炭资源的主要开采方式, 其地质环境大不相同, 所以开采过程中要想使开采效果合理科学, 就必须合理应用井下采煤技术。

1 井下采煤技术的种类

1.1 单一走向长壁采煤法

最常见的井下采煤技术就是单一走向长壁采煤法, 这种方法在大多数情况下都能应用, 是使用范围最广、适用性较大的一种采煤方式。根据开采手段来分类, 单一走向长壁采煤法又可以分为连采法、综采法、普采法、炮采法四种采煤方法。

1) 连采法。就是把破煤、装煤、运煤、支护等采煤过程全部进行机械化采煤作业的连续采煤方法。连采法是对综采法的补充, 并且连采法具有非常好的效果。在煤房中掘进、回收煤柱是实现掘采合一的连续采煤机采煤的两个步骤。采煤机会在煤房的所有工作掘完之后开始对煤柱进行后退方式的回收, 其中可以依据围岩的自身性质和煤柱尺寸的大小来选择煤柱的回收方式。

2) 综采法。即综合机械化的采煤方法, 基本上实现了采煤工艺的机械化生产, 是当前最为先进的采煤技术。机械设备完成所有的采煤生产工序, 不但可以保持长时间的连续作业, 还可以降低采煤工人的劳动强度, 提高采煤生产的安全性与效率性。割煤、运煤与支护作业是综合机械化采煤方法的最主要的生产工序。

3) 普采法。即普通机械化的采煤方法, 可以将装煤和落煤结合在一块进行, 这是唯一的不同于炮采法的地方。一般是使用采煤机在普通机械化采煤方法的作业面进行采煤作业, 其中采煤机有双筒和单筒两种类别。双筒采煤机更利于管理整个工作面, 而单筒采煤机更利于进行装煤作业, 采煤时要根据实际需要对采煤机进行合理的选择。

4) 炮采法。即爆破法, 也就是先使用爆破的技术方法, 把煤炭炸开散落成块状, 然后使用人工装煤的方法把煤炭运出矿井。为了把炮采作业面的空间尽量扩大, 能够把输送机安装在炮采作业面实现机械化的运煤, 提高煤炭的运输效率, 采煤时在炮采作业面安装了防炮崩单体液压支柱作为支护结构。

1.2 倾斜长壁采煤法

倾斜长壁采煤法的巷道和工作面的布置与单一走向长壁采煤法的不同, 它采取的不是上下巷道, 所以倾斜长壁采煤法需要地质满足一定的条件才能使用, 不然不会有明显的效果。

1.3 放顶煤采煤法

放顶煤采煤法就是在比较厚的煤层底部开采出一个2~3 m的长壁工作面, 采用人工掘进的方式, 利用煤矿山自身的重力, 把煤矿石粉碎成煤块并运出。

2 采煤技术的应用原则

2.1 安全生产的原则

安全原则应该是井下采煤的第一大原则, 因为只有保证采煤的安全性, 避免人员发生事故、避免财产发生重大损失, 才可以保障能够顺利地进行采煤工作。所以, 在井下进行采煤工作时, 不但要保证使用自动化、科学化的采煤工具, 还要在使用工具之前对每一环节进行认真检查, 保障采煤工具能够在安全的环境中运行。

2.2 经济适用的原则

在保证了采煤工作符合安全生产的原则的前提下, 要依据煤炭的产量、质量、劳动成本等要素核算采煤的经济效益, 最终选择并确定一种最经济的采煤技术, 来保障采煤的经济指标, 更好地提高投入产出比。

2.3 提升煤炭采出率的原则

虽然我国具有丰富的煤炭资源, 但是由于生成煤炭需要非常长的时间, 所以, 煤炭资源是特别宝贵的。在进行井下采煤工作的过程中, 煤炭的产量经常会由于煤的自燃、井下火灾和矿井塌陷等事故而有所降低, 所以为了减少煤炭的损失量, 提升矿井采煤的产出率, 在进行井下采煤时, 要选用合理的采煤技术来最大程度地避免发生上述的事故。

3 合理应用采煤技术的措施

合理地应用采煤技术不仅可以提高煤炭的开采效率与采出率, 还可以保障开采过程中采煤工作人员的人身安全与财产安全, 实现煤炭开采行业的健康可持续发展。下面将对每种采煤技术的实际应用适用条件进行详细的分析。

3.1 单一走向长壁采煤法采煤工艺的适用条件

1) 综合性机械化采煤技术的适用条件。综合性机械化采煤技术适用于地质结构比较好、可操作性比较强的井下煤层的开采。综合性机械化采煤技术与炮采法以及普采法相比, 其要求的技术含量比和设备价值比较高, 但是综合性机械化采煤技术采用的是机械化、自动化的管理操作方式, 这种技术的产煤量比较多, 安全性能比较高, 具有很高的整体经济效益, 特别适合地质煤层结构比较好的煤层的开采。

2) 普通机械化采煤技术的适用条件。由于普通机械的形状不规则、推进距离比较短、面积比较少, 所以普通机械化采煤技术适用于地质结构比较好的煤层面的开采。和炮采法相比较, 普通机械化采煤技术的煤炭的开采效率和开采量都特别高, 并且其机械设备的价格还特别低, 所以普通机械化采煤技术具有较高的整体效益。

3) 爆破采煤技术的适合条件。工作效率低下、产煤量低是爆破采煤技术的主要缺点, 其优点是对设备的要求相对较低, 便于生产管理, 适合开采井下地质情况复杂的煤层。我国有关采煤的法律法规规定, 如果井下煤层的地质情况非常复杂, 须用爆破采煤技术进行开采。

3.2 倾斜长壁采煤技术的适用条件

倾斜长壁采煤技术适用于倾斜角在120°左右的井下煤层的开采。对于倾斜角在120°左右的井下煤层, 因为煤层处在倾斜的工作面, 倾角会造成开采时发生朝向空区的分力, 使得整个煤层向空区的方向运动, 这种情况下如果采用一般的采煤技术, 不会得到很好的整体经济效益。但是这样的情况采用倾斜长壁采煤技术, 就能够有效地避免空区分力, 提高煤炭的开采效率, 促进煤炭开采的效益。

3.3 放顶煤采煤技术的适用条件

放顶煤采煤技术适用于厚度超过6 m的井下煤层的开采。当井下煤层的厚度超过6 m时, 实施井下开采作业, 可能会因为顶煤的厚度太小, 使得顶煤发生破碎, 再加上煤层的倾角比较小, 坚固系数比较低, 使用其他采煤技术很难实施开采工作, 这时必须采用放顶煤采煤技术来对煤层进行开采。虽然放顶煤采煤技术资源回收率不是很高, 但是其具有特别高的开采效率。

4 结语

近年来我国的采煤技术有了很大的进步, 越来越多的可供煤矿开采企业选择的采煤方法与采煤技术应运而生。但是煤矿开采企业在选择井下采煤技术时, 要根据实际的井下采煤地质结构与现场状况, 选择能够降低资源浪费、保护环境、保证开采工人的生命安全、经济效益最高的煤炭开采技术。

参考文献

[1]林斌.浅谈井下采煤技术和工艺选择[J].中国高新技术企业, 2014, 11 (1) :98-99.

[2]温千峰.浅议井下采煤技术的合理选择[J].中国新技术新产品, 2012, 6 (16) :172-172.

[3]马春.浅析井下采煤技术及采煤工艺的选择[J].河南科技, 2013, 18 (17) :37-38.

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