矿井提升控制系统的发展与现状

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矿井提升机电控系统的现状与发展趋势

作者：刘永亮 时永玲 孔宪勇

来源：《科技传播》2012年第17期

0 引言

矿井提升机又称为矿井卷扬机。作为井上与井下的唯一输送通道，矿井提升机承担着人员、物料、设备和煤炭等的运输任务。矿井提升机属往复运动的大型生产机械，它具有自身惯性大、载荷能力强，载荷及其变化也大、载荷性质属位能性负载、运行速度快、调速范围广等一系列的优点，矿井提升机运行的状况，关系着矿井的正常生产，而且还影响着矿井的设备安全和矿工的人身安全。由于矿井提升机的生产工艺和安全性的要求越来越高，其机械制造技术和电气控制技术也就成为各国机械制造界和电气传动界的一个重要的研究课题。随着高产高效矿井的迅速发展，更有利的促进了矿井提升机朝着大容量、大功率、高效率、高安全性、高可靠性、全数字化及综合自动化的方向深入发展。

1 矿井提升机控制系统的发展现状

根据提升机对电控系统的要求，提升机的电气可分为直流传动和交流传动两大类。直接传动即对直流电动机的速度控制。直流电动机由于具有良好的调速特性、宽广的调速范围和易于实现四象限运行等优点，很适合在需要调速和频繁正反转的矿井提升机中作拖到应用。随着电力技术的发展，特别是晶闸管的出现，对要求较高、容量较大或多水平开采的矿井，其提升机几乎都采用了晶闸管交流装置供电的直流电传动系统（V-M系统）。但是直流电动机需要设置机械换向器和电刷，不仅需要经常维护，影响运行可靠性、而且电刷容易产生火花，限制了使用场所，特别是由于存在换向问题，难以制造出大容量、高转速、高电压的直流电动机来，使得目前3 000r/min左右的高速直流电动机，最大容量只能达到400kW～500kW；低速直流电动机只能做到两三千千瓦，已经越来越难适应现代矿井提升机向着高速大容量化发展的需要。

交流传动即对交流电动机的速度控制。交流电机，尤其是笼型异步电动机，由于结构简单、制造方便、造价低廉、坚固耐用、无需维修、运行可靠，更可用于恶劣的环境之中，特别是能做成高速大容量，更适应在高速大容量的矿井提升机中作拖动应用。就我国目前的情况来看，国产的交流传动矿井提升机大部分仍采用较老的控制方式，减速制动多采用能耗制动方式。由于电力电子技术、大规模集成电路和计算机控制技术的发展，特别是交流传动的矢量控制和直接转矩控制理论的出现和成熟应用，形成了一系列可以喝直流调速系统相媲美的交流调速系统，国外已将交-交变频调速系统和具有四象限性能的交-直-交变频调速系统应用于复杂的、要求较高的、多水平、大容量的矿井提升机中。

科　科Ｊ技Ｊ论Ｊ坛　

地方煤矿提升系统变频控制改造与应用　

李芳廷周景海梁玉发　

．　（宝清县煤炭生产安全管理局，黑龙江宝清１５５６００）　

摘要：地方煤矿通过对矿井提升杌进行变频控制改造，实现了无级平稳加减速，提高提升系统的安全水平；节约电能；实现提升速度控制，减　

少设备维修工作量。　

关键词：提升系统；变频控制改造；节约电能；速度控制　

前言　行。变频调速在煤矿井上固定机械和采煤机上　宝清县万吕煤矿为宝清县地方煤矿企业，　也有了一定的应用并取得了较好的效果。　

２００８年为提高矿井提升系统安全性能，解决提　２．１变频器在提升机上的应用　

升速度平稳控制，分别对主、副井提升绞车电控　煤矿提升机选用变频控制要达到的主要目　

系统进行了变频改造，通过变频电控系统的改　的是：ａ．实现无级平稳加减速，提高提升系统的　造．实现了无级平稳加减速，提高提升系统的安　安伞水平Ｉｂ．节约电能　用变频器内置的编程　

全水平；节约电能；用变频器内鹭的编程软件替　软件替代继电器实现提＿丁｝速度控制，减少设备　代继电器，减少设备维修工作量。提升机变频调　维修工作量。提升机变频涮速节约电能主要从　

速节约电能主要从两方面考虑，一是取消了“调　两方面考虑，一是取消了“调速电阻”，节约了调　

速电阻”，节约了调速运行时电阻的热损耗；二　速运行时电阻的热损耗；其二是矿车下放减速　是矿车下放减速时，电动机短时间发电运行，反　时，电动机短时间发电运行，反馈给电网的电　

馈给电网电能，实现了提升速度平稳控制。　能。在变频器选型时，应该首选具有反馈功能的　

１提升系统变频技术的工作原理　提升机专用变频器。　１．１矿山交流提升系统控制方式　２．２变频调速系统的优点　

１．１．１动力制动电源。动力制动电源一般就　２．２．１实现了软起动、软停车，减少了机械　是一个三相桥式全控整流电路，采用速度单闭　冲击，使运行更加平稳可靠。　

环控制其整流输出电压，从而控制电机的减速　２．２．２起动及加速换挡时冲击电流很小，减　

矿井提升机控制技术研究现状与发展

在我国煤炭开采企业的发展进程中，矿井提升机的应用比较普遍，在保证矿井安全生产方面发挥着不可代替的作用。煤炭开采是一项较为特殊的工作，机械在使用过程中容易出现磨损，再加上操作不到位等状况，造成提升机容易出现故障，因此有必要加强对矿井提升机控制技术的研究应用，只有这样才能够在越来越严峻的煤炭开采事业中充分发挥其矿井提升机的优势。基于此，本文就矿井提升机控制技术进行了分析。

标签：矿井提升;机控制技术;研究现状;发展

引言

矿井提升机是煤矿、有色金属矿中的重要运输设备，主要负责矿石提升、人员运送、物料下放等工作，就当前我国煤炭开采工作中的矿井提升机应用现状来看，其具有容量大、能耗大、安全稳定等特点，而且基于周期性运转的特向，矿井提升机的电动机需要频繁的启动、制动和反向作业，故障隐患大幅度提升，有必要加强对其控制技术的研究分析，并明确其创新发展对策。

一、矿井提升机控制技术发展现状

（一）国外矿井提升机控制技术发展现状

二十世纪七十年代，国外的一些发达国家在矿井提升机的机械部分和电气部分已经实现了技术上的进步，具体表现在机械部分使用的减速机电动机到直流慢速电动机到后来的悬臂安装直接传动的电动机的应用。随着计算机的进步发展，在机电控制方面也开始利用可编程控制器（PLC）来优化矿井提升机操作，而且操作的安全性以及稳定性都得到了较大的提高。近几年，计算机技术发展迅速，通过计算机技术以及PLC的结合使用能够有效促进矿井提升机控制技术的发展水平。

（二）国内矿井提升机控制技术发展现状

我国的煤炭开采事业发展时间较长，但是矿井提升机控制技术的应用起步时间比较晚，具体是在1958年才开始使用了在地表和井下不断进行往复运行的提升机，在此基础上使用的提升机具有耗电大、控制系统复杂等却缺点。随着我国科学先进技术的发展进步，矿井提升机控制技术也得到了长足的进步，计算机技术以及PLC技术的引入也进一步增加了提升机的安全性和可靠性。数字技术的发展与成熟进一步促进了PLC技术的应用，“交—直—交”变频技术具有节能、精度高、无极调速等处理优势，将其应用在矿井提升机系统中能够带动该设备的升级优化，对系统安全运营具有不可低估的作用。

中山大学学报论丛，２００７年第２７卷第２期　

ＳＵＮ　ＹＡＴＳＥＮ　ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＦＯＲＵＭ，Ｖｏ１．２７　Ｎｏ．２　２００７　

矿井降温空调系统的分类及发展现状　

王进　，赵运超　，梁栋２　

（１．广州大学土木工程学院，广东广州５１０００６，２．中山大学工学院，广东广州５１０００６）　

摘　要：对矿井降温空调系统应用现状做了简要的阐述，讲述了矿井降温空调系统的组成及原　

理，在此基础上对各种矿井空调系统进行分类，介绍了各种矿井降温空调系统的优缺点以及应用场　合，最后提出了相关的建设性的结论。　关键词：矿井降温；空调系统；分类；发展　中图分类号ｆ　ＴＤ７２７　文献标识码：Ａ　文章编号ｆ　１００７．１７９２（２００７）０２－０１０９－０５　

随着开采深度的增加，机械化程度越来越高，由此出现的机械散热愈来愈大。　

据统计，国有重点煤矿平均采深年增加９　ｍ，采深大于７００　ｎｌ的矿井有５０多处，最深矿　井已超过１　０００　ｍ¨　。现有生产矿井平均以每年ｌ１　ｍ的速度向深度延伸，并且矿井开采深度　

每增加１００　ｍ，采掘工作面风流温度约增加１．５℃，预计到２０１０年，我国煤矿３５％的采掘工　作面风流温度超过３０℃。根据煤炭资源开发和资源保护资料显示，在预测的煤炭资源总储量　

中７３．２％的储量埋深在１　０００　ｍ以下，预测围岩温度３９—４５℃，处于二级热害区　Ｊ。国外：　

西德伊本比伦煤矿现采深达１　５３０　ｍ，地温梯度１　ｏＣ／４３　ｍ，井底岩温可达６０℃，南非斯太总　

统金矿的工作面深度超过３　０００　ｍ，原始岩温度达６３℃以上。南非阿曼代巴尔特金矿（Ａｍａｎ．　ｄｅｌｂｕｌｔ）１号井工作面温度高达５５℃　Ｊ。　

虽然矿井通风不仅为井下工人提供赖以生存的氧气，且可以冲淡井下有害气浓度，降低井　

下温度，是矿井安全生产的重要保障之一。但对于高温矿井，只靠矿井通风不能解决高温热　

害。所以，传统的矿井通风观念与常规的矿井通风方法已不能彻底解决高温高湿的矿井热害。