張連杰

摘 要：隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)的煤礦開采行業(yè)面臨新的發(fā)展機(jī)遇與挑戰(zhàn)，由于煤礦開采長(zhǎng)時(shí)期進(jìn)行井下作業(yè)，其供電系統(tǒng)對(duì)整個(gè)行業(yè)發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。隨著科技水平的不斷提高，井下供電系統(tǒng)也有所創(chuàng)新和完善，為煤礦開采提供了安全的運(yùn)行環(huán)境，極大的促進(jìn)了行業(yè)發(fā)展。文章主要對(duì)煤礦井下供電自動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行具體的研究，探討具體的設(shè)計(jì)思路，望能夠?yàn)橥袠I(yè)帶來(lái)借鑒與參考。

關(guān)鍵詞：煤礦開采；供電自動(dòng)系統(tǒng)；設(shè)計(jì)思路；數(shù)據(jù)模型

中圖分類號(hào)：TD611 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）32-0014-01

煤礦開采需要長(zhǎng)時(shí)間的進(jìn)行井下作業(yè)，加之其作業(yè)環(huán)境十分的惡劣，井下供電故障時(shí)有發(fā)生，保證井下供電的安全運(yùn)行是目前急需解決的問題?？萍嫉目焖侔l(fā)展，有效的促進(jìn)了多方面的技術(shù)進(jìn)步，其中供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)也有所提高，越來(lái)越多的供電自動(dòng)系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用，煤礦井下供電也日益實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，提高了井下供電的安全性。

1 煤礦井下供電自動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要性

伴隨著科技的日益發(fā)展，煤礦開采行業(yè)對(duì)井下供電系統(tǒng)提出了更高的要求，實(shí)現(xiàn)井下供電自動(dòng)化有著重要意義，主要表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

第一，提高了井下供電質(zhì)量。井下供電自動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要是針對(duì)井下作業(yè)時(shí)，由于受到惡劣環(huán)境的影響而出現(xiàn)電路中斷這一現(xiàn)象，充分利用交換機(jī)的功能特性，為井下供電提供不間斷電源，這種供電設(shè)計(jì)明顯的提高了井下供電質(zhì)量，為井下作業(yè)的供電運(yùn)行提供了穩(wěn)定的基礎(chǔ)。

第二，保證了施工人員井下作業(yè)安全。對(duì)于煤礦開采行業(yè)而言，電力是其實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的主要因素，只有安全可靠的電力供應(yīng)，才能實(shí)現(xiàn)煤礦開采的安全生產(chǎn)。然而，近幾年來(lái)因供電中斷而發(fā)生的重大事故也時(shí)有發(fā)生，比如說水泵停開出現(xiàn)淹井、設(shè)備停用發(fā)生瓦斯爆炸等，而供電自動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)有效的解決了供電中斷問題，保證了井下作業(yè)的施工人員安全[1]。

第三，增加了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。良好的供電系統(tǒng)在保障了人員安全的同時(shí)，也為煤礦開采企業(yè)帶來(lái)了更多的經(jīng)濟(jì)效益。一方面，供電自動(dòng)化減少了作業(yè)設(shè)備的損壞，不僅節(jié)省了相應(yīng)的維修費(fèi)用，同時(shí)提高了設(shè)備的使用效率。另一方面，安全可靠的供電運(yùn)行，縮短了設(shè)備的維修時(shí)間，延長(zhǎng)了生產(chǎn)工期，進(jìn)一步促進(jìn)了生產(chǎn)效率，從而增加了煤礦開采企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

2 供電自動(dòng)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

供電自動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)雖然并不十分的復(fù)雜，但是也不是一個(gè)獨(dú)立的結(jié)構(gòu)，該系統(tǒng)主要通過四個(gè)功能模塊加以實(shí)現(xiàn)，結(jié)合煤礦井下供電的實(shí)際需求，對(duì)其電纜長(zhǎng)度和供電參數(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)算，同時(shí)自動(dòng)得出供電系統(tǒng)圖和設(shè)計(jì)報(bào)告。

2.1 實(shí)現(xiàn)電纜長(zhǎng)度的自動(dòng)計(jì)算

通過對(duì)機(jī)電設(shè)備實(shí)體與電纜實(shí)體進(jìn)行空間拓?fù)涮骄浚?jì)算出相應(yīng)的電纜長(zhǎng)度并將信息體現(xiàn)在供電系統(tǒng)圖之中。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要對(duì)以下幾個(gè)變量進(jìn)行運(yùn)用：①機(jī)電設(shè)備的數(shù)量，這里具體是指與電纜實(shí)體進(jìn)行連接的機(jī)電。②機(jī)電設(shè)備的三維空間坐標(biāo)，包括設(shè)備實(shí)體在回采工作面、巷道底板、掘進(jìn)工作面底板等幾處的坐標(biāo)情況。③電纜實(shí)體的中間點(diǎn)坐標(biāo)情況，以及電纜實(shí)體所有中間點(diǎn)的數(shù)量。具體的計(jì)算方法，將在以下數(shù)據(jù)組織模型中加以介紹。

2.2 實(shí)現(xiàn)供電參數(shù)的自動(dòng)計(jì)算

煤礦井下供電自動(dòng)系統(tǒng)中，其供電參數(shù)計(jì)算需要根據(jù)圖形數(shù)據(jù)加以確定，如果設(shè)備參數(shù)出現(xiàn)變動(dòng)，則在相應(yīng)的圖形數(shù)據(jù)中會(huì)有所體現(xiàn)，只要在系統(tǒng)中重新設(shè)置參數(shù)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)便可自動(dòng)完成供電系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)的計(jì)算。供電參數(shù)是提供安全的供電運(yùn)行的主要依據(jù)，其中短路電流、負(fù)荷統(tǒng)計(jì)、電壓損失、長(zhǎng)時(shí)載流等，便是幾個(gè)重要且常見的參數(shù)[2]。

2.3 實(shí)現(xiàn)供電系統(tǒng)圖的自動(dòng)生成

在供電系統(tǒng)的設(shè)備布置圖中，記錄著機(jī)電設(shè)備實(shí)體以及電纜實(shí)體的有關(guān)信息，根據(jù)圖中兩者的空間關(guān)系，供電自動(dòng)系統(tǒng)能夠?qū)⒐╇娤到y(tǒng)圖自動(dòng)生成。由于設(shè)備布置圖與系統(tǒng)圖之間存在一定的關(guān)聯(lián)，在對(duì)設(shè)備布置圖進(jìn)行修改時(shí)，其系統(tǒng)圖也會(huì)做出對(duì)應(yīng)的變化，并通過系統(tǒng)軟件自動(dòng)生成。

2.4 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告的自動(dòng)生成

設(shè)計(jì)報(bào)告記錄著設(shè)計(jì)人員的整個(gè)設(shè)計(jì)過程，同時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)的各種問題也進(jìn)行了詳細(xì)記錄，為供電系統(tǒng)今后的改進(jìn)工作提供重要的理論依據(jù)。在供電自動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)報(bào)告的自動(dòng)生成，通過規(guī)范的報(bào)告模板形式，記錄下詳細(xì)的設(shè)計(jì)過程與設(shè)計(jì)步驟。這一模塊功能的實(shí)現(xiàn)，主要體現(xiàn)了程序識(shí)別功能。

3 供電自動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)組織模型

3.1 幾何網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型

在煤礦井下供電自動(dòng)設(shè)計(jì)中，將供電設(shè)備實(shí)體抽象成點(diǎn)，而將電纜實(shí)體抽象為線條，由于點(diǎn)、線是不具備面積的，同時(shí)點(diǎn)還不具有長(zhǎng)度數(shù)值，這樣便于對(duì)空間拓?fù)潢P(guān)系的確定。幾何網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型的運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)了結(jié)點(diǎn)-弧線的數(shù)據(jù)組織，如果存在結(jié)點(diǎn)信息時(shí)，可以通過計(jì)算求得相應(yīng)的派生弧段信息，與之相同，如果存在某些弧段信息，也可對(duì)相應(yīng)的派生結(jié)點(diǎn)信息進(jìn)行求解，這種模型大大降低了數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)時(shí)造成的冗余問題，方便系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)快速的訪問[3]。

3.2 幾何網(wǎng)絡(luò)矢量數(shù)據(jù)模型

矢量數(shù)據(jù)模型與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型具有很多的共性，是拓?fù)淠Ｐ偷奶厥庑问?，主要也是通過建立結(jié)點(diǎn)-弧線數(shù)據(jù)組織模型，處理弧段與結(jié)點(diǎn)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。針對(duì)井下供電自動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要，將機(jī)電設(shè)備描述為點(diǎn)，電纜實(shí)體描述為線，通過幾何解析，確立空間關(guān)系。

3.3 電纜長(zhǎng)度計(jì)算模型

電纜長(zhǎng)度計(jì)算是基于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型構(gòu)建的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，首先通過結(jié)點(diǎn)處高程值的判斷，從而確定機(jī)電設(shè)備的具體空間位置，為下一步的電纜長(zhǎng)度計(jì)算提供可靠的坐標(biāo)依據(jù)。對(duì)機(jī)電設(shè)備的三維空間坐標(biāo)判斷之后，包括設(shè)備實(shí)體在回采工作面、巷道底板、掘進(jìn)工作面底板等幾處的坐標(biāo)情況，可根據(jù)空間拓?fù)潢P(guān)系和起始結(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，電纜的起始結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)表示為 ，末結(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)表示為，該種計(jì)算方式主要是先計(jì)算分段電纜長(zhǎng)度，然后將所有計(jì)算結(jié)果進(jìn)行相加，最終得到電纜的總長(zhǎng)度。其各段計(jì)算公式為：

3.4 供電設(shè)備參數(shù)統(tǒng)計(jì)模型

由于供電系統(tǒng)中設(shè)備與電纜不具有線性關(guān)系，因此難以通過具體的公式進(jìn)行計(jì)算，基于此，可以通過結(jié)點(diǎn)-弧線數(shù)據(jù)組織模型，將機(jī)電設(shè)備與電纜實(shí)體之間的邏輯關(guān)系表達(dá)出來(lái)，為供電設(shè)備參數(shù)的確定提供依據(jù)。供電設(shè)備參數(shù)統(tǒng)計(jì)模型，主要是將供電網(wǎng)絡(luò)描述為樹狀結(jié)構(gòu)，供電網(wǎng)絡(luò)的起始結(jié)點(diǎn)是樹狀結(jié)構(gòu)的結(jié)點(diǎn)，并以這兩結(jié)點(diǎn)為開始，依次對(duì)供電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遍歷計(jì)算[4]。

4 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，在科技快速發(fā)展的新時(shí)期，煤礦井下供電自動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)不斷的推陳出現(xiàn)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，該系統(tǒng)不僅實(shí)現(xiàn)了電纜長(zhǎng)度、供電設(shè)備參數(shù)的自動(dòng)計(jì)算，同時(shí)可自動(dòng)生成供電系統(tǒng)圖及設(shè)計(jì)報(bào)告，為井下供電提供了安全的運(yùn)行保障，進(jìn)一步促進(jìn)了煤礦開采行業(yè)的發(fā)展。

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