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大型现代化煤矿机电设备管理浅析 一、我国煤矿发展概况 我国煤矿采煤技术的发展经历了手工、炮采、机械化等几个阶段，生产能力相应的得到不断提高，矿井年产量从几万吨发展到几百万吨。当前一些先进的煤矿企业、矿井甚至一个采煤工作面的生产能力就能达到500-1000万t/a，例如陕煤集团神木红柳林矿业有限公司于2009年投产，2011年生产能力达就到了1300万吨。生产能力的提高，与之相适应的配套机械设备应运而生，就采掘工作面的装备而言，美国、德国、澳大利亚等国电牵引采煤机的使用已达到100%，单台装机功率达2345kw，截割牵引速度为10-15m/min，最大牵引速度达到45.9m/min，产量达到3500t/h以上;工作面刮板输送机的功率达到3*1000kw，长度300m，输送机槽钢板厚度达到60-70mm;带式输送机的最大运输能力已达3000t/h，功率3*500kw，带宽1.6m，带速4m/s，最大水平运距3000m(多点驱动);部分断面掘进机的最大重量达120t，截割头功率达500kw，可切割抗压强度超过100mpa的岩石，最大掘进断面70m2。这些先进机械装备的使用，不仅提高了生产能力，而且使煤矿劳动生产率得以大幅度提高。 1.先进的机械装备及电力电子技术 设备的大型化、大功率化，对电力技术也提出了新的更高要求。近年来随着半导体技术、计算机技术、软件技术的发展，电力电子技术也得到迅猛发展，并发生了质的飞跃。它已由50年代的SCR、80年代的GTR、MOSFET发展到现在的第三代电力电子器件IGBT、SIT。第三代电力电子器件还将高电压、大电流的功率器与控制电路集成在一起，形成智能功率控制集成模块。目前最先进的为同步机内装式交流变频提升机，其主回路和磁场回路均采用电力电子器件，实现变频和整流，由于采用交流电机，没有电刷问题，提升机容量可以大幅度增加。电力电子技术在控制采煤机牵引速度上也得到应用，主要是交流变频调速和滑差调速。此外，电力电子技术还应用于带式输送机的调速或软启动控制、风机调速和水泵调速，除了可以提高调速性能外，更主要的是可以节省能源。以电力电子技术为基础的开关磁阻电机因其启动力矩大、启动电流小、可以频繁重载启动的优点，特别适用于矿井输送机、电牵引采煤机及中小型绞车等。 2.机电一体化 机电一体化技术是机械、计算机、自动化控制技术的综合应用。随着计算机、软件技术、传感器技术和自动化控制技术的发展，机电一体化产品在性能和功能方面实现了飞跃，并在煤矿中得到了广泛应用。英国、日本、美国和中国生产的部分电牵引采煤机，装备了以计算机为核心的控制和工况监测与故障诊断系统，对采煤机的运行工况及参数进行采集、处理、显示、存储和传输，提供操作指导或控制采煤机做出相应的处理，对电机、轴承等部件进行故障自动诊断。计算机技术与液压控制有机结合，实现了液压支架定压双向邻架或成组自动移架，避免对顶板和支架产生冲击载荷。此外，引进的工作面供电设备采用了微机控制技术，实现故障查询、闭锁、先导保护和控制功能，也是一种典型的机电一体化产品。煤矿运输设备的机电一体化进程也十分迅速，近几年来，引进的电液控制软启动在带式输送机上的应用达到很高水平，它利用计算机与液压技术相结合，不仅具有良好的启动、停车、调速和功率平衡等功能，而且能监测设备各部分的工况，对不正常状态进行保护，显示故障类型。矿井提升机是煤矿实现机电一体化水平最高的大型设备，全数字化交、直流提升机，尤其是内装式提升机从结构上将滚筒和驱动合为一个整体，机械结构大大简化。我国研制成功的具有自主知识产权的全数字化直流提升机，其核心部分ASCS是由双CPU构成的计算机系统，以其性能先进、操作简便、准确可靠成为煤矿提升机的首选机型。 3.计算机控制与网络 随着煤矿现代化进程的加快和安全技术的高速发展，井下各种监测监控系统逐渐增多，如果这些监测监控系统处于相互独立的状态，各种系统自成体系，各自为政，信息不能互通，势必造成通信线路重复投资，重复建设，系统维护量增大，整体可靠性差，维修、维护困难，信息不能综合利用等缺陷。计算机控制技术和网络技术在煤矿的广泛应用很好地解决了这些问题。现在，计算机控制和网络可以覆盖到煤矿井下现场、覆盖到单台设备、单个数据测量点，在地面的任一台联网的计算机经授权均能直接查阅有关信息，或向井下发送有关信息，各级管理者可以在车间、区队、矿井、企业乃至世界各地实现统一调度、控制和管理。这些网络、控制系统都改变着传统煤炭行业技术和产业结构，给现代化矿井的优化调度、科学管理等带来革命性变化。 4.发展趋向 煤矿机电技术及装备的主要发展趋向应当是：跟踪产业科技前沿，开发有自主知识产权的以煤矿开采技术及配套装备为主导的核心技术，以其高适应性、大型化、大功率化、遥控和自动化占领技术制高点;开发以微处理器和微机为基础的矿井设备工况和健康监测以及微处理器、计算机和专家系统的应用等，将逐步成为现代化煤矿机电技术发展的重要标志。 二、陕煤集团神木红柳林矿业有限公司发展概况 1.公司概况 陕煤集团神木红柳林矿业有限公司是由陕西煤业化工集团代表陕西省出资51%，神木县国有资产运营公司代表神木县出资25%，榆林煤炭运销集团有限公司代表榆林市出资24%，三家联合发起组建的股份制国有大型煤炭企业,主营红柳林煤矿。公司成立于2005年10月20日，注册资本金9.08亿元。 红柳林矿井于2008年11月获得国家发改委核准，矿井建设规模1200万吨/年，配套建设相应规模的选煤厂，概算投资为25.89亿元，服务年限87年。2009年4月投产，当年生产原煤453万吨，2011年生产原煤1311万吨，安全完成了各项生产经营管理指标。 2.主要生产系统现状 红柳林矿业有限公司井选用国内外先进的采、掘、运设备，采用走向长壁一次采全高的综合机械化回采工艺，工作面备装国产ZY120002863型大采高液压支架和美国久益公司JOY-7LS7型采煤机(总功率2345KW、生产能力3500 t/h)，建成了年产千万吨工作面。主运输采用带宽1.8米胶带输送机运输。辅助运输为无轨防爆胶轮车运输。建成了井下束管检测、矿压监测、人员定位、信集闭、工业电视监控和生产调度指挥系统，实现了生产集中控制。 (1)提升设备 主斜井( 包括大巷) 装备一台钢丝绳芯带式输送机，担负矿井12.0Mt/a的煤炭运输，副斜井采用无轨胶轮车提升。 主斜井提升确定采用带式输送机担负矿井原煤的提升任务。由于12°主斜井长度不到600m，为尽量简化运输系统、减少环节，将主斜井与大巷连成一体铺设一条主斜井带式输送机进行煤炭运输，最大运输距离2695m。Q=4000/h、B=1800mm、V=4.5m/s，使用交直交变频驱动系统。 (2)通风设备 本矿井为低瓦斯，煤尘有爆炸危险性，煤层有自然发火倾向。矿井通风方式采用抽出式，中央分列式通风系统。 采用FBCDZ-10-No32/2560 型防爆对旋轴流式矿井通风机2台，1台工作，1台备用，每台通风机配2台YBF630M2-6 型(560kW、590r/min、6kV)交流异步电动机。 (3)排水设备 矿井采用直接排水系统，在回风斜井井底附近设有中央水泵房和主水仓。利用排水设备及管道将井下涌水排至地面矿井水处理站，经处理后作为生产补充用水及井下消防洒水。排水管沿胶带大巷及主斜井井筒敷设。 采用3台MD580-604型矿用耐磨多级离心泵，配YB560S2-4 型(560kW、1480r/min、10kV)矿用隔爆电动机。正常涌水时1台工作，1台备用，1台检修，最大涌水时2台水泵同时工作。 (4)压风设备 在地面设置空压机站，通过管道下井供气，选用LS20-150HAC 型风冷式螺杆空压机2 台，2台同时工作，或1 用1备，风冷却，排气量19m3/min，排气压力0.8MPa，随机配110kW 电动机(380V、1470r/min)。同时在井下布置二台MLGF-110 型井下移动式防爆螺杆式空压机，对较远工作面较远和较分散的工作面供气，移动式空压机和地面两台空压机互为备用。 (5)制氮设备 采用井下移动式制氮系统。井下设移动注氮站，注氮采用非连续方式，主要用于回采面拆架、安装、收作、停采时的防灭火，也可用于煤巷高冒区、老空区的防灭火。采用JXZD-700 型井下移动式碳分子制氮机组2套，产氮量为2700m3/h。注氮管路沿各自工作面进风顺槽敷设，直接进入工作面采空区或密闭的火区，对采空区氧化带或着火区注氮。最远工作面顺槽长度4000m。管路选择工作面注氮管路选用直径为DN150mm的D1595型无缝钢管，均采用快速管接头连接。 (6)大采高机械设备配备 矿井规模定位在二十一世纪现代化特大型矿井，综采工作面的采、装、运、支工序全部实现了机械化。 采煤机 采用美国久益7LS-7型煤机，最大采高6352mm，截深865mm，总装机功率2345kW。 工作面可弯曲刮板输送机、转载机、破碎机 工作面输送机：SGZ1250/31000型，运输长度：305m;运输能力：4000t/h;交叉侧卸式机头;双速电机牵引;额定电压为3300V;装机功率31000kW。 转载机：SZZ1550/525型，能力4500t/h，额定电压3300V，装机功率525kW。 破碎机：PCM400型，能力4500t/h，额定电压3300V，装机功率400kW。 液压支架：ZY12000/28/63型液压支架，支撑高度2.86.3m，工作阻力12000kN。 顺槽可伸缩胶带输送机：DSJ160/3500型，运输长度3200m，输送能力3000t/h， 带宽1600mm，带速4m/s，储带长度200m，电机功率为3500kW，额定电压1140V。 乳化液泵站：采用英国雷波公司S375型乳化液泵，泵站由四台乳化液泵、二台乳化液箱组成，公称压力37.5MPa，公称流量430L/min，总功率4280kW。 喷雾泵站，采用英国雷波公司S300型喷雾泵，泵站由三台泵和一台水箱组成，公称压力14.3MPa，公称流量500L/min，总功率3110kW。 (7)供电系统 红柳林矿业公司设110kV变电站一座，两回110kV电源均引自神木北郊110kV变电所110kV、段母线上。两回110kV架空线路，输电距离为5km，110kV电气主接线为单母分段，两回110kV进线，站内安装两台25MVA变压器。矿区建有13个10kV变电所，110kV变电站二次系统采用综合自动化系统，配有微机保护，消弧消谐装置和自动磁饱和型无功补偿装置、故障录波设备。供电系统全部实现了双电源双回路供电，确保煤矿安全生产。 矿井选用国内外先进的采、掘、运设备，采用走向长壁一次采全高的综合机械化回采工艺，工作面备装国产ZY120002863型大采高液压支架和美国久益公司JOY-7LS7型采煤机(总功率2345KW、生产能力3500t/h)，建成了年产千万吨工作面。主运输采用带宽1.8米胶带输送机运输。辅助运输为无轨防爆胶轮车运输。建成了井下束管检测、矿压监测、人员定位、信集闭、工业电视监控和生产调度指挥系统，实现了生产集中控制。 3.机电设备管理 随着煤矿开采工艺的进步和机械化程度的不断提高,传统的粗放式管理模式已显现出它的诸多弊端,从而为煤矿机电管理工作提出了更高的要求。煤矿机电管理发展的思路目前这个阶段要先从精细化管理入手。精细化管理就是将管理的对象分解量化为具体的数字、程序,在管理目标、标准、任务、流程等方面进行细分,实施精确计划、精确决策、精确控制、精确考核,是与现代集约化、规模化生产方式相适应的一种管理理念,是一种高效、节约的管理方式,可以最大限度地减少管理耗费的资源,从而降低管理成本。 (1)实现决策科学化、精细化，推动建立现代煤矿企业制度。现代企业制度是以公司制度为主体的市场经济体制的基本成分,它的基本要求是产权清晰、权责明确、政企分开、管理科学。因此,煤矿企业要建立现代企业制度,必须首先实现管理理念的精细化,使企业的每个环节都精密有序,让每个员工都成为追求精细化管理的自觉参与者。 (2)企业科学定位,逐步推进精细化管理。企业要通过纵向比较、横向比较,科学、准确地给自己定位,牢牢把握自