井下采煤系统变频节能技术研究

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摘要：介绍变频技术的原理及作用，分析我国变频技术的发展现状，并结合实际工作经验，探讨变频节能技术在采煤机、皮带运输机、刮板输送机、通风设备等采煤设备中的应用，分析和展望变频节能技术在井下采煤系统的应用前景。变频节能技术在井下采煤系统的应用对节能降耗、提升效益起着重要的作用。

关键词：变频节能;采煤系统;分析;前景

目前，能源紧缺已经成为全世界面临的严峻课题，我国的煤炭开采行业现状又不容乐观。一方面，煤炭开采技术相对落后，生产效率得不到显著提高；另一方面，由于机械设备的落后和陈旧，使井下作业工人的生命安全也得不到有效保证[1]。随着工业技术的发展完善和电子电力技术的日渐成熟，变频节能技术得到了越来越广泛的应用。煤炭企业作为我国目前的耗能大户，在用电耗能方面一直占据较大的比例。因此，对于矿山煤炭企业井下采煤系统生产的各个环节，有效地运用变频节能技术就显得尤为迫切。

1变频节能技术概述

1.1变频技术的原理及作用

实际上，变频技术的核心就是交流变频调速器，简称变频器。所谓的变频，是指将常规的工频电源转化为另一频率的电能，从而达到节能降耗的目的。一般来讲，这一过程，是通过利用半导体器件的改变来实现的。运用变频技术的关键目的是节能降耗，据统计，在某些特定的情况下，利用变频技术可以实现节电40%以上，当变频技术用于风机、泵类机械时可以省电50%，在要求调速的负载中，也能够实现最高节能40%的效果[2]。其中通过轻负载降低电压来实现节能是变频器节能的主要途径。在具体的实践工作中，如果仅仅通过降低电压来拖动转矩负载，这样对于转速的改变并不大，对于节能的效果也并不理想。但是，如果将这种变频技术应用到风机环境里，效果会大大不同。这主要是因为当风机的风量需求降低时，风机转速大大降低，而风机的耗能跟转速的1.7次方成正比，所以此时电机的转矩迅速降低，节能效果相当明显。而我们所探讨的井下采煤系统主要就是通过运用这种技术和原理来实现节能的。

1.2变频节能技术的发展历程

交流变频调速器起源于20世纪60年代初期，经过近20年的发展，到20世纪80年代时在世界范围内的工业相对发达的国家中得到了广泛的应用。虽然，我国的变频节能技术起步较晚，但是经过众多科研机构和相关企业的不懈努力，我国的变频节能技术得到了快速的发展，目前已趋于成熟，处于世界领先水平[3]。现阶段的节能变频技术日渐成熟，在我国由于变频带来的年节电潜力有望超过三个葛洲坝水电站的发电量。

2变频节能技术在井下采煤系统中的应用分析

由于井下采煤工作是一个系统性、连贯性的工作，各道工序相辅相成，因此变频节能技术的应用贯穿于井下采煤系统的各个环节。

2.1变频节能技术在采煤机中的应用

在我国现阶段的井下采煤系统中，使用的主流采煤机型是电牵引双滚筒采煤机。原有的采煤机的变频调速系统已经得到了长足的发展和完善，假设两台电机是1.5kW，那么“一拖二”就要选至少3kW的变频器，但是“一拖一”设备只选1.5kW的就够了，因为“一拖二”的负载是2个电机在运行，“一拖一”设备就是始终一台在用。所以，原有的“一拖二”逐渐被“一拖一”所取代。另外，变频器输出侧为PWM波，电机电缆与大地之间有长电缆的电容效应，使用带屏蔽层的电缆时，电容效应更加明显。在变频器实际工作时，由于使用了四象限变频器调速电牵引，就可以实现原牵引速度不变，避免机械设备出现下滑跑车，同时使操作更加灵活、控制更为简便[4]。

2.2变频节能技术在皮带运输机中的应用

皮带运输机在井下采煤系统中的使用，既可以有力保障井下作业人员的安全，又可以大大提高井下工作效率，解放劳动力。在以往的井下作业过程中，一般是采用液力耦合器来实现皮带机的软启动，这种方法不仅能耗高，而且时间一长容易引起皮带老化甚至断裂。从原理上来讲，在皮带运输机中使用变频节能技术主要是通过降低电机启动时的电流波动来减少电机内部的机械发热和惯性冲击，同时使得皮带机的传输功能得到充分发挥，最大限度提升安全性能和生产效率。

2.3变频节能技术在刮板输送机中的应用

现阶段，在现有的井下采煤工作面内，刮板输送机的井下作用已经不仅仅局限于运送原煤和各种作业物料，同时也是采煤机的作业轨道，所以刮板输送机是现代化采煤工业领域必不可少的重要设备。只有刮板输送机持续、正常运转才能保证采煤工作面的整体运行。固定式和移动式是刮板输送机的两种常见类型，在用于煤炭工业时，其输送能力可以达到30～120t/h，链条速度最高可以达到1.0m/s，这就造成了刮板输送机的空载功率消耗较大，约为总功率的30%。因此，变频节能技术在刮板输送机中的应用，可以使空载能耗显著降低，有效降低生产成本，保障采煤作业持续运行。

2.4变频节能技术在通风设备中的应用

由于矿井开采作业工期长，所以通风设备长期处于高负荷运转，消耗大量电能，属于井下作业中的高耗能设备。因此，变频节能技术的应用必不可少。现阶段，经过变频技术改造过的通风设备已经逐渐取代了过去传统的以恒定运行为主的通风设备。这样，不但可以根据实际工作需求调节通风量，而且可以预防电流冲击带来的设备损害，实现电功率的合理分配，有效降低通风设备的作业强度，减少维护频次和延长设备使用寿命。

3变频节能技术在井下采煤系统的应用前景分析

我国的矿山资源丰富，煤炭开采企业仍有较大的发展空间，因此对于变频节能设备的需求量也很大。同时，节能降耗和改善井下作业人人员的工作环境是煤炭产业的发展趋势，伴随着电子智能技术的进一步发展，变频节能设备的应用和控制必将在煤炭企业的发展过程中发挥越来越重要的作用。

4结语

变频节能技术在井下采煤系统中的应用，一方面，可以通过改善井下工人的作业环境，提高生产效率，强化设备的精细化控制，保证安全生产等来满足煤矿企业的相关生产需求。另一方面，变频技术的使用能够有效地降低机械损耗、改善运行状态、延长设备使用寿命以及降低能量损耗达到节能环保的目的。因此，相关的专家学者和行业工作者还需要通过不懈努力进一步实现变频节能相关技术的不断创新。

作者:张宏昱 单位:大同煤矿集团马道头煤业有限责任公司

参考文献

[1]王明敏.变频节能技术在煤矿通风机中的应用分析[J].中国科技纵横，2014（1）：190.

[2]韩焕胜.变频节能技术在煤矿通风工作中的应用[C]//煤炭经济管理新论（第7辑）.第八届中国煤炭经济管理论坛暨第二届中国煤炭学会经济管理专业委员会工作会议（2007）.北京：中国煤炭学会，2007：174-175.

[3]王朝福.浅谈变频调速技术在煤矿运输系统中的节能应用[J].科技创新与应用，2014（4）：294.

[4]赵志宏，李志强.浅谈煤矿机电设备变频控制技术[J].企业技术开发，2010，29（10）：126.