矿井工作面长距离供电及应用

矿井工作面长距离供电及应用

 刘学峰1   , 黄松2

国能蒙西煤化工股份有限公司棋盘井煤矿  内蒙古自治区鄂尔多斯市鄂托克旗棋盘井镇  016064

摘要：现提倡自动化工作面，减员增效的指导方针。伴随煤矿开采深度的增加，工作面环境会越来越恶劣，受井下环境潮气大、顶板压力大、温度高等因素影响，引起设备加速老化、输电电路的绝缘性降低，引发漏电、短路、失压造成缺相等故障频繁发生，不能较好的满足国家提倡的智慧化矿山的要求。故必须加以重视，为解决矿井采掘工作面长距离供电问题，本文结合棋盘井煤矿的实际情况，重点对煤矿井下长距离供电系统进行研究及解析，希望通过本次研究能使煤矿采掘工作面供电系统更稳定，保障智慧化自动化工作面工作的可靠性、稳定性、安全性等。

关键词：工作面；长距离供电；供电系统；自动化

一、长距离供电系统与传统供电系统的优缺点比较分析

1、传统工作面供电模式是通过近距离设备列车进行移动式供电，采掘纵深的加大，这种移动式设备供电方式会因自身长度过长、体积过大，导致在综采工作面上移动难度增大，且利用绞车牵引方式的安全性较低。

2、传统工作面供电模式对巷道的适应力较差，只适合地势较为平坦，矿压较小的工作面，当工作面出现大的起伏，或由于矿压大造成顶板、巷帮变形严重，就会影响设备列车的通过能力或者都不能通过，对物料运输工作也会受到影响。

3、传统工作面供电模式的优势，主要体现在管理与维护工作中。设备列车与用电设备距离较近，设备集中，停送电方便，便于维修人员的维修与维护，同时也便于责任制管理人员统一管理。

4、长距离供电系统优势，供电设备所处场所拥有较高的稳定性，从而便于对供电设备的安装、管理和日常维护工作的开展。能够有效降低设备串车的供电总负荷，确保供电始终处于标准之内。与传统供电模式相比，采用长距离供电系统能够使减去设备列车等供电设备使用，并且设备串车的长度也会缩短，能够很好的降低受损率，对综采工作效率进一步的提升。设备串车长度缩短，发生碰撞的概率也随之减小，从而节省大量维修及检修时间。由于巷道内没有了设备列车供电设备，长距离靠电缆进行输送，不用专门铺设轨道，巷道铺设电缆即可，不再对巷道的平整度，侧帮的变形造成设备列车的通过性进行整改。

5、长距离供电技术应用在工作面应用中劣势也较为突出。保证煤炭安全开采，就必须保证综采工作面电压稳定，电流、相位角正确合理。在综采工作面实际工作中，相当大一部分一批设备需要保证有一定稳定电压，且电压降要符合标准，保持在允许电压损失范围内，因此，长距离供电系统的正常运行要满足下面几点要求:

（1）保证设备正常运行，长距离供电模式是的矿井综采工作面的启动器、控制主机与变压器、泵站分离，同时导致供电激励增大，所以，需要及时对新型启停设备及控制器进行更新换代。所更换的新型控制器必须满足移动便利、保护功能完善及实现控制自动化等条件。

（2）确保电压损耗在控制范围内。电压损耗，实际就是输送的电缆长度长，电能在线缆上发热造成的损耗，由于长距离供电的需求，电缆长度一定，材质一定，为减少电缆在传输过程中电能的损耗，造成的电压衰减，尽量选用容量大的电缆。另外用电设备尽量选用高电压设备，尽可能避免低电压长距离供电输送，造成线缆的电能损耗，从而造成电压降较大的发生。

二、长距离供电系统背景

棋盘井煤矿I030903综采智能化工作面采用远距离供电方式，工作面倾向长度为325米，走向长度为1696米，煤层仰角为3-11°，目前I030903综采智能化工作面供电方式将移动变电站及变频器放置到皮带机头配电硐室内，距工作面长度1696米，工作面配套MG650/1630-WD交流电牵引采煤机，选用MCPTB-S(B)-1.9/3.3KV  3×120+3×50/3+3×2×2.5型电缆供电,配套SGZ900/1710刮板输送机（装机功率2*855KW）、SZZ1000/525型转载机（装机功率525KW）、PLM3000型破碎机（装机功率315KW），三机线缆全部选用MCPT 1.9/3.3KV  3*70+3*25/3+3*2.5供电。

三、远距离供电系统设计

1、井下采区变电所10#高开以10kV电缆线路向I030903综采工作面的移动变电站高压供电；移动变电站以3300V向矿用隔爆组合开关及变频器供电。

2、电缆选择：采区变电所至工作面矿用隔爆型移动变电站的10KV高压电缆选用MYPTJ-10型煤矿用阻燃金属屏蔽监视型橡套电缆3300V高压供电电缆选用MCPT-1.9/3.3煤矿用阻燃屏蔽橡套软电缆、低压电缆选用MYP-0.66/1.14型煤矿用阻燃橡套软电缆。

3、根据供电系统的拟订原则，变压器的选择计算原理如下

（1）采煤机变压器的选型计算

KX=0.4+0.6×Pmax/∑Pe=0.4+0.6×1630/1630=1

S=KX×∑Pe/cosθpj=1×1630/0.7=2328KVA

平均功率因数cosθpj查表为0.7，故选用型号为KBSGZY-3150的移变符合要求。

（2）刮板机、转载机变压器的选型计算

KX=0.4+0.6×Pmax/∑Pe=0.4+0.6×2×855/2550=0.8

S=KX×∑Pe/cosθpj=0.8×2550/0.7=2914KVA

平均功率因数cosθpj查表为0.7，故选用型号为KBSGZY-3150的移变符合要求。

（3）高压电缆选择和校验

a高压电缆截面选择和校验计算（采煤机电缆初选截面）

cosθpj-----平均功率因数；（查表《煤矿供电设计与继电保护整定计算》第2页表1-2）

ηpj-----加权平均效率因数，取自《煤矿供电设计与继电保护整定计算》第1页1-2公式；

In=Ie=

=0.8×1630×103/（1.732×3300×0.95×0.85）

=282A

型号MCPTJ-3×(120)的电缆长时载流量为（311）A，电缆满足负荷要求。

b破碎机电缆初选截面

In=Ie=

=315×103/（1.732×3300×0.95×0.85）

=68A

型号MCPTJ-3×(70)的电缆长时载流量为（215）A，故使用70mm2电缆满足负荷要求。

c转载机电缆初选截面

In=Ie=

=525×103/（1.732×3300×0.95×0.85）

=113A

型号MCPTJ-3×(70)的电缆长时载流量为（215）A，故使用70mm2电缆满足负荷要求。

d刮板机电缆初选截面

In=Ie=

=855×103/（1.732×3300×0.95×0.85）

=185A

型号MCPTJ-3×(70)的电缆长时载流量为（215）A，故使用70mm2电缆满足负荷要求。

（4）按允许电压损失校验电缆截面

变压器电压损失计算

a采煤机变压器电压损失计算

△Ub=

=2328×（0.41%×0.7+5.48%×0.7141）×3300/3150

=102.4V

b刮板机、转载机、破碎机变压器电压损失计算

△Ub=

=2914×（0.41%×0.7+5.48%×0.7141）×3300/3150

=128.2V

c电缆电压损失计算

△Uz=

=1630×2.4×（0.181+0.095×1.02）/3.3

=329V（按照120mm2计算压降）

d破碎机电缆电压损失计算

△Uz=

=315×2.4×（0.3460+0.078×1.02）/3.3

=97V（按照70mm2计算压降）

e转载机电缆电压损失计算

      △Uz=

=525×2.4×（0.3460+0.078×1.02）/3.3

=162V（按照70mm2计算压降）

f刮板机电缆电压损失计算

      △Uz=

=855×2.4×（0.3460+0.078×1.02）/3.3

=264V（按照70mm2计算压降）

g采煤机正常运行时的电压总损失为

△U=102.4V+329V=431.4V﹤480V

使用1根120mm2供电满足《煤矿井下供配电设计规范》要求。

破碎机正常运行时的电压总损失为

△U=128.2V+97V=225.2V﹤480V

使用1根70mm2供电满足《煤矿井下供配电设计规范》要求。

转载机正常运行时的电压总损失为

△U=128.2V+162V=290.2V﹤480V

使用1根70mm2供电满足《煤矿井下供配电设计规范》要求。

刮板机正常运行时的电压总损失为

△U=128.2V+264V=392.2V﹤480V

使用70mm2供电满足《煤矿井下供配电设计规范》要求。

四、综采工作面长距离供电方式具体应用

近距离供电方式采用设备列车拖运方式，列车过长、移动困难、随着工作面现代化程度的不断提高，电气设备不断增加，列车长度一般在140-180m，必须在设备列车首尾各布置一部JH-30型双速绞车，上下坡拉移设备列车过程相当危险，容易发生断绳跑车事故。

(2)维护工作量大，检修时间长，增加了工人的劳动强度。由于设备列车经常移动、必须重新回收并吊挂电缆、管路，增加了工人的旁动强度。延长了检修时间。

(3)备件、设备运输距离长，易影响生产。由于移动变电站列车集中布置在轨道的端头。一旦出现设备整坏，设备、备件必须经过整个顺槽才能拉运到位。特别不利于设备更换、抢修。

(4)对复杂巷道条件的适应能力较差。在工作面起伏较大，巷帮变形严重的顺槽内通过能力差。影响物料运输环节。

(5)远距离供电解决了频发拉运设备列车的风险，降低了巷道维护成本，同时降低了工人的劳动强度，缩短了检修时间，提升了设备的开机率。

参考文献

1、《煤矿电工手册》（修订版）

2、郝志清，煤矿井下远距离供电供电技术的探讨，城市建设理论研究 2017