張耀平

(陽泉固莊煤礦, 山西 陽泉 045000)

隨著我國煤礦安全生產(chǎn)技術(shù)水平不斷提高,大采高、截距深的采煤工藝不斷投入使用,采掘機械也趨向大功率、多電機的設(shè)備,在這樣的形勢下,對供電技術(shù)也提出了較高要求,如何既考慮到供電的經(jīng)濟性,又考慮到供電的可靠性,已經(jīng)成為供電技術(shù)在實際應(yīng)用中首要攻克的問題。

實際工作中,在高檔普采向綜采改造時,更換大功率采煤機、運輸機后,為了解決供電距離遠(yuǎn)、電壓等級低、設(shè)備不能正常啟動或電壓降較大的問題,需要對供電系統(tǒng)升壓,并在進風(fēng)順槽安裝移動變電站,但是受地質(zhì)條件限制,原有巷道狹窄,移動變電站不能在軌安裝在巷道中。因此,在實際的供電中,首先要解決電壓等級低、電纜載流量大、電纜截面小、不能滿足供電要求的問題;其次,要解決采煤運輸設(shè)備功率增大,供電方式需要改造的問題;第三,要解決大功率設(shè)備起動停止遠(yuǎn)距離控制的問題;第四,要解決采煤量增加,造成原有運輸設(shè)備運力不足的問題。本文提出在進風(fēng)順槽設(shè)置配電點,進行遠(yuǎn)距離集中控制,下面以某礦某工作面改造為例進行探討。

1 原始資料

1.1 某工作面地質(zhì)情況

該工作面位于某煤礦井田12#煤七采區(qū),該采區(qū)內(nèi)工作面沿走向布置,布置在12#煤七采軌道巷西側(cè),12704回采工作面以北。工作面長180 m,進風(fēng)走向長1 430 m,回風(fēng)走向長1 489 m，煤層厚度1.5 m,煤層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

1.2 采煤方法

1)高檔普采工作面設(shè)備。原設(shè)備配備情況為:高檔普采的設(shè)備配備,工作面采用MG100-B型單滾筒采煤機,單一煤層分上、下刀采全高走向長壁后退式全部垮落法的機械化采煤方法,單體液壓支柱配、π型梁支護,工作面端頭采用放炮開機窩的方式進刀,支護管理方式為邊割煤、邊放頂?shù)姆椒?采用工作面刮板輸送機、順槽刮板輸送機和吊掛皮帶輸送機運煤,具體設(shè)備如表1所示。

原供電設(shè)計方案為:根據(jù)設(shè)備配備情況,初步計算后,配電點設(shè)于軌道運輸巷,采用KSGZY—500移動變電站1臺,工作面采煤機、工作面刮板輸送機、順槽刮板輸送機共同使用1根70 mm2電纜、順槽使用1根50 mm2電纜、回風(fēng)使用1根25 mm2電纜,采用干線式供電方式即可滿足需要(計算過程略),特別指出,工作面設(shè)備布置一項中,各設(shè)備的控制開關(guān)均安裝在設(shè)備電機附近,安裝操作按鈕進行遠(yuǎn)方操作。該工作面的日產(chǎn)量500 t。

表1 普采工作面設(shè)備負(fù)荷統(tǒng)計表Table 1 Equipment load of conventional mining face

2)高檔綜采工作面設(shè)備。由于改擴建需要,工作面采煤方法改變?yōu)榫C采:工作面采用5MG200-B型雙滾筒采煤機,單一煤層一次采全高走向長壁后退式全部垮落法的綜合機械化采煤方法。采煤機端頭斜切進刀,回割三角煤采煤,按割煤、伸伸縮梁、移架同時收收縮梁、移工作面刮板輸送機順序進行。采用ZY3000-12/25(115架)、ZYG3000-12/25型(4架)液壓支架管理頂板,配套SGB-630/220型刮板輸送機運煤。

因工作面采煤量增加一倍以上,經(jīng)初步計算后,運輸方式也需要升級改造?，F(xiàn)設(shè)備配備情況升級為:工作面采用5MG200-B型雙滾筒采煤機采煤,采用1部SGB-630/220型刮板輸送機運輸,機頭轉(zhuǎn)載處采用SZB730/75刮板轉(zhuǎn)載機轉(zhuǎn)載到SSJB/800皮帶,由SSJB/800集中皮帶運入煤倉?；仫L(fēng)順槽由 4臺JD-25型絞車,3臺JD-11.4型絞車進行運料。根據(jù)以上資料,進行設(shè)備配置,具體如表2所示。

表2 綜采工作面設(shè)備負(fù)荷統(tǒng)計表Fig.2 Equipment load of fully mechanized mining face

2 供電方式升級改造方案

2.1 工作面配電點位置確定原則

2.1.1移動變電站位置

移動變電站與工作面的距離一般大于100 m,小于300 m,對供電距離最遠(yuǎn)的電動機,最大的采煤機的距離一般不大于500 m。

2.1.2配電點設(shè)置形式

一般不開設(shè)專門的硐室,直接設(shè)在工作面附近的運輸平巷或回風(fēng)巷的一側(cè)。

2.1.3改造配電點位置及設(shè)置

由于本工作面掘進設(shè)計時,原為普采工作面,受原巷道設(shè)計寬度限制,工作面配電點只能布置于進風(fēng)順槽中,在距離工作面850 m處擴巷80 m,設(shè)置為工作面配電點。

2.2 工作面負(fù)荷計算及變壓器容量、臺數(shù)確定

2.2.1移動變電站負(fù)荷的分配

根據(jù)采區(qū)機械設(shè)備布置圖及設(shè)備配置情況,確定在配電點設(shè)置2臺630 kVA移動變電站;其中1臺630 kVA移動變電站電壓采用1 140 V電壓為工作面機組、工作面刮板輸送機和轉(zhuǎn)載機供電,另1臺移動變電站采用660 V電壓為進風(fēng)順槽皮帶輸送機、絞車以及其它動力設(shè)備供電;在四尺七采軌道巷設(shè)置1臺500 kV A移變采用660 V電壓為回風(fēng)巷設(shè)備和四尺三采皮帶巷1部皮帶供電。(負(fù)荷計算略)

2.2.2線路電壓要求

工作面采煤機、刮板輸送機以及轉(zhuǎn)載機需要進行升壓至1 140 V,因初算時,如果仍用660 V供電,即使采用最粗70 mm2電纜, 其長時載流量仍超過電纜長時允許負(fù)荷電流,在電壓降方面也不符合要求。

2.2.3繪制設(shè)備布置圖

根據(jù)以上情況確定設(shè)備布置,繪制設(shè)備布置圖(見圖1)。

圖1 設(shè)備布置圖Fig.1 Equipment layout

2.3 工作面供電系統(tǒng)圖擬定方案

2.3.1供電系統(tǒng)擬定依據(jù)

供電系統(tǒng)是根據(jù)機械設(shè)備布置圖擬定的,應(yīng)符合安全、經(jīng)濟、操作靈活、保護完善、便于檢修等項要求。

2.3.2控制開關(guān)的設(shè)置原則

力求減少開關(guān)、啟動器的使用臺數(shù),原則上1臺啟動器控制1臺電機,1個配電點并聯(lián)的啟動器在3臺以下時,一般不設(shè)進線用總饋電開關(guān)。

2.3.3工作面設(shè)備采用輻射式供電

由于工作面采煤機為200 kW,工作面刮板輸送機為110 kW×2 kW,轉(zhuǎn)載機為75 kW,均為功率較大設(shè)備,故采用輻射式單獨電纜供電。

2.3.4小功率的設(shè)備可采用干線式供電

在本次改造中,進風(fēng)運輸設(shè)備為2部55 kW×2 kW皮帶運輸機,采用干線式進行供電;回風(fēng)絞車及液壓泵等容量都不太大,采用干線電纜供電。

2.3.5啟動器位置的順序

工作面配電點最大容量電動機的啟動器應(yīng)靠近配電點的進線,以減小啟動器之間連接電纜的截面。

2.3.6電纜長度的確定原則

力求減少電纜的長度,盡量減少重復(fù)供電。所選電纜總線截面不超過70 mm2。橡套電纜長度按敷設(shè)路徑長度乘以1.1,鎧裝電纜長度按敷設(shè)路徑長度乘以1.05。

2.3.7備用設(shè)備確定原則

配電點應(yīng)設(shè)有一定數(shù)量的備用啟動器與開關(guān),以便開關(guān)損壞后隨時更換。

根據(jù)供電系統(tǒng)的擬定原則擬定供電系統(tǒng)見圖2。

圖2 供電系統(tǒng)圖Fig.2 Power supply system diagram

在此基礎(chǔ)上進行了低壓電纜選擇、高壓電纜截面確定、高壓開關(guān)選擇、低壓開關(guān)選擇、低壓電網(wǎng)短路電流計算、低壓開關(guān)整定、校驗、高壓開關(guān)整定、校驗等工作,均符合要求。

3 重點需要解決的技術(shù)問題

3.1 電壓等級升級技術(shù)

進行工作面線路升壓時,必須做好相關(guān)線路設(shè)備的選型工作,設(shè)備和電纜以及相關(guān)連接器等都要選用1 140V電壓等級;在進行日常供電維修過程中,一定要注意各線路電壓等級的標(biāo)示,不得出現(xiàn)混接、錯接現(xiàn)象。

3.2 遠(yuǎn)距離啟動控制技術(shù)

采用輻射式供電時,一方面,移動變電站由于巷道狹窄不能在進風(fēng)順槽實現(xiàn)在軌安裝,另一方面,如果在進風(fēng)端頭處安裝機組開關(guān)、工作面刮板輸送機開關(guān)、照明綜保等,在順槽不斷回縮時,要不斷進行開關(guān)的搬遷工作,工作量大,因此,采用工作面所有控制開關(guān)在配電點處安裝、工作面遠(yuǎn)方控制的方式,減少了每隔一段時間進行開關(guān)搬遷和重新接線安裝的工作量。在這種控制方式中,因工作面機組司機、輸送機司機、轉(zhuǎn)載機司機要在工作面控制配電點處開關(guān)的啟動與停止,因此,必須選擇有遠(yuǎn)方直流啟動控制功能的開關(guān),也就是可以實現(xiàn)遠(yuǎn)方千米距離的啟動控制。在原有開關(guān)中,其控制回路直接控制吸合線圈的動作,如果控制距離遠(yuǎn),將出現(xiàn)吸合線圈由于電壓降而不動作的情況,不能可靠吸合(具體電氣原理略)。在本設(shè)計中使用了山西省長治市中安電器生產(chǎn)的QJZ-315(400)/1140(660)礦用隔爆兼本質(zhì)安全型真空電磁啟動器,其控制電路中使用了直流動作于微動式繼電器來實現(xiàn)吸合線圈的通斷的技術(shù),可以實現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制。

3.3 保護整定技術(shù)

根據(jù)工作面負(fù)荷變化,所有高壓、低壓控制開關(guān)和饋電系統(tǒng)設(shè)備都要進行相關(guān)的更替,必須適合供電負(fù)荷的需要,并且,要根據(jù)負(fù)荷變化情況重新調(diào)定整定值。

4 結(jié)論

4.1 本次改造的優(yōu)點

1)解決原電纜載流量不足的問題。這種供電方式適應(yīng)于較大功率采掘設(shè)備的采煤作業(yè),能夠滿足供電電纜截面要求,電壓降的問題可得到有效解決。

2)控制開關(guān)集中安裝于配電點。實現(xiàn)了開關(guān)安裝在進風(fēng)順槽配電點而由工作面遠(yuǎn)距離控制起動、停止,減少了順槽縮回時工作面控制開關(guān)的搬遷工作量。

3)饋電保護性能加強。各支回路安裝了饋電開關(guān),有利于故障線路的判別與處理。

4)綜合保護性能更加可靠。各種綜合保護開關(guān)的運用,提高了供電的安全性和可靠性。

4.2 不足與困難

對于一個需要升級改造的采煤工作面而言,經(jīng)濟投入是比較大的,因為原來的設(shè)備電纜大部分被淘汰,需要重新購買。

隨著煤礦安全生產(chǎn)技術(shù)的飛速提高,供電技術(shù)也應(yīng)不斷更新和提高,除了推廣運用新的技術(shù)和設(shè)備外,如何把這些資源進行整合利用,以更好地服務(wù)于安全生產(chǎn),將是我們煤礦技術(shù)人員重點研究和不斷實踐的方向。

參考文獻：

[1] 煤炭工業(yè)部.煤礦井下供電的三大保護細(xì)則[M].北京：煤炭工業(yè)出版社,2004.

[2] 李正祥.煤礦機電工程師技術(shù)手冊[M].北京：煤炭工業(yè)出版社,2010.