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煤矿新技术、新工艺、新设备和新材料团结筑梦讲授人：廖志伟工程师专业四级师DATE：2019.07.26一、新技术、新工艺、新设备和新材料1、现代化矿山信息集成（数字矿山）2、采掘机械方面的新技术3、变频技术的应用4、ZBT系列(智能)斩波调速控制器在电机车上的应用5、其他“四新”技术介绍•一、数字矿山简介•1.1数字矿山•就是通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。数字矿山就是“感知矿山”。•（1）数字矿山的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；•（2）其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。•数字矿山=“感知矿山”，就是通过各种感知、信息传输与处理技术，实现对真实矿山整体及相关现象的可视化、数字化及智慧化。•信息全面数字化：就是将矿山地理、地质、矿山建设、矿山生产、安全管理、产品加工与运销、矿山生态等综合信息全面数字化。•动态控制矿山安全生产与运营的全过程：将感知技术、传输技术、信息处理、智能计算、现代控制技术、现代信息管理等与现代采矿及矿物加工技术紧密相结合，构成矿山中人与人、人与物、物与物相联的网络，动态描述、控制矿山安全生产与运营的全过程。•数字矿山建设的基本内容有（21个）：•安全监测监控系统、•井下人员定位和管理系统、•工业电视监视系统、•井下皮带监控系统、•主副井提升监控系统、•采区变电所监控系统、•主要扇风机房监测系统、•系统集成平台建设、•矿压观测与分析系统、•水文监测与分析系统、•矿井火灾束管监测系统、•地测地理信息系统、•采矿协同设计系统、•输配电地理信息系统、•智能化矿井通防系统、•给排水地理信息系统、•综合管线管理系统、•安全管理系统、•资产管理系统、•矿山生产成本管理系统、•矿山综合管理系统等；这个自动化系统还未将综采工作面设备监控系统和综掘设备监控系统融入进来，目前还只为网络化的语音信号传输和管理以及工业电视组成。在调度指挥控制中心可以监控煤矿井上、下安全生产全过程，并通过网络将其传输到煤矿各科室和上级调度中心。某矿综合自动化系统实例分站移动通讯变电所中央变电所视频监控固定通讯提升洗煤分站皮带机风机空压机地面变电所主排水泵•1.2安全监控系统•对井下有毒、有害气体、工作环境温度、设备开停状态等实行监控。•1.3人员定位系统•对井下人员进行下井次数、井下停留时间、位置等信息进行监测、总分类统计，并自动生成考勤记录表。同时也可以对地面人员的上下班实现考勤管理。•1.4综采工作面监控系统•可对工作面设备运行、环境参数进行远方监测和控制、显示，并能对生产进行及时调度。综采工作面监控系统构架图综采工作面监控系统耦合电源箱多功能电话机矿用隔爆并本安型组合开关•综采工作面监控系统实现：•（1）对工作面设备的控制（矿用隔爆并本安型组合开关）：实现对工作面破碎机、转载机、刮板输送机、采煤机等的逆煤流启动、顺煤流停车及单控、点动逻辑闭锁；实现对工作面设备的近端和远端启停控制，监测工作面破碎机、转载机、刮板输送机、采煤机前后运输机等设备的工作电流、电压、功率等数据的动态变化。•（2）对环境参数的监测（安全监控系统）：监测顶板矿压、瓦斯浓度、空气温度、环境风速，在控制系统上可进行实时数据显示，并可同步数据上传到地面。•（3）地面综合数据显示：显示工作面设备和皮带机运输系统设备的运行状况，沿途电话状况，环境参数情况，使矿井调度中心操作员及时直观掌握生产状况，满足生产调度和安全指挥要求。•（4）语音报警：实现工作面设备和皮带机运输系统设备的启停语音报警，实现环境参数超限、设备电压、电流过载语音报警。•（5）采煤机定位：对采煤机在工作面位置进行监测，通过对采煤机在工作面位置连续监测，可随时掌握工作面的生产情况，以便合理调度生产。•（6）皮带保护功能：可监测温度、堆煤、撕裂、速度、跑偏、烟雾，实现开关量、模拟量的双输入和就地显示。压风机监控系统返回压风机监控系统压风机监控系统接入每台空压机配置有PLC自动控制装置，具有COM通讯接口。井下主煤流运输集控系统安全保护系统具有胶带机打滑、堆煤、满仓、煤位、超温洒水、烟雾、温度、沿线急停、跑偏、断带、撕裂和语音系统等多种保护和装置。井下主煤流运输系统返回井下泵房监控系统井下中央泵房1000M以太环网KJD15控制站操作屏1000M以太网交换机设备分布图压力负压水泵前轴、后轴、电机前轴、定子、后轴温度传感器超声波流量、液位传感器真空泵射流泵►传感器：压力、负压传感器；温度传感器；超声波流量、液位传感器。►抽真空装置：真空泵、射流泵、电动球阀►执行装置：就地箱、电动闸阀返回工业以太网交换机工业以太网交换机调度中心上位机工业以太环网监测分站……变电所综合保护单元井下变电所RS485EtherNet井下变电所监控系统返回地面变电所监控系统工业以太网交换机工业以太网交换机调度中心上位机工业以太环网现场分站……地面变电所综合保护单元RS485EtherNet返回地面变电所监控系统用PLC等作为控制核心，并与现场总线相结合，对煤矿主扇风机统一集中监控，通过以太网与全矿井自动化平台无缝接入，实现主扇风机的无人值守。主通风机监控系统返回返回提升机监控系统通过提升机配套的PLC电控系统，可以直接接入工业以太网交换机，接入方式有两种：一是从电控系统的PLC接口（以太网、COM）上接入；二是从控制系统的上位机接入。实现对提升机系统的全部信息的网上监测。要求监测的主要信息：实时速度、电流曲线、电压、电流、故障、开停、电机温度、PLC状态、开关量、模拟量、钩数、提升容器位置等。返回提升机监控系统提升机监控系统煤矿安全监测、监控系统传感器：CH4、CO、O2、CO2、风速、风量、气压、温度等井下监控分站信号传输网络：时分制系统、频分制系统、码分制系统、复合复用方式地面中心站煤矿安全监测、监控系统返回摄像机摄像机摄像机返回•PHS小灵通移动通信系统•CDMA移动通信系统煤矿CDMA系统构成如图所示，主要由地面局端机(包括服务器、操作维护子系统、无线交换机、基站控制器、基站、功率分配器、功率合成器、近端光模块)、井下覆盖网(包括光分线盒、光合路／分路器、矿用无线信号变换器、无线耦合器、无线功分器、漏泄电缆、定向天线)及相应的终端设备(包括数据终端、视频终端、无线手机等)等组成。WiFi井下人员定位及考勤管理系统多线程并发式轮询机制：光纤工业以太环网的应用使整个系统的传输速率可高达100M/1000M，利用多线程并发式轮询机制，配合高速数据传输通道，极大的缩短了轮询时间，从而极大的提高了实时性，最高可以实现2秒钟内将无线数据采集器采集的数据写入数据库。井下人员定位及考勤管理系统功能：对入井人员进行下井次数、井下停留时间、所在位置等信息总分类统计，并自动生成考勤记录表。同时也可以对地面人员的上下班实现考勤管理。返回1.5煤矿电力监控系统•煤矿电力监控系统是针对煤矿供配电系统的特点，采用地面电力系统自动化的最新技术、嵌入式系统技术、分布式网络技术等，适用于煤矿井下或地面严酷环境，对煤矿井下上10kV及以下供配电系统实施一体化实时监控，可实现变电所无人值守或少人值班，减少事故发生，缩短故障处理时间。•系统功能特点：•1、可监测电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、电度、开关分闸／合闸状态等•电力参数；•2、可在地面监控主机上对井下智能隔爆开关进行分／合闸控制、参数整定、故障诊断等；•具有过载、短路、断相、漏电、绝缘监视等综合保护功能；•3、可生成按用户要求定制的各种报表、图形和曲线；•4、具有自动报警和预测分析功能，方便用户安全、合理用电；•5、配备网络视频监控设备，可实现井下变电所无人值守或少人值班；•6、对660V到10kV各电压等级、各厂家的新旧馈电开关有全盘解决方案，从而实现全矿井的电力监测与控制；•7、数据共享，支持信息网络发布；•8、系统结构灵活，具有多种联网方式，适合大中小各类煤矿。•9、系统主要技术参数•系统容量：256个电力监控站／电力分站•主站容量：32个回路•分站容量：8个回路KJF88矿用一般型电力监控站是井下矿用一般型变电所内所有供、配电设备的就地集控装置。该电力监控站内嵌视频监控装置，可实现井下矿用一般型变电所的无人值守。(1)矿用一般型，标志为“KY‘’。(2)监测容量为32回路。(3)通信接口与上级设备通信接口为RS485／以太网；•与下级设备通信接口为RS485／CAN~总线；•视频控制通信接口为RS485串口。•(4)视频输入最多2路。•(5)以太网光接口类型为SC型，传输速率≤lOOMbps。•(6)工作电压AC220／127V，功耗小于300W。•(7)带备用电池，系统断电后，监控主站能继续正常工作2小时以上。•(8)外形尺寸(L×b×h)mm：700×600×1600。•(9)重量：100kg。•KJF99隔爆兼本安型电力监控站主要功能是完成电力参数的采集、存储、分析和统计，并能和上位机进行数据交换。可在地面对该电力监控站进行远程控制或者就地实施红外遥控，从而实现井下变电所的就地集控，达到无人值守的目的。•(1)防爆型式为隔爆兼本安型，防爆标志为“Exd[ib]I。•(2)监测容量为32回路。•(3)通信接口：4个RS485，1个CAN。•(4)以太网电接口传输速率为10／100Mbps。•(5)以太网光接口类型为SC型，传输速率≤100Mbps。•(6)视频输入最多2路，为模拟光信号。•(7)工作电压ACl27／220／660V可选，功耗小于200W。•(8)带备用电池，系统断电后，能继续正常工作2小时以上。•(9)外形尺寸(L×b×h)mm：600×460×745。•(10)重量：175kg。二、采掘机械方面的新技术•1、集团公司综合机械化开采“四化”•2、采煤机上的新技术•3、久益煤机介绍•4、掘进机械化的步法加快•（1）液压钻车•（2）无极绳牵引车综合机械化开采“四化”要求•综合机械化开采“四化”要求：•生产能力匹配；•几何机构匹配；•工作性能匹配；•使用寿命匹配；•地质条件匹配；•开采工艺匹配；“四化”之二——自动化•“四化”之二——自动化•主要通过中央控制系统与支架电页控制系统实现成套设备的远程集中监控和自动采煤工艺“四化”之三——极限化“四化”之四——无人化•2.1采煤机上的新技术•2.1.1无链电牵引变频调速采煤机的特点（1）取消了易出故障、维修困难的液压马达、液压泵、阀组和大量易燃、易漏、易污染、价贵的液压油，抗污染能力大大提高、从而提高了运行的可靠性和经济的合理性；（2）电牵引部的调速、换向、过载保护和各种监控部件都可以由电气系统实现。易于实现各种保护、检测和显示，机械传动部分大为简化，因而可以缩小采煤机的体积，采煤机总重量可比液压牵引采煤机减轻1／3；（3）电牵引部传动效率比液压牵引提高30﹪；（4）采用电子元件控制系统，动作灵敏、迅速，过渡过程反应快，只有几十分之一秒。保护装置齐全，具有较好的自动调速性能，为实现采煤机全自动控制提供了条件；（5）取消了传统采煤机的平板式托架，采用框架结构。大框架由3段组成，他们之间用高强度液压螺栓副连接，结构简单、强度大、可靠性高、便于拆装；（6）采用交流变频调速，调速范围广，系统体积小，故障少，能得到大的牵引速度和牵引力；（7）各主要部件安装均单独进行，部件间没有动力传递连接都能从机身的采空侧抽出，容易更换，维修方便，设备利用率高。（8）截割电动机横向布置在摇臂上，摇臂和机身连接处没有动力传递，取消了易损坏的螺旋伞齿轮传动和结构复杂的通轴，可使机身长度缩短；（9）采煤机电源电压等级多采用3300V，采用单根电缆供电，电缆数量、直径都减少，利用电缆拖移，便于现场管理；（10）调高系统多采用集成阀块，管路少，维修方便（11）变频器安装在采煤机机身上，可避免因电缆拖移而损坏变频器；（12）采煤机上所有的截割反力、调