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电气自动化数字技术在煤矿企业的应用概述
2019-06-10
随着我国煤矿产业迅猛发展,电气自动化数字技术在煤矿企业生产保障领域具有极 为宽广的应用空间。为分析探讨电气自动化数字技术在煤矿企业应用情况,将其应用范围与应用 领域进行具体阐述,并从生产、安全、通风、监测角度对其进行逐一应用分析,将其时效性、作用性及 影响性进行诠释,为我国煤矿企业顺利发展奠定坚实基础。
Serial No. 601 May. 2019 现ꢀ 代ꢀ 矿ꢀ 业 MODERN MINING 总第 601期 2019 年 5 月第 5 期 电气自动化数字技术在煤矿企业的应用概述 韩晋峰 同煤集团临汾宏大豁口煤业有限公司) ( ꢀ ꢀ 摘ꢀ 要ꢀ 随着我国煤矿产业迅猛发展,电气自动化数字技术在煤矿企业生产保障领域具有极 为宽广的应用空间。 为分析探讨电气自动化数字技术在煤矿企业应用情况,将其应用范围与应用 领域进行具体阐述,并从生产、安全、通风、监测角度对其进行逐一应用分析,将其时效性、作用性及 影响性进行诠释,为我国煤矿企业顺利发展奠定坚实基础。 关键词ꢀ 煤矿ꢀ 电气自动化ꢀ 采煤机ꢀ 通风机切换 DOI:10. 3969 / j. issn. 1674-6082. 2019. 05. 076 [ 3] 1 ꢀ 发展现状 应用 。 由于煤层覆存条件的限制,电气自动化数 字技术在采煤机的应用必须有相关操作人员参与, 防止牵引电机、截割电机过载,行走机构损坏等。 宏 大豁口煤业有限公司结合自身地质条件增加控制程 序保证恒功率自动调速系统稳定运行。 具体内容如 下。 由于煤矿企业作业环境的特殊性使电气自动化 设备性能发挥受到很大的制约,部分人员现场参与 电气设备运行和局部电气设备实现全部自动化运转 [ 1] 是煤矿企业大型机械设备的现状 。 采煤工作面 空间小、粉尘大、潮湿、地质条件复杂多变,合理科学 的应用电气自动化数字技术控制采煤机、液压支架、 通风设备等重要生产机械才能有效降低成本,保证 安全提高企业的市场竞争力。 电气自动化数字技术 是综合机械化采煤各个生产环节的重要组成部分, 使大型设备在生产过程中保持良好的稳定性是实现 (1)采煤机左、右截割滚筒与煤壁作用力作为 信号输出,使电气自动化数字控制程序实现对采煤 机运行速度的自动调节。 (2)截割电动机作为采煤机的主电动机,在生 产过程中负载最大,电气自动化数字控制将截割电 动机的负载值与预设额定值进行对比,当负载值超 过或低于额定值时,控制器自主调节牵引速度,通过 牵引速度的改变调节左、右截割滚筒负载的大小。 电气自动化数字技术可以限定最高牵引速度, 一线操作人员根据采煤方法和支护设备、运输设备 性能,可预先调定最大牵引速度保证大功率电牵引 采煤机的运行安全。 宏大豁口煤业有限公司设计的 电气自动化恒功率自动调速系统如图 1 所示。 [ 2] 高效、安全生产的关键 。 在当前工业设备水平下 提高采煤工作面一线作业人员的职业技能,使其与 电气自动化数字技术相辅相成才能克服生产环境这 一不可抗拒因素,实现电气自动化技术在煤炭企业 的长足发展。 2 2 ꢀ 电气自动化数字技术的应用 . 1ꢀ 综合机械化采煤工作面的应用 恒功率自动调速系统在大功率电牵引采煤机的 图 1ꢀ 电气自动化恒功率自动调速系统 2 . 2ꢀ 在采煤机自动调高系统的应用 ꢀ ꢀ 韩晋峰(1985—),男,助理工程师,041000 山西省临汾市。 当前阶段实现采煤机自动调高系统的完全电气 2 82 ꢀ ꢀ 韩晋峰:电气自动化数字技术在煤矿企业的应用概述ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2019 年 5 月第 5 期 自动化尚且困难,国内外均处于实验阶段。 根据煤 层顶底板起伏变化自动调节滚筒切割煤层高度还是 可以实现的,但是在煤层开采前液压支架的选型已 经完成,工作面准备完毕后不可能再进行液压支架 型号的更换,为保证合理的采高,通过地质构造时需 要截割顶底板岩层,此时调高范围不能自动实现。 采煤工作面的高度控制在合理的范围是电气自动化 数字技术在采煤机自动调高系统应用的最为棘手问 题。 当遇到断层等地质构造时实现局部挑顶和卧底 量的控制更为困难。 采高过小,液压支架在支护过 程很有可能被压死,采煤机无法通过;采高超过液压 支架的最大支护高度,支架发生倾倒,失去对煤层顶 板的支护能力,造成冒顶等多种次生事故,影响生产 效率和安全。 为了实现电气自动化数字技术在采煤 机自动调高系统的应用,宏大豁口煤业有限公司提 出使人(操作人员)、机(电气自动化控制采煤机)、 物(液压支架、刮板输送机)、环(采煤工作面生产环 境)有机结合,尤其是在地质条件复杂多变时操作 人员通过控制采煤机合理调节采高,使电气自动化 数字技术在采煤作业中的优势发挥到极致。 防止瓦斯积聚、超限等,矿井通风是煤矿安全生产的 基础,素有“以风定产” 地说法。 对于高瓦斯矿井, 通风机在主、备风机切换过程中极易造成瓦斯积聚 和超限,主要原因为 (1)在主、备风机切换过程中,风机已经停止运 转,备用风机无法正常启动造成通风动力在一定时 间内中断。 (2)停机切换方式下,井下整个通风系统短暂 停风失稳,对于高瓦斯矿井,采用“停机切换”模式, 在切换过程中通风动力的短时中断造成通风失稳, 引起的瓦斯积聚、超限成为潜在的安全隐患。 煤矿 企业当前的处理方式为首先停止工作面的生产,风 机切换完成,确认风量满足要求时恢复生产,这种方 [ 5] 式显然不能满足矿井安全高效的生产要求 。 对于“停机切换”的不足,宏大豁口煤业有限公 司提出备用风机自动化预热理念摒弃“停机切换” 模式,采用“不停机切换”,即在切换前,通过电气自 动化数字技术提前启动备用风机,切换前预热备用 风机避免备用风机启动失败或停机切换通风中断造 成的通风失稳。 通过电气自动化数字技术解决如下 问题。 2 . 3ꢀ 在采煤机工况监视系统的应用 宏大豁口煤业有限公司结合当前采煤机发展现 (1)风路切换过程中远程精准调节水平和垂直 风门协调启闭问题。 状和自身煤层赋存条件提出电气自动化数字技术与 采煤机工况监视系统结合的理念,并成功应用。 具 体实现手段为:采煤机重新启动后,监视故障系统自 动对传感器信号、报警装置及控制系统的工作状态 进行自动巡检和显示。 对采煤机供电电压、控制电 压、液压系统压力等主要参数进行自检实现生产前 的准备。 采煤机运行过程中的在线检测系统在 GOT 显示器上实时显示动态数据,各项参数超过设 定值或发生线路故障时通过报警装置及时发出报警 信号防止事故的扩大化。 电气自动化数字技术通过 工况实时监测系统将故障部位、类别更为直观的体 现,缩短故障排查时间。 (2)切换过程,2 台通风机并联运行,通过风门 自动切换保证通风量稳定,防止风流中断,解决多变 量强耦合问题。 (3)由于井下通风系统非线性、大滞后的特性, 造成精确建立切换过程数学模型困难的问题。 在风机切换过程中,为保证电气自动化数字控 制的精准性,宏大豁口煤业有限公司以模糊控制理 论为基础,将控制方案简化为图 2 所示流程。 电气自动化数字技术在采煤机工况监视系统的 应用分为运行参数实时监测、特征信号分析、特征量 选择、状态识别和故障决策。 运行过程中的震动、力 矩大小、电流、电压、功率、温度等参数作为监视和诊 断信号,对采集的特征参数经过归纳分析确定最佳 图 2ꢀ 电气自动化模糊控制流程 4ꢀ 结ꢀ 论 经过多年的发展井下机械设备的电气自动化程 度有很大进步和改观,但是由于生产环境的复杂性 电气自动化数字技术在综合机械化采煤工艺中的优 越性仍不能更好地体现出来。 宏大豁口煤业有限公 司对采煤机、通风机切换电气自动化控制进行重新 设计并应用,满足了生产需要保( 下转第278页) [ 4] 解决方案 。 3 ꢀ 在通风机切换过程中通风失稳控制的应 用 ꢀ ꢀ 通风的主要目的是保证人员正常呼吸所需氧 气,排出煤层释放的有毒有害气体,维持井下温度, 2 83
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