徐仁亞，陳守明

(兗州煤業(yè)股份有限公司東灘煤礦，山東鄒城273512)

綜采 (放)工作面供電、供液模式的探索與創(chuàng)新

徐仁亞，陳守明

(兗州煤業(yè)股份有限公司東灘煤礦，山東鄒城273512)

Exploration and Innovation of Power Supply and Liquid Feed Mode in Full-mechanized Mining and Caving Face

隨著綜采 (放)工作面設(shè)備的大型化，傳統(tǒng)的工作面供電、供液模式已逐漸不能適應(yīng)工作面裝備的需要。根據(jù)綜采 (放)工作面供電、供液的基本模式與技術(shù)發(fā)展方向，結(jié)合東灘煤礦供液、供電的實(shí)際應(yīng)用情況，提出了長(zhǎng)距離供電、供液技術(shù)模式，并分析了該模式和傳統(tǒng)模式相對(duì)比的優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)。該技術(shù)在東灘煤礦得到了成功應(yīng)用，取得了良好的效果。

綜采(放)工作面;長(zhǎng)距離;供電;供液

近年來(lái)，綜采工作面裝備大型化趨勢(shì)明顯，導(dǎo)致裝機(jī)功率不斷增大，電站設(shè)備不斷增加，使得移動(dòng)電站列車系統(tǒng)日趨復(fù)雜，設(shè)備散發(fā)出大量熱量，惡化工作面環(huán)境。電站處在動(dòng)壓區(qū)，大量占用巷道空間，嚴(yán)重影響支護(hù)強(qiáng)度。在煤層埋藏深、礦壓大的礦區(qū)，巷道底鼓、設(shè)備列車?yán)评щy、兩幫收縮變形嚴(yán)重、行人通道寬度難以保證，不但制約煤礦正常生產(chǎn)，而且嚴(yán)重威脅煤礦安全形勢(shì)。使用移動(dòng)電站列車進(jìn)行集中供電、供液的單一模式逐漸顯現(xiàn)出不足。

為了能夠有效地解決這一問(wèn)題，保證礦井的正常生產(chǎn)，根據(jù)東灘煤礦的礦井條件，對(duì)綜采 (放)工作面供電、供液模式進(jìn)行了必要的探索和創(chuàng)新，形成了適應(yīng)復(fù)雜條件綜放開(kāi)采的長(zhǎng)距離供電、供液新模式。

1 傳統(tǒng)供電、供液模式及特點(diǎn)

1.1 移動(dòng)電站列車模式

移動(dòng)電站列車模式將變壓器、各種泵站、高防開(kāi)關(guān)等設(shè)備集中布置在綜采 (放)工作面軌道巷，就近為工作面供電、供液、供水。

移動(dòng)電站列車模式主要特點(diǎn)是:設(shè)備集中布置，易于管理，維護(hù)方便;供電距離短，特別是對(duì)于1140V以下供電，可以有效減少電壓降;供液距離短、減小了工作面的供液膠管沿程阻力損失，降低了對(duì)液壓系統(tǒng)供液壓力的要求。

1.2 移動(dòng)電站列車與長(zhǎng)距離供液混合模式

混合模式將高防、變壓器、巷道控制開(kāi)關(guān)等電器設(shè)備集中于軌道巷為工作面供電。將乳化液泵站和清水泵站固定放置在巷道外端，長(zhǎng)距離向工作面供液。

混合模式主要特點(diǎn)是:減少了移動(dòng)電站列車的設(shè)備數(shù)量，可以有效避免電站列車在移動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)翻車、掉道等事故;避免了長(zhǎng)距離供電造成的電壓損失，減少了電能的線路損耗;在采用雙巷掘進(jìn)的工作面，能夠較好地實(shí)現(xiàn)機(jī)軌合一。

2 長(zhǎng)距離供電、供液模式及特點(diǎn)

長(zhǎng)距離供電、供液模式將高防、變壓器、乳化液泵站和清水泵站等設(shè)備固定放置在工作面巷道外端，將采煤機(jī)、前后部刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)等設(shè)備的巷道控制開(kāi)關(guān)放置在膠帶輸送機(jī)機(jī)尾處，同機(jī)尾一起自移，長(zhǎng)距離向工作面供電、供液。

長(zhǎng)距離供電、供液模式主要特點(diǎn)是:適應(yīng)能力強(qiáng)，特別是在復(fù)雜地質(zhì)條件下，使設(shè)備列車遠(yuǎn)離工作面，有利于在巷道超前壓力較大的礦井應(yīng)用;安全性能高，可以避免在拉移電站列車過(guò)程中發(fā)生翻車、掉道等事故;散熱效果好，降低了移動(dòng)電站列車的變壓器、電動(dòng)機(jī)散發(fā)的熱量對(duì)工作面溫度的影響，有效降低工作面溫度3～5℃;在采用U型布置的工作面也能夠較好地實(shí)現(xiàn)機(jī)軌合一。

長(zhǎng)距離供電、供液是一種新型模式，其適用條件:供電電壓為3300V，供電距離小于1700m;乳化液供液采用大直徑橡膠軟管或鋼管，供液管路直徑必須大于DN50，供液距離小于3000m，并采取必要的增壓措施;采煤機(jī)、前后部刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)等設(shè)備的巷道控制開(kāi)關(guān)必須對(duì)電壓波動(dòng)具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，一般為額定電壓的±15%。

3 長(zhǎng)距離供電、供液系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算

長(zhǎng)距離供電、供液系統(tǒng)2007年10月開(kāi)始在東灘煤礦初步試驗(yàn)，截至2011年底，已在1303，1304，1305三個(gè)綜放工作面應(yīng)用，取得了良好的效果。下面結(jié)合東灘煤礦1305綜放工作面的實(shí)際設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹。

3.1 長(zhǎng)距離供電

1305綜放工作面巷道走向長(zhǎng)度約為2800m，長(zhǎng)距離供電、供液系統(tǒng)采取分段接續(xù)的方式，變壓器至巷道組合開(kāi)關(guān)的最大供電距離為1400m，至最遠(yuǎn)電動(dòng)機(jī)的距離為1700m。主要供電設(shè)備為采煤機(jī)、前后部刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)，總功率為5379kW。選擇1臺(tái)KBSGZY－3150/6/3.4和2臺(tái)KBSGZY－2500/6/3.4變壓器供電，通過(guò)3路MYPTJ－6 3×120+1×35型電纜為工作面設(shè)備進(jìn)行交叉供電。

3.1.1 正常工作時(shí)允許的電壓損失校驗(yàn)

對(duì)于3300V電網(wǎng)，根據(jù)《煤礦電工手冊(cè)》規(guī)定，允許的電壓損失為:

式中，ΔUy為允許的電壓損失。

式中，ΔU為整個(gè)低壓電網(wǎng)的電壓損失，V;ΔUz為支線電纜的電壓損失，V;Pe為額定功率，kW; Ue為額定電壓，kV;ΔUg為干線電纜的電壓損失，V;ΔUb為變壓器的電壓損失，V;Kf為負(fù)荷系數(shù)(0.8);η為電動(dòng)機(jī)效率 (95%);Lz為支線電纜的長(zhǎng)度，m;Sz為支線電纜的截面積，mm2;Lg為干線電纜的長(zhǎng)度，m;Sg為干線電纜的截面積，mm2;D為銅芯電纜的電導(dǎo)率，m/(Ω·mm2) (取42.5);Iqb為變壓器的負(fù)荷電流，A;Rb，Xb為變壓器折算到二次側(cè)每相電阻與電抗， (Rb= 0.0236，Xb=0.2587);cos為功率系數(shù)，綜采取0.7，sin根據(jù)cos換算可得，0.714。

根據(jù)各設(shè)備的功率參數(shù)，分別帶入式 (3)～(5)進(jìn)行驗(yàn)算求出電壓損失。

轉(zhuǎn)載機(jī)采用雙速電機(jī)，其電纜的電壓損失分為高速和低速2種，分別帶入式(3)。

高速時(shí):ΔUz=0.8×700×50×1000/(3300× 42.5×70×0.95)=3(V)

低速時(shí):ΔUz=0.8×350×50×1000/(3300× 42.5×50×0.95)=2.1(V)

前部、后部刮板輸送機(jī)采用雙速電機(jī)，其電纜的電壓損失，分別帶入式(3)。

高速時(shí):ΔUz=0.8×700×310×1000/(3300× 42.5×70×0.95)=18.6(V)

低速時(shí):ΔUz=0.8×350×310×1000/(3300× 42.5×50×0.95)=13(V)

故以后部輸送機(jī)高速電纜的電壓損失ΔUz= 18.6V進(jìn)行計(jì)算。

干線電纜的電壓損失，帶入式(4)得:

變壓器的電壓損失，帶入式(5)得:

總電壓損失:

故滿足要求。

3.1.2 實(shí)際運(yùn)行情況

工作面生產(chǎn)期間，設(shè)備運(yùn)行電壓保持在2700～3200V之間，未出現(xiàn)因欠壓造成的設(shè)備運(yùn)行故障。工作面出現(xiàn)的主要問(wèn)題是由于后部放煤量過(guò)大或采煤機(jī)截割速度過(guò)快造成的設(shè)備過(guò)載。實(shí)踐證明，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，長(zhǎng)距離供電系統(tǒng)能夠較好地保證工作面的正常生產(chǎn)。

3.2 長(zhǎng)距離供液

泵站選用BRW315/31.5型乳化液泵和RX2000型乳化液箱，該泵流量為315L/min，額定壓力為31.5MPa，電機(jī)功率200kW，液箱容積2000L。泵站至支架的供液距離為1300m。

3.2.1 供液壓力損失計(jì)算

工作面供液過(guò)程中壓力損失主要表現(xiàn)為高壓膠管的沿程壓力損失，沿程壓力的計(jì)算公式如下:

式中，λ為沿程阻力系數(shù)，是雷諾數(shù)Re和相對(duì)粗糙度Δ/d的函數(shù);d為高壓膠管的內(nèi)徑，mm;L為高壓膠管的供液長(zhǎng)度，m;ρ為乳化液密度，kg/ m3;υ為管內(nèi)平均流速，m/s。

供液距離L為1300m，采用DN50型高壓膠管，管路直徑d為50mm，乳化液的密度為990～1000kg/m3

BRW315/31.5型乳化液泵的公稱流量為315L/min，通過(guò)DN50高壓膠管為工作面供液，則管路內(nèi)的最大流速:

對(duì)于膠管內(nèi)流動(dòng)的乳化液，

式中，υ為管內(nèi)的平均流速，m/s;d為圓管的內(nèi)徑，m;V為流體的運(yùn)動(dòng)粘度，取6mm2/s;Rec為下臨界雷諾數(shù)，一般取2000～2300。

采用勃拉修斯經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算，λ=0.3164 ·Re－0.25=0.3164×22250－0.25≈0.026

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，供液壓力為

因此工作面供液壓力差在允許范圍內(nèi)。

3.2.2 實(shí)際應(yīng)用情況

工作面實(shí)際供液壓力末端壓力損失一般為2～3MPa。這主要是由于工作面實(shí)際用液量小于乳化泵的工作能力，管內(nèi)平均流速小于理論最大流速。

4 長(zhǎng)距離供電、供液系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)

(1)優(yōu)化設(shè)備在巷道中的布置位置，合理選擇固定電站和泵站的位置。

(2)采用交叉供電方式，減少電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)作用在單根電纜上的電流?？捎行Ы档蛦胃娎|的截面積，提高使用性能，減少安裝維護(hù)工作量。

(3)應(yīng)優(yōu)先選用鋼管為工作面供液，在距工作面切眼50～100m處更換為高壓軟管。如全部采用高壓軟管供液，沿程壓力損失較大，必須在供液管路中安裝蓄能裝置，減少管路壓力波動(dòng)。

(4)布置在工作面運(yùn)輸巷內(nèi)的組合開(kāi)關(guān)，必須選擇體積較小，性能可靠的專用產(chǎn)品。

(5)必須解決好膠帶輸送機(jī)機(jī)尾自移，供電電纜的拖移、存儲(chǔ)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)電纜拖移、存儲(chǔ)的自動(dòng)化，便于工人操作。

5 結(jié)束語(yǔ)

長(zhǎng)距離供電、供液與2種傳統(tǒng)的供電供液模式相對(duì)比各有優(yōu)缺點(diǎn)，要根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際情況進(jìn)行合理選擇。但隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，長(zhǎng)距離供電的技術(shù)瓶頸將被有效突破，其技術(shù)優(yōu)勢(shì)將得到充分發(fā)揮，有利于實(shí)現(xiàn)小煤柱和無(wú)煤柱開(kāi)采的機(jī)軌合一布置，改善工作面作業(yè)條件，提高工作面安全生產(chǎn)水平和采區(qū)整體資源采出率，綜采 (放)工作面的長(zhǎng)距離供電供液模式必將在煤礦生產(chǎn)中得到越來(lái)越廣泛的推廣應(yīng)用。

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［責(zé)任編輯:周景林］

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1006-6225(2012)04-0027-03

2012－04－26

徐仁亞 (1965－)，男，江蘇張家港人，高級(jí)工程師，現(xiàn)任兗州煤業(yè)股份有限公司東灘煤礦安全礦長(zhǎng)。