煤矿机电设备节能效率探讨

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摘要：为提高煤矿效率、降低能耗，对煤矿机电设备进行系统性分类，分析了设备的能耗影响因素，并对其节能效率进行分析，强调要加强大型机电设备的协同运行控制及效率，完善企业的生产任务调度机制。

关键词：大型机电设备；节能降耗；效率优化；协同运行

煤炭生产企业大型机电设备较多，如提升机、通风机、采煤机、各类输送机等，且功率大，运转时间长，电力消耗大[1-2]。根据节能降耗及环保工作要求，有必要对机电设备节能效率进行优化，提高其协同运行效率，降低电能消耗，节约电力成本，提高环保效率等。

1煤矿大型机电设备分类

1.1按照生产系统分类。为便于机电设备管理，结合煤矿生产系统情况，将井下主要机电设备进行分类，包括通风系统、压风系统、采掘系统、运输系统、提升系统、排水系统。各大系统涵盖的主要设备如表1所示。1.2各生产系统设备能耗影响因素。通过大量文献查阅及煤矿企业调研，可对机电设备能耗情况的影响因素进行分类。一是自然环境因素。如煤层赋存深度影响提升机能耗，矿井涌水量影响水泵能耗，煤质硬度等条件影响采煤机及综掘机能耗，瓦斯粉尘情况影响通风机能耗，采区延伸距离影响运输设备能耗等，这些因素对设备的能耗影响主要表现在客观制约。二是机电设备投入及管理因素。加大机电设备资金投入，及时淘汰老旧高耗能设备，及时配备新型高效设备，有助于从根本上解决设备能耗高的问题；同时，在机电设备选型设计、设备低负荷或空载管理、从业人员节电意识等方面，对机电设备的能耗情况同样产生较大影响。三是新技术新工艺的影响因素。如变频技术的应用，对机电设备的节能情况产生巨大影响，是节能降耗的重要途径；同时，其他诸如设备调速、功率平衡、降低运行电压等技术的开发和应用，同样对节能降耗工作产生积极影响。

2机电设备节能效率优化

2.1机电设备节能效率分析。据统计，井工煤矿能耗最高的系统为采掘系统，占到井下全部机电设备耗电量的25%左右，其次为运输系统和提升系统，两者合计占到总耗电量的30%以上，其次为压风系统、通风系统和排水系统。根据煤矿生产实际过程，以上各大系统的机电设备在一个时期内或处于流水作业的串联式工作方式，或处于同时作业的并联式工作方式。假设整个生产系统中有n台机电设备，结合设备工作效率等因素，推算出大型机电设备的综合能耗公式[3-4]：Pt=5kni=1Σ(niβihiφiηi(βi,hi,φi))（1）进而可推算出生产系统总荷载：c=ni=1Σniβi（2）式中：Pt为综合能耗；k为系统能耗系数；βi为第i台设备的负荷；hi为设备运输的提升高度；φi为第i台设备能耗因素；ηi为第i台设备工作效率系数；c为生产系统所负总荷载。分析公式，ni为本生产系统中第i台设备的开停状态，启动时为1，停止时为0；βi为第i台设备的工作负荷。根据以上分析可绘制煤矿机电设备运行效率理想曲线见图1。通过利用理想效率与实际效率误差最低原理，可以表达出井工煤矿实际生产过程中机电设备的工作效率特征。通过计算推导，排水系统中的潜水泵等设备可以使其按照非额定值工作，以节约电能；通风系统可以根据气压状况和井下实际需风量大小进行调风；运输系统可以加强煤炭物料的协同运输，减小设备空载及低负载的运行时间；提升系统尽最大可能进行电能的避峰就谷，降低电价；采掘系统则可加强人工辅助处理，入全岩掘进期间的爆破处理，减少设备损耗及电力消耗；压风系统则可根据生产实际需要进行作业。2.2加强大型机电设备协同运行效率。煤矿生产过程及各系统的作业配合是一项大的系统工程，对于某项复杂任务如巷道掘进，井下作业首先需要主通风机及局部通风机作业，掘进进尺需要综掘机作业，巷道锚杆支护需要压风机作业，运输煤矸需要运输设备及提升设备作业，巷道迎头排水需要排水系统作业。这就需要一个统筹调度机制，监测及协调各个系统及机电设备的工作任务，在各大系统之间选择合适的资源及时间节点，利用最短工时将某项任务完成。这就需要煤矿企业建立一个完善的生产任务调度，协同控制各大系统的机电设备，让系统任务保质保量、在最短时间内完成，并确保设备能耗最低，效率最高，以实现节能降耗目的。

3结语

本文对煤矿机电设备进行系统性分类，分析设备的能耗影响因素，并对设备的节能效率进行分析，强调要加强大型机电设备的协同运行控制及效率，并完善企业的生产任务调度机制及算法，对我国煤矿企业的节能降耗进行了深入研究，但是受限于煤矿传统能耗思想及工作难度，以及环保工作压力的不断增大，节能降耗工作依然任重道远，需要从业者继续努力。

参考文献：

〔1〕刘哲.煤矿机电设备中变频节能技术的应用[J].机械管理开发，2016，31（6）：111-112+140.

〔2〕刘鹏.矿井提升机变频调速控制系统研究与设计[D].太原理工大学，2013.

〔3〕高之翔.节能导向的煤矿大型机电设备协同控制技术[D].安徽理工大学，2017.

〔4〕姚福来.机电设备的效率优化方法及其优化控制的研究[D].河北工业大学，2012.

作者:肖峰 单位:同煤集团