机电运输新技术

机电运输新技术淮北矿业集团刘继平机电运输新技术一、机电运输系统在煤矿安全生产中的重要性煤矿机电运输是矿井生产环节的重要组成部分，它贯穿了矿井的各个生产环节，如提升、排水、通风、压气、运输、采掘、供电及地面生产系统等，战线长，涉及面广，特殊工种多，技术性强。一旦矿井机电运输系统发生事故，不仅影响煤矿生产，而且会严重威胁矿井及人员的生命安全。当前机电运输系统安全形势严峻。从全国看：今年前三季度，全国煤矿共发生事故626起、死亡1106人，其中，机电事故（发生48起、死亡50人）、运输事故（发生123起、死亡182人），机电运输占事故总起数、死亡总人数的27.3%和21%。从省内看：1~10月份全省煤矿共发生事故23起、死亡34人，其中，机电事故（发生6起、死亡6人）、运输事故（发生4起、死亡4人），机电运输占事故总起数、死亡总人数的43.5%和29.4%。二、机电运输新技术介绍

1、变电所保护计算微机化集绘图、计算、管理、优化、统计于一体的矿井供电及井下电气设计与计算软件。软件可以同时完成设备参数库的建立、供电系统图的绘制、数据调用、标注、修改、储存、输出、故障电流计算、潮流计算、继电保护装置整定计算等。

2、煤矿智能供电系统研究及110kV智能变电站的应用智能电网是将先进的传感量测技术、信息通信技术、分析决策技术和自动控制技术与能源电力技术以及电网基础设施高度集成而形成的新型现代化电网。发展智能电网的核心驱动力是解决能源安全与环保问题，中国智能电网关注对电力生产和管理信息的数字化获取和整合，促进系统安全可靠性、企业效益和服务水平的持续提高。智能电网的特征主要包括坚强、自愈、兼容、经济、集成和优化等。基于智能变电站技术的煤矿供电系统不仅能彻底解决煤矿长期存在的特殊供电问题，使煤矿供电系统由自动化迈入智能化，而且做到了与电力系统智能化建设的协同发展。系统按三层（站控层、间隔层和过程层）两网结构组建；功能上由区域集控中心和各个地面、井下智能变电站组成。地面/井下智能变电站由二层（间隔层和过程层）一网组成，功能保持独立性，即能不依赖于集控中心实现同步、测量、控制和保护功能。集控中心相当于各智能站的站控层，实现完整的SCADA监控、系统防误操作与顺序控制、故障区域判断与隔离、设备状态可视化、电能质量监测评估等高级功能，以及环境监测和视频遥视等辅助功能。根据理论研究成果和智能变电站相关规范规程规定，结合供电系统的现状，设计了合理的智能变电站建设方案并通过了验证。2011年祁南煤矿安全改扩建工程110kV智能变电站正式投运。由于智能供电系统需要实现过程层数据共享，而煤矿变电站数量多，总的开关间隔数量大（100-200），若过程层所有间隔的采样数据全部上传至环网共享，数据流量巨大，因此须解决数据的分层共享问题和分级流量控制问题。过程层数据分层共享：根据单间隔报文流量分析，一个间隔的总数据流量约为6Mbit/s。方案确定站控层共享GOOSE报文及跨站保护、集控需求的个别间隔SV报文，智能站内过程层全部共享。分级流量控制：使用基于端口的VLAN划分模式，从逻辑上把交换机按照端口划分成不同的虚拟局域网络，确保网络流量安全。采用IEEE1588，分层对时的全矿区所有变电站网络时钟同步技术合并单元发送同步过采样命令与线性插值抽取算法的过程层同步采样技术分级流量控制技术全矿井所有变电站的网络同步技术及分级网络流量控制技术，实现了全系统的高精度采样同步和过程层信息实时传输，简化了系统接线，解决了煤矿供电系统多变电站过程层信息共享的技术难题。故障自动识别与隔离恢复系统原则：1、地面及井下各智能变电站完成故障的识别，通过GOOSE上传。2、集控中心完成系统范围内故障区段的判断，下发隔离及闭锁命令。3、集控中心不影响各站独立的故障判断与继电保护，故障判断识别的速度应快于各站间隔层保护装置保护动作的速度，不影响各站保护的动作特性。保护测控装置保护逻辑只有收到闭锁信号时为“0”延时时间到由“0”变“1”故障后，由“0”变“1”基于煤矿变电站相互独立的GIS开关状态在线监测、变压器状态在线监测、10kV开关柜状态在线监测等子系统获得的设备基本状态信息，利用统一的信息平台，研发了煤矿电网状态专家系统分析与诊断系统将各在线监测子系统集成整合，实现了全站设备状态的集中监测与诊断分析。项目研发的地面电力设施管理系统，实现了设备的高效静态管理，提供相关的设备信息，协助专家系统完成动态在线全面监测评估和状态可视化。系统功能：1.实现对电力变压器、110kV组合开关电器、10kV开关柜、避雷器、变电站环境的状态监测与评估。2.综合状态监测系统具有系统自检及断电自恢复、数据采集存储、IEC61850数据接口、远程对时、单元配置、故障报警、故障诊断、信息可视化、用户管理等功能。状态在线监测评估系统煤矿电网状态在线监测评估系统状态在线监测各子系统监测的状态量参数状态在线监测子系统具体状态量参数110kV侧GIS开关SF6气体湿度、泄露、局部放电量、分合闸线圈直流电阻、辅助和控制回路绝缘电阻、操作次数、出线套管引线接头温度10kV开关柜

分、合闸线圈回路、电流、电压；断路器动触头行程、速度，操作过程中的机械振动、开断电流、操作次数、局部放电、介质损耗、泄漏电流、储能电机、柜内接点温度

电力变压器

绕组温度；铁芯温度；油位、油量、油温；绕组输入、输出电压、电流、有功功率、无功功率；绝缘分解物；内部局部放电量检测和位置判断；冷却系统检测氧化锌避雷器泄漏电流值、动作次数、阻性电流有效值、阻性电流正峰值和负峰值、阻性电流峰-峰值、功率损耗变电站环境温湿度监测、火灾信息监测、有害气体浓度监测、光照度监测以及视频监测煤矿电网状态专家分析与诊断系统智能操控系统由顺序控制服务器和监控系统主机组成，完成智能操控功能。顺序控制服务器：用于生成、仿真校核、存储顺控命令。监控系统主机：指明操作的原始态和目标态，执行顺控服务器顺控命令；并能实现防误闭锁功能。概念：通过自动化系统的单个操作命令，根据预先规定的操作逻辑和五防闭锁规则，自动按规则完成一系列设备操作任务。分类：根据其影响范围可分为间隔内程序化操作和跨间隔程序化操作。间隔内程序化操作：操作的执行只涉及到本间隔内设备；跨间隔程序化操作：操作的执行涉及到多个间隔设备。硬件条件：一次设备均需要具备电动操作功能，并具有较高的可靠性，二次设备保护装置应具有保护软压板远方投退、定值区的远方切换等相关功能而且必须工作稳定可靠。并具有一定的容错机制。顺序控制操作票生成编辑界面此项技术的研究和应用已通过中国煤炭协会组织的部级鉴定，具备国际领先水平。目前孙疃煤矿安全改建工程及涡北工业园110kV变电站的设计和施工均参照祁南煤矿安全改扩建工程110kV智能变电站设计理念，旨在打造一个煤矿高可靠智能供电系统。防误顺控一体化智能操控技术实现了煤矿供电系统闭锁、五防操作、顺序控制的无缝结合解决了煤矿供电系统图形化、安全化、一键化操作的难题减少了操控时间，有效提高了煤矿供电系统运行、检修及故障时的操控智能化水平及安全性3、矿井综合自动化信息化数字智能矿山拓扑图4、数字变频调速5、提升机智能恒减速制动系统整个安全制动控制过程采用PLC进行智能控制，能够主动地通过对各种信号进行检测、分析、推理并采取有效应对措施，解决了相关环节人为控制产生的故障与误差，确保系统安全制动系统有效制动。具有减速度恒值闭环自动控制功能及作为后备保护的恒力矩二级制动功能。其切换过程可自动实现；在防滑边界条件下，系统可以自动完成切换过程，完成极端工况下的紧急制动。恒减速控制方式具有控制精度较高、响应速度快，动态性能好，双向调节等特点，制动过程速度曲线反映系统纠偏能力非常强，安全制动效果好。6、螺杆压风机用可靠性高的螺杆空压机取代易损件多、可靠性差的活塞式空压机，具有结构简单、体积小、噪音低、没有易损件、工作可靠、寿命长、维修简单等优点。7、矿井主扇风机不停风倒机系统

由不停风倒机监控系统和不停风倒机风门系统组成。不停风倒机监控系统内含风机在线检测系统、风机智能控制系统等。系统可对通风机各种运行参数和信号的数据采集，储存、分析和判断可自动对风机的电气故障、机械故障和性能故障的三类故障进行分类，针对致命性故障和非致命性故障给出处理的专家建议，预先报警、并可做出相应的自动控制，实现液压站、润滑站、风门、高压柜、软启动，叶片角度、风门等设备的自动控制，确保风机运转更加安全可靠。不停风倒机风门系统主要是由最先进的低阻力自密式旋叶风门组成。自密式旋叶风门的出现，使不停风倒机成为现实，其可带压开启的优势无可比拟。其独特的设计结构可以使其在理想条件下，正压时自动开启和负压时封闭更紧，特别是独特的风门叶片外形、叶片选材和密封选材，使得自密式旋叶风门通风阻力更小、使用时间更长、密封性能更好，问世后被大量采用。该系统独创了通风机热备用的思路，可以保证在主通风机倒机期间通风动力的持续供应，具有矿井主通风机不停风自动倒机、“一键式”操作倒机和自动识别运行通风机故障的功能，通过检测及控制系统，逻辑控制快速开启或闭合自密型新式风门，实现通风机的快速切换，使倒机过程中对通风系统的影响由传统方式下的“系统停风”缩短为“风量波动”，故障状态下的倒机时间缩短，将原主扇通风机倒机时间由现在的五分钟以上甚至十分钟，缩短到四十秒左右甚至更短。本系统的出现，使得主扇通风机倒机这个安全的薄弱环节得到了改善，对矿井的安全生产有着巨大的意义。8、智能组合开关简化电缆连接、减少电缆使用量和电气设备占用面积，减少供电线路的电压降损耗、减少生产安装和维护工作量极大地提高生产效率和供电可靠性，有利于设备的频繁搬迁，加快工作面的推进速度。9、架棚机械手10、循环硫化床锅炉循环流化床锅炉是在流化床炉(鼓泡床炉)的基础上发展起来的，它与鼓泡床炉的主要区别在于炉内流化速度较高，被烟气大量携带出炉膛的细小颗粒(床料或未燃尽煤粒等)经炉膛出口高温分离器分离后重新输回炉内燃烧。可以看出，循环流化床炉燃烧设备是由燃烧室、点火装置、一次风室、布风板和风帽、给煤机和加脱硫剂装置、分离器等组成，比流化床炉多一套灰料分离循环系统。循环流化床炉的显著特点是可以实现煤的清洁、高效燃烧。燃料适应性广（热值在3000~4800大卡及脏杂煤）；燃烧效率高（效率达80%以上，比链条锅炉高约15%）；能有效脱硫；氧化物排放低；燃烧强度高，炉膛截面小；负荷调解范围大；故障率低、运行周期长；节约环保。11、单轨吊单轨吊车是在悬吊的单轨上运行，由驱动车或牵引车（钢丝绳牵引用）、制动车、承载车等组成的运输设备，按牵引动力分有柴油机、蓄电池、绳牵引单轨吊车。各种单轨吊车特点：柴油机单轨吊具有体积小、牵引力大，适用于多岔道、多支线、长距离运输。蓄电池单轨吊是以防爆特殊型蓄电池为动力源的自驱动机车，它具有无污染、故障率低、运营成本低等特点。钢丝绳牵引单轨吊具有体积小、牵引力大、转弯半径小、爬坡能力强（可达45°）等特点。适用于固定运输巷的运输，运距短，且不能进入多条分支轨道巷。最大起吊重量60t转弯半径：水平4m；垂直8m

最大功率130kW最大牵引力180kN最大爬坡30°（绳牵引可达45°）柴油单轨吊车技术参数其它运行速度

0–2.8m/s12、齿轨车

齿轨车是在坡道上齿轨轮与轨道中间的齿轨啮合传动运行，而在平道上它与普通机车一样，靠钢轮与轨道的粘着力运行缺点是自重和转弯半径较大，不大适合在采区运行。如果巷道变坡较多，则铺设齿轨太长影响成本和车速。因此，这种机车只宜用于水平大巷及与其相连的主要上、下山运输。13、卡轨车分类与特点卡轨车包括绳牵引、柴油机和蓄电池卡轨车，其特点是整机重量落在巷道底板的双轨上，与巷道支护条件无关。绳牵引卡轨车的突出优点是承载能力大，爬坡能力强，可适用于较大坡度，其主要缺点是只适用于固定运输巷的运输，不能进入多条分支轨道巷14、异型轨卡轨车●普通轨轨头小，卡轨空间小，卡轨、制动效果不理想●易翻车●易掉道普通轨分体联动旋转道岔卡轨和制动：15、无极绳是以钢丝绳牵引的矿井轨道运输设备，主要由无极绳绞车、张紧装置、梭车、尾轮、压绳轮、托绳轮和人车等组成。通过电动机驱动滚筒旋转，借助钢丝绳与滚筒之间的摩擦力达到传送重物之目的。梭车用来牵引矿车、平板车、材料车、和人车等车列，并有固定钢丝绳和储存钢丝绳等功能。梭车前后两的碰头牵引车连接，可实现顶车或拉车。可直接利用井下现有的轨道系统，不需对轨道及巷道进行改造。系统可布置为单道单向运输，双道双向运输或三轨双向运输。适应水平弯道运输。它可取代多台小绞车的接力运输，实现工作面顺槽设备、材料和人员不经转载的连续运输，节省了中途摘挂钩的时间，基本上可取代目前顺槽的调度绞车接力运输。无极绳连续牵引车结构紧凑，操作简单，维修方便，可靠性高。适用于煤矿井下工作面顺槽，掘进后配套和采区巷道，运送生产所需材料，设备及排矸，尤其是整体液压支架。可以和机车、绞车配合使用。

16、无轨胶轮车

用于井下在巷道底板上运行。主要以柴油机或蓄电池为动力优缺点运行灵活，装卸方便，转弯半径小；爬坡能力大；运行速度快；载重能力大。缺点是要求巷道断面宽度较大和无柱支护；对巷道底板的硬度和不平度都有较高的要求;要求巷道有较大的垂直弯道半径。多用于赋存较浅、倾角不大的近水平煤层矿井中。17、胶套轮机车是在使用普通轨的基础上，在机车驱动轮的踏面上加一层胶质轮套，其爬坡角度最大为1/10（5.7°）这些新型装备与传统的辅助运输设备相比，在技术特性、运输效率和安全性能方面都具有许多明显的优点，主要如下：1、运行安全可靠，不跑车、不掉道。设有工作、安全制动系统，并有防掉道装置和超速保护。2、爬坡能力强，能在起伏坡度较大和弯道较多情况下连续行驶。3、牵引力大，能实现重型物料如重型液压支架的整体搬运，对散料、长材能进行集装运输，载重量大。可实现多变坡、多转弯、长距离环境下大吨位设备、材料的无转载直达运输。有比较完整的配套设备和运输车辆，能够满足人员和多种材料设备的运输需要，并能实现装卸作业机械化。由于具有这些特点，所以这些设备发展很快。18、斜巷轨道运输综合监控系统特点1、多水平（阶段）提升时可视、转发信号：信号与绞车闭锁，车辆运行方向或区段可直接显示，便于区分，方便司机和信号把钩工之间的联系和操作。2、道岔与信号、绞车联锁装置：道岔操作实行授权制，非运行车场道岔拒动，对道岔进行实时监测，实现了道岔不密贴报警，且发不出开车信号，信号不发，绞车不能运行，保证了车辆正常运行3、跑车防护装置自动常闭：采用旋转编码器检测车辆运行位置，依靠PLC可编程控制技术实现车辆运行与挡车栏之间的联锁，当车辆正常运行到指定位置时挡车栏打开，车辆通过后，挡车栏自动落下；当发车跑车时，由于其速度较快，挡车栏没有打开，从而阻止下放车辆继续运行，有效起到防护作用。4、巷道人员检测跟踪预报警：为了解决斜巷人员上、下行走与矿车运输之间矛盾：行车时行人或行人时行车而带来的安全隐患，在斜巷各道岔车场及道岔躲避峒室入口安装人体红外传感器，可在绞车启动前，对整条斜巷入口以及道岔躲避峒室入口处全程扫描,实时检测斜巷内人员信息，无人时才能正常启动绞车，有人时系统报警并与信号闭锁，绞车不能启动，真正做到“行人不行车”。同时为防止违章矿工强行进入斜巷，当系统通过检测、显示斜巷有人时，系统报警：整条巷道发出“正在运输，请勿进入”语音提示，提示行人及时撤离，提示绞车司机及时采取措施，从而实现运行安全。5、视频监视系统：在斜巷上车场、下车场、片盘地区放置矿用本安型光纤摄像仪。图像整合到隔爆监视器上，绞车司机通过视频图像直接观察各个道岔状态，同时结合斜巷人员检测装置，及时方便了解车场入口人员流动情况，同时还可以利用显示控制装置进行切换。6、绞车变频电控技术：采用双PLC控制方式，在满足绞车运行控制的前提下，实现了《煤矿安全规程》规定的的保护要求，并首次将高精度位移传感器GUH7应用到煤矿井下，实时监测闸瓦间隙，在绞车闸瓦间隙保护上取得突破。该装置具备可视、可控、集约、危险区域人员检测、语音告警等多种手段。19、矿井窄轨机车通讯、定位及安全预警系统该系统由矿山井下无线移动通信系统；矿山机车定位跟踪和安全预警系统和车皮管理系统三个子系统组成。机车定位及安全预警子系统：由无线里程碑、读标器、手机及车台、及调度软件等组成。根据矿山人员车辆定位跟踪需求，采用归航定位原理，在巷道沿线设置无线里程碑