煤矿机电设备节能管理策略研究

王庭国 

陕西煤化机电安装有限公司    727000

摘要：在社会经济发展新时代，各行各业经历了诸多变革创新，煤炭产业也不例外，即由过去的产能不足到现在的产能过剩，这使得煤矿企业更加注重开采成本。在这样的背景下，实现煤矿机电设备的节能运行势在必行。煤炭行业一直以高能耗著称，需要进行技术升级。这种高能耗一方面与煤矿机电设备的控制方式有关，另一方面与电网供电质量和设备标准有关。因此，必须根据煤矿的具体情况选择合适的方式实现机电设备节能运行，本文重点针对此方面展开论述。

关键词：煤矿；机电设备；节能

引言

在节能减排的大背景下，煤炭开采污染问题受到了社会的高度关注。因此，对于煤炭开采行业来说，当前最主要的工作就是要减少开采过程中的污染现象，实现节能减排。由于煤炭开采过程中主要使用掘进机，该设备耗电量较大，所以应采取有效措施，降低其电能消耗，促进煤矿开采产业的绿色化发展。

1煤矿机电设备节能管理面临的问题

一方面，煤矿机电设备布局相对分散，并且井下不同的生产系统所分布的机电设备因为生产厂家以及设备型号等有所差异，导致操作系统存在不兼容问题，所以很多耗能机电设备不能顺利的共享数据，集中控制难度较大。对于此问题，研究领域也开发部分软件以对机电设备实现集中控制，不过此类软件主要面向单一系统，比如排水、工作面监控、瓦斯监控等，未对整个生产系统实现全方位的协调控制。

另一方面，煤矿机电设备有着多样性的耗能因素。因为煤矿生产系统高度复杂，煤矿作业环境恶劣且复杂多变，井下作业空间非常有限，有诸多因素会对机电设备其耗能产生影响。比如，在综采工作面上通过采煤机进行截割作业期间，采煤机的姿态、倾角以及速度等均会影响设备耗能。在多样化的耗能因素当中，如何选择最佳耗能变量或者针对不同耗能变量建立相互关系式，获得新型综合耗能变量，将其视作机电设备协同控制重要参考依据，这还需要进一步探究，目前实现难度比较大。

2煤矿机电设备节能管理策略

2.1智能调速控制技术

第一，PID控制。PID控制是主要为工业领域的大型设备控制所研制，其原理简洁、控制性良好、且整体操作较为简便。目前仍有大批企业在开采过程中应用PID控制技术。但此类系统在工作阶段需预先开展对应参数校准工作，对于突发性的运输故障难以做出应对动作。且此类系统在运行过程中对矿井的作业环境要求较高，受井下生产环境的影响，容易出现输送机负载变化起伏的现象。整体而言，该方案具备一定的能耗控制效果。

第二，模糊控制。在国内煤炭需求稳步增长的背景下，煤矿企业对于带式输送机系统的各项指标均提出较高的要求。为进一步提高整体作业效率，除了优化带式输送机的设备连接部件外，另一方案则是优化是控制器的性能。传统运输机的控制设备主要为PID控制器、自适应控制器。但随着算法与AI技术的逐渐发展，模糊控制器的整体优势逐渐凸显。模糊控制器可收集带式输送机的历史运行数据，并结合任务要求等变量数据实现自动调速控制，提高整体输送机系统的稳定性与控制可靠性。模糊控制技术的优势有几点：①适合多单位设备控制，对系统模型精度不做要求。②可靠性高，效果较强。③系统迭代速度较快，各项功能逐渐趋于完善，且性能不断增强。

第三，智能控制。智能控制是借助计算机辅助系统实现自主控制，系统可根据内置的微型计算机与传感器实现自动化控制。智能控制的核心原理在于针对不同环境下使用特定算法实现最优控制方案的制定，从而大幅提供整体控制效能。其主要模式为信号处理的方式，并借助程序设计和AI控制。随人工智能技术的发展，在运输机的控制方面可引入对应蚁群算法、模糊算法等不同类型的智能辅助技术，从而进一步优化整体输出效率。

2.2变频技术

2.2.1采煤机节能改造

采煤机在煤矿开采工作中发挥重要作用，通过变频技术进行节能改造时，主要从切割装置部分、装载系统部分和行走装置部分等开展。在切割装置部分，对不同工作面进行不同功率的设置。若工作面比较大，通过最大功率开展切割采煤处理，可以快速把大工作面区域下的煤矿资源采入到装载系统内；若工作面比较小，对工作面合理降低，能够实现耗电降低。在装载系统部分，变频技术可以结合具体采煤量进行运行功率的合理调整，让装载速度和采煤速度能够良好匹配，达到节能效果。在行走装置方面，因为采煤与行走时存在不同的牵引力，则可以通过变频技术对行走装置频率调节，基于充足牵引力尽可能控制电能的消耗。以变频技术对采煤机进行节能改造，能够提高采煤机的整体节能效果，防止设备长期满负荷的运行影响设备寿命。

2.2.2井下电机车节能改造

煤矿企业的井下电机设备中，传统的电力基础采取调节电阻以及控制电阻的方式进行。但是这种控制方式对电能有一定损耗，同时对电力机车的控制性也比较差，很容易引发各种安全事故。因此，在煤矿机电设备中进行变频技术节能改造的研究时，将直流电转化为交流电的方式，实现直流转化为电压和频率，通过控制电压、频率和直流的方式，从而实现对电力机车稳定性的提升，降低了煤矿施工中的安全隐患。加强变频技术水平，有助于提高电机车的牵引效率，降低机械故障率的同时，还能确保煤矿机电设备获得足够的动力需求，使得传统煤矿挖掘工作中的用电量大幅度降低。因此，煤矿机电设备的变频技术节能改造技术，对改善煤矿机电车的性能和交流变频调速电动机有着良好的交流驱动转化效果，有利于将直流电转化为三相交流电。在利用技术转化率和直接转矩控制技术时，提高电机车的牵引力方式，也能大幅度降低对电能的损耗，是非常良好的一种改造方式。

2.3谐波治理技术

当电机处于低负载运行时，电机会向电网中注入大量的谐波。若不对谐波进行治理，则会导致机电设备在运行过程中发热严重，能耗显著增加。此外，由于使用了大量的变频器，在使用过程中也会产生谐波注入到电网中。为此，需要对电网中的谐波进行治理。在治理时，首先需要使用专业的设备对电网中的谐波进行监测，查看谐波的大小情况；然后选择合适的方式消除谐波，通常采用的是滤波电路，由于电网中混入的多是高频谐波，使用高频滤波电路即可。

2.4定时定位技术

在煤矿井下生产过程中，实时定位对维护井下工作人员以及相关设备的安全至关重要。针对煤矿机电设备建立协同控制系统过程中，要合理应用定时定位技术，以动态跟踪和定位井下作业人员及相关设备。在该技术应用中，主要可通过在工作人员及机电设备当中安装的无线定位节点来采集信号，然后利用无线网络上传到定位系统当中，相应系统结合事先所建立井下坐标完成计算，同时对井下工作人员及机电设备实现可视化定位。

结语

实现煤矿机电设备的节能运行是煤矿生产的需要。在煤矿开采过程中，导致机电设备能耗较高的原因主要有功率因数低、设备控制方式落后、设备老化严重、井下变电站距离过远和设备开机率低等。针对此，应该从提高设备的功率因数、采用变频控制、谐波治理方面实现煤矿机电设备的节能管理。

参考文献

［1］梁广.优化煤矿机电设备设计标准实现机电节能［J］.中国石油和化工标准与质量，2021，41(6)：140-142.

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