煤矿井下掘进机电设备的有效节能方法

陈鹏

[摘    要]在现代经济快发展下，人们对能源与资源的需求持续增长。随着市场需求不断扩大，煤炭作为经济生产的重要资源，人们对煤炭资源的消耗量与日俱增，这为煤矿企业的煤炭开采带来了不小的压力。在煤矿开采作业中，井下掘进机电设备是其重要的设备组成，在整个煤矿开采作业能耗中占据着很大的比例。在国家节能降耗理念的推行下，煤矿企业开始越来越注重对井下掘进机电设备节能技术方法的研究。文章主要对煤矿井下掘进机电设备的有效节能方法进行了仔细分析：首先，阐述煤矿井下掘进机电设备节能技术;其次，针对具体有效节能方法提出几点建议，以期为煤矿开采作业节能降耗水平的提升提供一点参考。

[关键词]煤矿;井下掘进机电设备;节能技术

[中图分类号]TD353.6 [文献标志码]A [文章编号]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 煤矿井下掘进机电设备节能技术概述

煤矿井下掘进机电设备主要由行走机构、工作机构、装运机构和转载机构构成，整个运行过程是随着行走机构向前推进，工作机构中所配备的切割头会破碎岩石，并直接运用装运机构和转载机构将碎岩运走，煤矿井下掘进机电设别具有安全、高效和成巷质量高的优点，但其成本造价较高，而且设备构造较为复杂，尤其对能源消耗较多，损耗也较大。煤矿井下掘进机电设别的线路铺设距离较远，有着很大的使用范围，设备类型较多且运行时间较长，所以对煤矿井下掘进机电设备节能改进需要考虑多项因素和多角度全方位的技术改进，以有效解决其高能耗的问题，提高其节能水平。

1.1 变压器容量选择与配置技术

在进行煤矿井下掘进机电设备的设计和相关设备配置时，从理论上将需要重视设备变压器效率，而要想实现机电设备变压器最大效率，就需要针对机电设备平均荷载率做出有效调配和控制，需将其定为额定容量的55 %～75 %，但由于变压器功率因素持续改变，其本身承载负荷将面临超载，因此，需要依據最大功率指标进行变压器额定容量的选择，同时还要做好相关配置技术的改进。

1.2 控制系统节能技术

目前，我国煤炭行业中，部分企业矿井工作面开采水平维持在-1 000 m左右，距离井底相对较远，而运输的机电设备数量较多且线路较长，部分工业面是由顺槽到集中巷，配备了超10个运输机电设备，而只有集中控制运输设备方能够实现重复启动与空载运行效率的降低。矿井中还采用了多种集中控制机电设备的模式，可以实现程序或手动控制，意味着逆煤流方向进行机电设备启动延时，以确保煤流堆煤与压机头情况的形成。

1.3 变压器功率因数调整技术

针对变压器功率因数进行调整主要是降低负载功率因数，其会减小变压器效率，由此增加能源损耗。如果加设移相电容器，则会对负载功率因素起到优化作用，从而达到控制无功功率的效果。同时移向电容器可实现无功电流补偿，降低配变电设备实际网络电流，降低变压器应用率，减少变压器线路的损耗。

2 煤矿井下掘进机电设备有效节能方法

2.1 对井下掘进机电设备的合理选择

2.1.1 对节能变压器的优选

节能变压器是煤矿井下掘进机电设备中重要的核心组成部件之一，其优选直接影响着井下掘进机作业当中对能耗的消耗效果。因此，要想实现煤矿井下掘进机电设备的节能降耗，就需要针对节能变压器进行合理选择。为确保井下掘进机电设备节能效果，需要定期进行节能变压器负荷率的检查，如发现其平均负荷率低于30 %，则需要及时进行调整或更换。节能变压器平均负荷率需要保证维持在超50 %，如选择使用多种类型的动力变压器，则要注意依据实际需求进行合理选择与配置，进行变压器选择过程中要关注变压器能源消耗量。首先，要确保其能源消耗量保持在节能要求标准范围内;其次，要重点考虑设备在长时间使用下长期使用所具有的效益，不可只追求节能效果而忽视设备本身的功能水平，且还要按照实际生产需求进行变压器数量的控制，从综合运行效益角度合理配置变压器设备数量。

2.1.2 合理选择输送控制系统

输送控制系统主要是指煤矿井下机电设备中应用于人员、设备、煤炭资源输送。目前在煤矿井下作业中应用较为广泛且性能较为稳定的输送控制系统主要包括带式输送和刮板输送。

带式输送设备的运行具有电压高、功率大特点，综合性能非常重要。如果综合性能没有达到标准要求会对煤矿井下作业效率造成很严重的影响，而且带式输送机运行时整体能耗较高，即使保持空载或轻载时也会消耗与重载时相同的能源量。因此，在选择带式输送机时需要考虑其综合效益，尽量选择能耗较小的设备，另外还要定期进行设备各项性能和运行状态的检测，以保证其运行稳定性。

刮板输送系统的整体性能相比带式输送系统有着不小的差距，在输送统一质量或同一性质物品时，刮板输送设备的能耗要远比带式输送设备所需电能更高。井下掘进机电设备中，输送控制系统选择要想实现节能效果的保证，其首选为带式输送设备。

2.2 科学进行煤矿井下掘进机电设备的应用

煤矿井下掘进机电设备要想实现节能降耗，除在设备设计与配置以及技术方面予以改进和合理控制之外，还要注重在实际使用中的管理，尤其要做好相关设备的搭配和及时维护与更换。

2.2.1 准确评估和及时维护与更换设备

为确保煤矿井下掘进机电设备的节能效果，要针对运行中的机电设备进行科学评估，针对一些电能损耗较大的设备要及时更换或技术改造。在实际井下作业中，常会发生作业人员为轻便或加快作业进度而在未遇到岩石时就开启乳化液泵的情况，乳化液泵提前运行往往会造成大量电能的消耗，且未获得实际效益。因此，要想降低能源损耗，除提高作业人员节能意识之外，还要针对设备运行进行科学评估，如果其能源消耗超标要及时进行调整或更换或技术改进。

2.2.2 运用先进变频技术实现电频频率的控制

变频技术的应用原理在于运用变频器设备来进行电频频率的有效控制，其主要由电源板、电极电容与控制面板构成，整体结构相对较为负责，技术性较高，传统煤炭井下掘进机电设备中没有应用变频技术时，无法进行电流频率的有效控制和调整，这也是导致设备长期处于恒定运行状态而造成能源损耗较大的主要原因，所以在煤矿井下掘进机电设备中采用变频技术，能够根据设备运行状态进行电流频率的调整，最大限度地降低电能的损耗，提高节能效果。其主要表现在：①变频技术下功率器件主要运用智能功率模块，其能够自动进行功率变频;②针对压频比进行了控制方式上的改进优化，主要扩展了其使用范围;③融入了人工神经网络与模糊自动化控制系统与自优化系统，组成了专用集成电路;④可同时进行调速、编程器参数辨识与通信等功能，有着较强的综合性功能。

2.3 变频器工作原理

电源输入回路将输入的交流电源进行整流变成直流，用电源输出回路根据控制单元发来的指令，对有关运行数据进行检测、比较和运算，发出动作指令，将整流后的直流电调制成某种频率的交流电源输出给电动机。

2.4 变频器节能原因

输出频率可在0～50 Hz或更高频率之间变化。电源频率的降低，电源电压也随之降低，使得电动机的瞬时功率下降，从而减少了电源消耗。在这样的情况下变频器是可以节能的，但变频器节能是有前提的，要看用途及电动机所带负载的特性。通过调速来节能可行的是泵类、风机、压缩机等设备的拖动，这类设备的负载转矩与转速的二次方成比例，功率与转速的三次方成比例，当转速降低1/2时，负载转矩只有1/4，功率仅剩1/8。这类设备在设计时为满足生产及发展余地，其拖动电动机容量大多是按最大流量、压力选取的，通过阀门、挡板来调节流量或压力。因此，造成能量的浪费，用变频器降低电动机的转速来调节流量或压力，就可实现节能。从统计数据看可平均节能1/3，由于效果明显，得到广泛应用。风机、泵类负载用变频器是可以节能，但由于设计或设备的原因，风机或水泵一直满负荷运行，使变频器的输出频率都是处于50 Hz状态，这时节能是不可能的，因为这跟工频运行没有差别。只有当用风或用水的实际流量小于额定流量100 %时，电动机转速的下降才会有节能效果的出现。

工程师曾对两台15 kW的风机，在工频和变频时的用电量进行过对比，各运行2 h电能表测出变频比工频还多用出1度电，这应该是正常的，因为变频器本身还要耗电。严格说测试还有误差，1度还少了点。这样的测量还有问题，因为变频器的输出电流并不是纯粹的工频，其含有高次谐波，用普通显示仪表是测不准的。变频器的输出电流如用变频器面板的电流显示值，可信度更高。所以不分负载特性、不分使用场合，说用了变频器就可以节能是不可信的。而且用普通仪表的测量数据来进行节能对比，宣传也是不可信的。

2.5 降低低压供电距离以降低能源损耗

在煤矿井下掘进机电设备运行过程中，供电距离过大也会造成不小的能源浪费，所以需要重点进行供电距离的设计。煤矿井下掘进机电设备功率为固定值设定，设备运行电流会直接影响供电电压，如果供电电压量相对较高，则设备电流量会相应减少，线路阻抗性会随之增大，由此产生一定的电能损耗。这就需要在进行煤矿井下掘进机电设备配置与选择设计时注意供电距离的合理调整，以提高节能效果。

2.6 配备电力无功补偿装置提高功率因数

煤矿井下掘进机电设备能耗最为关键的因素是功率因数，功率因数偏低会导致设备运行中产生大量无用功率，这就会造成电力能源的损耗且不会产生效益价值，增加成本。要想解决功率因数能耗过大问题，可以通过加装无功补偿装置来实现设备能源损耗问题的解决，其能够实现能源损耗的有效控制，使其保持在较低的范围内。

3 结束语

目前，我国能源产业发展逐渐开始向新能源与清洁能源领域集中，煤炭行业在我国国民经济总体占比重开始呈现下降趋势，这也是新能源开发与清洁能源应用下煤炭企业所必须面对的事实。而且在现代科技应用下，煤矿企业在进行煤炭开采过程中需要不断更新设备，将高能耗问题作为煤矿井下设备设计与研究的重点，并逐渐开始采用新的技术方法予以改進，包括整机研发和零部件改良，明确节能方法与技术的研究方向。另外，煤炭行业内部也要进行自身体制与机制的优化，转变发展理念，重视煤矿井下掘进机电设备节能技术的研究和相关设备的改造，实现对生产成本的控制，提高其节能水平，为煤炭行业的发展和行业利润空间的提升提供有力的支持，以保证煤炭行业的绿色化持续发展。

参考文献

[1] 吴艳鹏.矿井掘进机电设备节能措施研究[J].机械管理开发，2018，33（1）：138-139.

[2] 陈海亮.煤矿井下掘进机电设备的节能措施探讨[J].石化技术，2020，27（2）：349-350.

[3] 路明明.煤矿井下掘进机电设备的节能措施探讨[J]..江西化工，2020（3）：420-421.