機電運輸新技術

機電運輸新技術淮北礦業(yè)集團劉繼平機電運輸新技術一、機電運輸系統(tǒng)在煤礦安全生產(chǎn)中的重要性煤礦機電運輸是礦井生產(chǎn)環(huán)節(jié)的重要組成部分，它貫穿了礦井的各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)，如提升、排水、通風、壓氣、運輸、采掘、供電及地面生產(chǎn)系統(tǒng)等，戰(zhàn)線長，涉及面廣，特殊工種多，技術性強。一旦礦井機電運輸系統(tǒng)發(fā)生事故，不僅影響煤礦生產(chǎn)，而且會嚴重威脅礦井及人員的生命安全。當前機電運輸系統(tǒng)安全形勢嚴峻。從全國看：今年前三季度，全國煤礦共發(fā)生事故626起、死亡1106人，其中，機電事故（發(fā)生48起、死亡50人）、運輸事故（發(fā)生123起、死亡182人），機電運輸占事故總起數(shù)、死亡總人數(shù)的27.3%和21%。從省內(nèi)看：1~10月份全省煤礦共發(fā)生事故23起、死亡34人，其中，機電事故（發(fā)生6起、死亡6人）、運輸事故（發(fā)生4起、死亡4人），機電運輸占事故總起數(shù)、死亡總人數(shù)的43.5%和29.4%。二、機電運輸新技術介紹

1、變電所保護計算微機化集繪圖、計算、管理、優(yōu)化、統(tǒng)計于一體的礦井供電及井下電氣設計與計算軟件。軟件可以同時完成設備參數(shù)庫的建立、供電系統(tǒng)圖的繪制、數(shù)據(jù)調(diào)用、標注、修改、儲存、輸出、故障電流計算、潮流計算、繼電保護裝置整定計算等。

2、煤礦智能供電系統(tǒng)研究及110kV智能變電站的應用智能電網(wǎng)是將先進的傳感量測技術、信息通信技術、分析決策技術和自動控制技術與能源電力技術以及電網(wǎng)基礎設施高度集成而形成的新型現(xiàn)代化電網(wǎng)。發(fā)展智能電網(wǎng)的核心驅動力是解決能源安全與環(huán)保問題，中國智能電網(wǎng)關注對電力生產(chǎn)和管理信息的數(shù)字化獲取和整合，促進系統(tǒng)安全可靠性、企業(yè)效益和服務水平的持續(xù)提高。智能電網(wǎng)的特征主要包括堅強、自愈、兼容、經(jīng)濟、集成和優(yōu)化等。基于智能變電站技術的煤礦供電系統(tǒng)不僅能徹底解決煤礦長期存在的特殊供電問題，使煤礦供電系統(tǒng)由自動化邁入智能化，而且做到了與電力系統(tǒng)智能化建設的協(xié)同發(fā)展。系統(tǒng)按三層（站控層、間隔層和過程層）兩網(wǎng)結構組建；功能上由區(qū)域集控中心和各個地面、井下智能變電站組成。地面/井下智能變電站由二層（間隔層和過程層）一網(wǎng)組成，功能保持獨立性，即能不依賴于集控中心實現(xiàn)同步、測量、控制和保護功能。集控中心相當于各智能站的站控層，實現(xiàn)完整的SCADA監(jiān)控、系統(tǒng)防誤操作與順序控制、故障區(qū)域判斷與隔離、設備狀態(tài)可視化、電能質(zhì)量監(jiān)測評估等高級功能，以及環(huán)境監(jiān)測和視頻遙視等輔助功能。根據(jù)理論研究成果和智能變電站相關規(guī)范規(guī)程規(guī)定，結合供電系統(tǒng)的現(xiàn)狀，設計了合理的智能變電站建設方案并通過了驗證。2011年祁南煤礦安全改擴建工程110kV智能變電站正式投運。由于智能供電系統(tǒng)需要實現(xiàn)過程層數(shù)據(jù)共享，而煤礦變電站數(shù)量多，總的開關間隔數(shù)量大（100-200），若過程層所有間隔的采樣數(shù)據(jù)全部上傳至環(huán)網(wǎng)共享，數(shù)據(jù)流量巨大，因此須解決數(shù)據(jù)的分層共享問題和分級流量控制問題。過程層數(shù)據(jù)分層共享：根據(jù)單間隔報文流量分析，一個間隔的總數(shù)據(jù)流量約為6Mbit/s。方案確定站控層共享GOOSE報文及跨站保護、集控需求的個別間隔SV報文，智能站內(nèi)過程層全部共享。分級流量控制：使用基于端口的VLAN劃分模式，從邏輯上把交換機按照端口劃分成不同的虛擬局域網(wǎng)絡，確保網(wǎng)絡流量安全。采用IEEE1588，分層對時的全礦區(qū)所有變電站網(wǎng)絡時鐘同步技術合并單元發(fā)送同步過采樣命令與線性插值抽取算法的過程層同步采樣技術分級流量控制技術全礦井所有變電站的網(wǎng)絡同步技術及分級網(wǎng)絡流量控制技術，實現(xiàn)了全系統(tǒng)的高精度采樣同步和過程層信息實時傳輸，簡化了系統(tǒng)接線，解決了煤礦供電系統(tǒng)多變電站過程層信息共享的技術難題。故障自動識別與隔離恢復系統(tǒng)原則：1、地面及井下各智能變電站完成故障的識別，通過GOOSE上傳。2、集控中心完成系統(tǒng)范圍內(nèi)故障區(qū)段的判斷，下發(fā)隔離及閉鎖命令。3、集控中心不影響各站獨立的故障判斷與繼電保護，故障判斷識別的速度應快于各站間隔層保護裝置保護動作的速度，不影響各站保護的動作特性。保護測控裝置保護邏輯只有收到閉鎖信號時為“0”延時時間到由“0”變“1”故障后，由“0”變“1”基于煤礦變電站相互獨立的GIS開關狀態(tài)在線監(jiān)測、變壓器狀態(tài)在線監(jiān)測、10kV開關柜狀態(tài)在線監(jiān)測等子系統(tǒng)獲得的設備基本狀態(tài)信息，利用統(tǒng)一的信息平臺，研發(fā)了煤礦電網(wǎng)狀態(tài)專家系統(tǒng)分析與診斷系統(tǒng)將各在線監(jiān)測子系統(tǒng)集成整合，實現(xiàn)了全站設備狀態(tài)的集中監(jiān)測與診斷分析。項目研發(fā)的地面電力設施管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了設備的高效靜態(tài)管理，提供相關的設備信息，協(xié)助專家系統(tǒng)完成動態(tài)在線全面監(jiān)測評估和狀態(tài)可視化。系統(tǒng)功能：1.實現(xiàn)對電力變壓器、110kV組合開關電器、10kV開關柜、避雷器、變電站環(huán)境的狀態(tài)監(jiān)測與評估。2.綜合狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)具有系統(tǒng)自檢及斷電自恢復、數(shù)據(jù)采集存儲、IEC61850數(shù)據(jù)接口、遠程對時、單元配置、故障報警、故障診斷、信息可視化、用戶管理等功能。狀態(tài)在線監(jiān)測評估系統(tǒng)煤礦電網(wǎng)狀態(tài)在線監(jiān)測評估系統(tǒng)狀態(tài)在線監(jiān)測各子系統(tǒng)監(jiān)測的狀態(tài)量參數(shù)狀態(tài)在線監(jiān)測子系統(tǒng)具體狀態(tài)量參數(shù)110kV側GIS開關SF6氣體濕度、泄露、局部放電量、分合閘線圈直流電阻、輔助和控制回路絕緣電阻、操作次數(shù)、出線套管引線接頭溫度10kV開關柜

分、合閘線圈回路、電流、電壓；斷路器動觸頭行程、速度，操作過程中的機械振動、開斷電流、操作次數(shù)、局部放電、介質(zhì)損耗、泄漏電流、儲能電機、柜內(nèi)接點溫度

電力變壓器

繞組溫度；鐵芯溫度；油位、油量、油溫；繞組輸入、輸出電壓、電流、有功功率、無功功率；絕緣分解物；內(nèi)部局部放電量檢測和位置判斷；冷卻系統(tǒng)檢測氧化鋅避雷器泄漏電流值、動作次數(shù)、阻性電流有效值、阻性電流正峰值和負峰值、阻性電流峰-峰值、功率損耗變電站環(huán)境溫濕度監(jiān)測、火災信息監(jiān)測、有害氣體濃度監(jiān)測、光照度監(jiān)測以及視頻監(jiān)測煤礦電網(wǎng)狀態(tài)專家分析與診斷系統(tǒng)智能操控系統(tǒng)由順序控制服務器和監(jiān)控系統(tǒng)主機組成，完成智能操控功能。順序控制服務器：用于生成、仿真校核、存儲順控命令。監(jiān)控系統(tǒng)主機：指明操作的原始態(tài)和目標態(tài)，執(zhí)行順控服務器順控命令；并能實現(xiàn)防誤閉鎖功能。概念：通過自動化系統(tǒng)的單個操作命令，根據(jù)預先規(guī)定的操作邏輯和五防閉鎖規(guī)則，自動按規(guī)則完成一系列設備操作任務。分類：根據(jù)其影響范圍可分為間隔內(nèi)程序化操作和跨間隔程序化操作。間隔內(nèi)程序化操作：操作的執(zhí)行只涉及到本間隔內(nèi)設備；跨間隔程序化操作：操作的執(zhí)行涉及到多個間隔設備。硬件條件：一次設備均需要具備電動操作功能，并具有較高的可靠性，二次設備保護裝置應具有保護軟壓板遠方投退、定值區(qū)的遠方切換等相關功能而且必須工作穩(wěn)定可靠。并具有一定的容錯機制。順序控制操作票生成編輯界面此項技術的研究和應用已通過中國煤炭協(xié)會組織的部級鑒定，具備國際領先水平。目前孫疃煤礦安全改建工程及渦北工業(yè)園110kV變電站的設計和施工均參照祁南煤礦安全改擴建工程110kV智能變電站設計理念，旨在打造一個煤礦高可靠智能供電系統(tǒng)。防誤順控一體化智能操控技術實現(xiàn)了煤礦供電系統(tǒng)閉鎖、五防操作、順序控制的無縫結合解決了煤礦供電系統(tǒng)圖形化、安全化、一鍵化操作的難題減少了操控時間，有效提高了煤礦供電系統(tǒng)運行、檢修及故障時的操控智能化水平及安全性3、礦井綜合自動化信息化數(shù)字智能礦山拓撲圖4、數(shù)字變頻調(diào)速5、提升機智能恒減速制動系統(tǒng)整個安全制動控制過程采用PLC進行智能控制，能夠主動地通過對各種信號進行檢測、分析、推理并采取有效應對措施，解決了相關環(huán)節(jié)人為控制產(chǎn)生的故障與誤差，確保系統(tǒng)安全制動系統(tǒng)有效制動。具有減速度恒值閉環(huán)自動控制功能及作為后備保護的恒力矩二級制動功能。其切換過程可自動實現(xiàn)；在防滑邊界條件下，系統(tǒng)可以自動完成切換過程，完成極端工況下的緊急制動。恒減速控制方式具有控制精度較高、響應速度快，動態(tài)性能好，雙向調(diào)節(jié)等特點，制動過程速度曲線反映系統(tǒng)糾偏能力非常強，安全制動效果好。6、螺桿壓風機用可靠性高的螺桿空壓機取代易損件多、可靠性差的活塞式空壓機，具有結構簡單、體積小、噪音低、沒有易損件、工作可靠、壽命長、維修簡單等優(yōu)點。7、礦井主扇風機不停風倒機系統(tǒng)

由不停風倒機監(jiān)控系統(tǒng)和不停風倒機風門系統(tǒng)組成。不停風倒機監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)含風機在線檢測系統(tǒng)、風機智能控制系統(tǒng)等。系統(tǒng)可對通風機各種運行參數(shù)和信號的數(shù)據(jù)采集，儲存、分析和判斷可自動對風機的電氣故障、機械故障和性能故障的三類故障進行分類，針對致命性故障和非致命性故障給出處理的專家建議，預先報警、并可做出相應的自動控制，實現(xiàn)液壓站、潤滑站、風門、高壓柜、軟啟動，葉片角度、風門等設備的自動控制，確保風機運轉更加安全可靠。不停風倒機風門系統(tǒng)主要是由最先進的低阻力自密式旋葉風門組成。自密式旋葉風門的出現(xiàn)，使不停風倒機成為現(xiàn)實，其可帶壓開啟的優(yōu)勢無可比擬。其獨特的設計結構可以使其在理想條件下，正壓時自動開啟和負壓時封閉更緊，特別是獨特的風門葉片外形、葉片選材和密封選材，使得自密式旋葉風門通風阻力更小、使用時間更長、密封性能更好，問世后被大量采用。該系統(tǒng)獨創(chuàng)了通風機熱備用的思路，可以保證在主通風機倒機期間通風動力的持續(xù)供應，具有礦井主通風機不停風自動倒機、“一鍵式”操作倒機和自動識別運行通風機故障的功能，通過檢測及控制系統(tǒng)，邏輯控制快速開啟或閉合自密型新式風門，實現(xiàn)通風機的快速切換，使倒機過程中對通風系統(tǒng)的影響由傳統(tǒng)方式下的“系統(tǒng)停風”縮短為“風量波動”，故障狀態(tài)下的倒機時間縮短，將原主扇通風機倒機時間由現(xiàn)在的五分鐘以上甚至十分鐘，縮短到四十秒左右甚至更短。本系統(tǒng)的出現(xiàn)，使得主扇通風機倒機這個安全的薄弱環(huán)節(jié)得到了改善，對礦井的安全生產(chǎn)有著巨大的意義。8、智能組合開關簡化電纜連接、減少電纜使用量和電氣設備占用面積，減少供電線路的電壓降損耗、減少生產(chǎn)安裝和維護工作量極大地提高生產(chǎn)效率和供電可靠性，有利于設備的頻繁搬遷，加快工作面的推進速度。9、架棚機械手10、循環(huán)硫化床鍋爐循環(huán)流化床鍋爐是在流化床爐(鼓泡床爐)的基礎上發(fā)展起來的，它與鼓泡床爐的主要區(qū)別在于爐內(nèi)流化速度較高，被煙氣大量攜帶出爐膛的細小顆粒(床料或未燃盡煤粒等)經(jīng)爐膛出口高溫分離器分離后重新輸回爐內(nèi)燃燒?？梢钥闯?，循環(huán)流化床爐燃燒設備是由燃燒室、點火裝置、一次風室、布風板和風帽、給煤機和加脫硫劑裝置、分離器等組成，比流化床爐多一套灰料分離循環(huán)系統(tǒng)。循環(huán)流化床爐的顯著特點是可以實現(xiàn)煤的清潔、高效燃燒。燃料適應性廣（熱值在3000~4800大卡及臟雜煤）；燃燒效率高（效率達80%以上，比鏈條鍋爐高約15%）；能有效脫硫；氧化物排放低；燃燒強度高，爐膛截面?。回摵烧{(diào)解范圍大；故障率低、運行周期長；節(jié)約環(huán)保。11、單軌吊單軌吊車是在懸吊的單軌上運行，由驅動車或牽引車（鋼絲繩牽引用）、制動車、承載車等組成的運輸設備，按牽引動力分有柴油機、蓄電池、繩牽引單軌吊車。各種單軌吊車特點：柴油機單軌吊具有體積小、牽引力大，適用于多岔道、多支線、長距離運輸。蓄電池單軌吊是以防爆特殊型蓄電池為動力源的自驅動機車，它具有無污染、故障率低、運營成本低等特點。鋼絲繩牽引單軌吊具有體積小、牽引力大、轉彎半徑小、爬坡能力強（可達45°）等特點。適用于固定運輸巷的運輸，運距短，且不能進入多條分支軌道巷。最大起吊重量60t轉彎半徑：水平4m；垂直8m

最大功率130kW最大牽引力180kN最大爬坡30°（繩牽引可達45°）柴油單軌吊車技術參數(shù)其它運行速度

0–2.8m/s12、齒軌車

齒軌車是在坡道上齒軌輪與軌道中間的齒軌嚙合傳動運行，而在平道上它與普通機車一樣，靠鋼輪與軌道的粘著力運行缺點是自重和轉彎半徑較大，不大適合在采區(qū)運行。如果巷道變坡較多，則鋪設齒軌太長影響成本和車速。因此，這種機車只宜用于水平大巷及與其相連的主要上、下山運輸。13、卡軌車分類與特點卡軌車包括繩牽引、柴油機和蓄電池卡軌車，其特點是整機重量落在巷道底板的雙軌上，與巷道支護條件無關。繩牽引卡軌車的突出優(yōu)點是承載能力大，爬坡能力強，可適用于較大坡度，其主要缺點是只適用于固定運輸巷的運輸，不能進入多條分支軌道巷14、異型軌卡軌車●普通軌軌頭小，卡軌空間小，卡軌、制動效果不理想●易翻車●易掉道普通軌分體聯(lián)動旋轉道岔卡軌和制動：15、無極繩是以鋼絲繩牽引的礦井軌道運輸設備，主要由無極繩絞車、張緊裝置、梭車、尾輪、壓繩輪、托繩輪和人車等組成。通過電動機驅動滾筒旋轉，借助鋼絲繩與滾筒之間的摩擦力達到傳送重物之目的。梭車用來牽引礦車、平板車、材料車、和人車等車列，并有固定鋼絲繩和儲存鋼絲繩等功能。梭車前后兩的碰頭牽引車連接，可實現(xiàn)頂車或拉車。可直接利用井下現(xiàn)有的軌道系統(tǒng)，不需對軌道及巷道進行改造。系統(tǒng)可布置為單道單向運輸，雙道雙向運輸或三軌雙向運輸。適應水平彎道運輸。它可取代多臺小絞車的接力運輸，實現(xiàn)工作面順槽設備、材料和人員不經(jīng)轉載的連續(xù)運輸，節(jié)省了中途摘掛鉤的時間，基本上可取代目前順槽的調(diào)度絞車接力運輸。無極繩連續(xù)牽引車結構緊湊，操作簡單，維修方便，可靠性高。適用于煤礦井下工作面順槽，掘進后配套和采區(qū)巷道，運送生產(chǎn)所需材料，設備及排矸，尤其是整體液壓支架。可以和機車、絞車配合使用。

16、無軌膠輪車

用于井下在巷道底板上運行。主要以柴油機或蓄電池為動力優(yōu)缺點運行靈活，裝卸方便，轉彎半徑??；爬坡能力大；運行速度快；載重能力大。缺點是要求巷道斷面寬度較大和無柱支護；對巷道底板的硬度和不平度都有較高的要求;要求巷道有較大的垂直彎道半徑。多用于賦存較淺、傾角不大的近水平煤層礦井中。17、膠套輪機車是在使用普通軌的基礎上，在機車驅動輪的踏面上加一層膠質(zhì)輪套，其爬坡角度最大為1/10（5.7°）這些新型裝備與傳統(tǒng)的輔助運輸設備相比，在技術特性、運輸效率和安全性能方面都具有許多明顯的優(yōu)點，主要如下：1、運行安全可靠，不跑車、不掉道。設有工作、安全制動系統(tǒng)，并有防掉道裝置和超速保護。2、爬坡能力強，能在起伏坡度較大和彎道較多情況下連續(xù)行駛。3、牽引力大，能實現(xiàn)重型物料如重型液壓支架的整體搬運，對散料、長材能進行集裝運輸，載重量大?？蓪崿F(xiàn)多變坡、多轉彎、長距離環(huán)境下大噸位設備、材料的無轉載直達運輸。有比較完整的配套設備和運輸車輛，能夠滿足人員和多種材料設備的運輸需要，并能實現(xiàn)裝卸作業(yè)機械化。由于具有這些特點，所以這些設備發(fā)展很快。18、斜巷軌道運輸綜合監(jiān)控系統(tǒng)特點1、多水平（階段）提升時可視、轉發(fā)信號：信號與絞車閉鎖，車輛運行方向或區(qū)段可直接顯示，便于區(qū)分，方便司機和信號把鉤工之間的聯(lián)系和操作。2、道岔與信號、絞車聯(lián)鎖裝置：道岔操作實行授權制，非運行車場道岔拒動，對道岔進行實時監(jiān)測，實現(xiàn)了道岔不密貼報警，且發(fā)不出開車信號，信號不發(fā)，絞車不能運行，保證了車輛正常運行3、跑車防護裝置自動常閉：采用旋轉編碼器檢測車輛運行位置，依靠PLC可編程控制技術實現(xiàn)車輛運行與擋車欄之間的聯(lián)鎖，當車輛正常運行到指定位置時擋車欄打開，車輛通過后，擋車欄自動落下；當發(fā)車跑車時，由于其速度較快，擋車欄沒有打開，從而阻止下放車輛繼續(xù)運行，有效起到防護作用。4、巷道人員檢測跟蹤預報警：為了解決斜巷人員上、下行走與礦車運輸之間矛盾：行車時行人或行人時行車而帶來的安全隱患，在斜巷各道岔車場及道岔躲避峒室入口安裝人體紅外傳感器，可在絞車啟動前，對整條斜巷入口以及道岔躲避峒室入口處全程掃描,實時檢測斜巷內(nèi)人員信息，無人時才能正常啟動絞車，有人時系統(tǒng)報警并與信號閉鎖，絞車不能啟動，真正做到“行人不行車”。同時為防止違章礦工強行進入斜巷，當系統(tǒng)通過檢測、顯示斜巷有人時，系統(tǒng)報警：整條巷道發(fā)出“正在運輸，請勿進入”語音提示，提示行人及時撤離，提示絞車司機及時采取措施，從而實現(xiàn)運行安全。5、視頻監(jiān)視系統(tǒng)：在斜巷上車場、下車場、片盤地區(qū)放置礦用本安型光纖攝像儀。圖像整合到隔爆監(jiān)視器上，絞車司機通過視頻圖像直接觀察各個道岔狀態(tài)，同時結合斜巷人員檢測裝置，及時方便了解車場入口人員流動情況，同時還可以利用顯示控制裝置進行切換。6、絞車變頻電控技術：采用雙PLC控制方式，在滿足絞車運行控制的前提下，實現(xiàn)了《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定的的保護要求，并首次將高精度位移傳感器GUH7應用到煤礦井下，實時監(jiān)測閘瓦間隙，在絞車閘瓦間隙保護上取得突破。該裝置具備可視、可控、集約、危險區(qū)域人員檢測、語音告警等多種手段。19、礦井窄軌機車通訊、定位及安全預警系統(tǒng)該系統(tǒng)由礦山井下無線移動通信系統(tǒng)；礦山機車定位跟蹤和安全預警系統(tǒng)和車皮管理系統(tǒng)三個子系統(tǒng)組成。機車定位及安全預警子系統(tǒng)：由無線里程碑、讀標器、手機及車臺、及調(diào)度軟件等組成。根據(jù)礦山人員車輛定位跟蹤需求，采用歸航定位原理，在巷道沿線設置無線里程碑