变频技术在煤矿皮带机改造中的应用

变频技术在煤矿皮带机改造中的应用

褚伟

枣庄王晁煤矿有限责任公司 山东枣庄 277518

摘要：煤矿生产的机械化使得生产的效率和安全性大幅度提高，但传统的煤矿机电设备在运行时还存在着各种问题，严重制约了煤矿生产效率的进一步提高。本文深入探究了在煤矿皮带及改造过程中应用变频技术的优点,并介绍了煤矿皮带机改造时实际变频技术的详细应用措施,探讨了其中所出现的关键性问题。之后还提出相应的解决措施,以通过变频改造煤矿皮带机,提高本身运输效率,使企业获取更高经济效益。

关键词：煤矿；皮带机；改造；变频技术；应用

1导言

随着煤炭生产能力与技术的不断提高，长距离、大功率、多点传动的带式输送机在煤矿生产中得到了广泛的应用。这种带式输送机在启动时会产生巨大的摩擦力，而且满载时只能在皮带张紧情况下启动。由于输送带受自张力、反张力以及启动张力的影响，因此，在以较小的速度启动带式输送机时，必须保证启动的稳定性，并以最大的启动力矩，使带式输送机具有一定的过载能力。

2变频技术应用价值

2.1提高资源利用效率

社会经济的快速发展，离不开各类能源的支持，煤炭作为化石能源中的一种，目前，已经广泛应用于生产制造业中。虽然煤炭资源属于不可再生能源，如果不能对其进行高效利用，势必会限制社会经济的长久发展。变频技术的应用，可以对机械设备的工作模式进行动态调整，如在煤层较薄的作业区域，可以降低开采设备的工作功率，使其以恰当的掘进方式进行开采，减少机械空转的情况。例如，在风机结构的应用过程中，可以适当提高机械设备的输出功率，其节能效果可以达到50%～70%，进而提高资源利用效率。

2.2降低煤矿开采成本

现阶段，越来越多的先进开采技术流入市场中，这也在很大程度上提高了煤矿的工作效率，并且很多煤矿企业已经率先完成了生产模式转型，进入自动化生产阶段。与此同时，如何在可控范围内降低煤矿的开采成本，也成为人们重点关注的内容。在上文中已经提到，变频技术可以结合作业区域的实际情况，对机械设备的输出功率进行调整，这样可以提高开采过程的持续性。尤其是在一些煤层分布情况相对复杂的作业区域，动态调整的作业模式，不仅可以顺利地完成煤层开采任务，而且还能够降低开采过程中降低5%～15%的成本投入，从而提高企业在市场中的核心竞争力。

3矿井应用远距离变频技术前的突出问题

汾源煤业公司井下采区运输系统改造项目因矿井处在联合试运转关键时期，工期紧任务重，为减少井巷工程施工，运输巷道仍然使用原井筒，但强力皮带的安装存在难题。

3.1运输距离长

采区运输巷道坡度20°，长度1150m，输送机满载启动时所需转矩大，易造成大电流冲击矿井供电电网。

3.2安装难度大

巷道断面的拱形断面小，仅为11.8m，大功率设备体积和质量较大，造成安装难度大，摆放驱动设备空间不足。

3.3外部环境

外部环境的温度过高或者煤矿井下湿度大、粉尘多、瓦斯易爆炸[2]等，工况条件较差，对电气设备的防护等级要求高。

4变频技术在煤矿皮带机改造中的应用

4.1保证足够小的开启电流

为了使得煤矿皮带机改造之后具备有更长的使用寿命,则要求在开机过程中有着足够小的开启电流及足够短的开机时间。因为一旦开机电流过大或是开机时间过长,将会极大地冲击该设备所处于的电网,进而沿着电网破坏相连于同一个电网中其余的机电设备。而正由于在皮带机设备开启时所产生的电流极大的冲击电网,进而波及到连接在同一电网中其余的机电设备,因此需要严格的控制开启电流及开机时间,以保证皮带机具备更长使用寿命。

4.2煤矿皮带装置改造

在煤矿开采的过程中，煤矿皮带装置属于常用的运输载体，即将煤炭资源从开采区与运输到矿外。其工作原理是在电能的驱动下，皮带与轮毂之间所产生的摩擦作用会带动整个设备的运行，如果想保持皮带高速的运行状态，需要损耗掉大量的电力，这也在很大程度上造成了资源的浪费。

目前，常用的煤矿皮带装置以液压耦合装置来促进设备的正常运行，但是，该过程会消耗掉大量的电能，并且装置上还会附加较多的电压，增加了安全隐患的发生概率。变频技术的应用，可以对液压耦合装置的工作状态进行优化，引入了软启动模式，这样在皮带装置正常运行的过程中，电路网结构的功能损耗可以下调30%～55%，从而起到节能减排、提升资源利用效率的作用。而且在设备维护的过程中，变频技术可以辅助数据信息采集，借助传感器设备运输设备的工作状态进行监督，在检修时，也可以快速定位故障部位，加快了故障检修速度。另外，变频技术还可以避免由于液力耦合器损坏，电机控制失灵的情况。

4.3矿井通风机中变频技术的应用

矿井通风机是通风系统中风力循环的主要动力来源，保证其安全运行对于矿井的安全生产具有十分重要的意义。在矿井提升机运行过程中，若电网的电压波动较大，很容易造成通风机在运行过程中风扇叶片晃动，长时间运行会出现通风安全事故。此外，在通风机运行过程中需要对工况点进行调节，否则会使通风机的耗能增加。传统的通风机工况点调节是通过调节通风机叶片的安装角来实现的，调节时十分不方便，需要耗费大量的时间。在一些特殊情况下，通风机需要停止时不能对其风速进行控制，导致产生较大的冲击电流注入到电网中，对其他设备产生了较大的冲击。在对通风机进行变频技术改造后，通过改变电压的频率就可以对通风机的工况点进行调节，提高了通风机运行的平稳性，降低了电网电压波动对通风机运行的影响。与此同时，由于通风机运行的平稳性更高，极大地延长了通风机的使用寿命，降低了通风机的运行维护成本，提高了煤矿的经济效益。

4.4安全防护方面

在煤矿开采深度不断增加的背景下，安全防护工作的重要性也在凸显，如何采取积极有效的措施来保护开采人员的生命安全，也成为煤矿企业需要重点衡量的问题。结合以往的应用经验，变频技术应用到该环节中，可以和自动化监控系统关联在一起，同时，在大数据技术、专家系统、云计算技术等帮助下，协调各机械设备的工作状态，减少设备启动与停止的次数，这样可以降低设备惯性所带来的影响，延长结构的使用寿命。并且变频技术的应用，可以渗透到多个安全防护层面，如最基础也是最关键的通风装置上，变频技术可以结合空气中有害气体浓度，适当调整通风量大小，从而在确保工作环境安全性的基础上，降低能源的损耗速度。另外，变频技术还可以调节其他辅助系统正常的工作状态，减少重复作业情况的发生概率，如提升机工作状态、电路网工作状态等，确保各个系统之间工作的稳定性，从而提高整个工作过程的安全性。

4.5皮带强度改造

经过改造之后的皮带机想要确保本身具备良好运输效能,还可以将液压器、耦合装置应用于其中达到这一目的。但是这样会加重皮带强度,使皮带承受更大压力,而使其快速老化损伤。此时,为了延长整体皮带机使用寿命,还要求使用具备有更高强度的皮带,而达到这一目的。

4.6温度调整

在皮带机改造过程中,应用变频技术改造之后的皮带机转动时会出现温度异常的问题,而主要原因在于皮带机不具备有良好散热性能,其主要表现就是相比于改造之前,改造之后的皮带机发动机具备有相对较高的温度,同时又由于温度异常状况,而导致变频器内再次出现了高次谐波现象,影响到电机的正常运行,在此种情况之下,有关的技术维修人员必须采取相应解决措施,进而提升电机规模或者是采取措施以开启电机散热系统,达到良好散热目的,解决温度异常状况。

结束语

综上所述，在煤矿机械化开采过程中，机电设备发挥了关键作用，但是传统的机电设备在运行时还存在一些问题，严重制约了中国煤炭行业的继续发展。为了确保煤矿企业经济的稳定发展，需要从充分发挥变频技术的应用优势，将其合理地应用到机械设备运行过程中，从而提高确保整个煤矿生产过程的安全性，降低整个过程的能耗，促进煤矿产业的可持续发展。

参考文献

[1]蒋卫良，杨生华，芮丰．高压变频器在煤矿带式输送机上的应用[J]．煤炭工程，2018,50(11):67-70.

[2]冯少宇.基于变频技术在煤矿皮带机改造中的应用分析[J].科技创新导报,2017(36).