高檔普采升級(jí)綜采供電系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)用

張耀平

(陽(yáng)泉固莊煤礦, 山西 陽(yáng)泉 045000)

隨著我國(guó)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(jī)械也趨向大功率、多電機(jī)的設(shè)備,在這樣的形勢(shì)下,對(duì)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(jì)性,又考慮到供電的可靠性,已經(jīng)成為供電技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中首要攻克的問(wèn)題。

實(shí)際工作中,在高檔普采向綜采改造時(shí),更換大功率采煤機(jī)、運(yùn)輸機(jī)后,為了解決供電距離遠(yuǎn)、電壓等級(jí)低、設(shè)備不能正常啟動(dòng)或電壓降較大的問(wèn)題,需要對(duì)供電系統(tǒng)升壓,并在進(jìn)風(fēng)順槽安裝移動(dòng)變電站,但是受地質(zhì)條件限制,原有巷道狹窄,移動(dòng)變電站不能在軌安裝在巷道中。因此,在實(shí)際的供電中,首先要解決電壓等級(jí)低、電纜載流量大、電纜截面小、不能滿(mǎn)足供電要求的問(wèn)題;其次,要解決采煤運(yùn)輸設(shè)備功率增大,供電方式需要改造的問(wèn)題;第三,要解決大功率設(shè)備起動(dòng)停止遠(yuǎn)距離控制的問(wèn)題;第四,要解決采煤量增加,造成原有運(yùn)輸設(shè)備運(yùn)力不足的問(wèn)題。本文提出在進(jìn)風(fēng)順槽設(shè)置配電點(diǎn),進(jìn)行遠(yuǎn)距離集中控制,下面以某礦某工作面改造為例進(jìn)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(zhǎng)180 m,進(jìn)風(fēng)走向長(zhǎng)1 430 m,回風(fēng)走向長(zhǎng)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(jī),單一煤層分上、下刀采全高走向長(zhǎng)壁后退式全部垮落法的機(jī)械化采煤方法,單體液壓支柱配、π型梁支護(hù),工作面端頭采用放炮開(kāi)機(jī)窩的方式進(jìn)刀,支護(hù)管理方式為邊割煤、邊放頂?shù)姆椒?采用工作面刮板輸送機(jī)、順槽刮板輸送機(jī)和吊掛皮帶輸送機(jī)運(yùn)煤,具體設(shè)備如表1所示。

原供電設(shè)計(jì)方案為:根據(jù)設(shè)備配備情況,初步計(jì)算后,配電點(diǎn)設(shè)于軌道運(yùn)輸巷,采用KSGZY—500移動(dòng)變電站1臺(tái),工作面采煤機(jī)、工作面刮板輸送機(jī)、順槽刮板輸送機(jī)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(xiàn)式供電方式即可滿(mǎn)足需要(計(jì)算過(guò)程略),特別指出,工作面設(shè)備布置一項(xiàng)中,各設(shè)備的控制開(kāi)關(guān)均安裝在設(shè)備電機(jī)附近,安裝操作按鈕進(jìn)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(jì)表Table 1 Equipment load of conventional mining face

2)高檔綜采工作面設(shè)備。由于改擴(kuò)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(jī),單一煤層一次采全高走向長(zhǎng)壁后退式全部垮落法的綜合機(jī)械化采煤方法。采煤機(jī)端頭斜切進(jìn)刀,回割三角煤采煤,按割煤、伸伸縮梁、移架同時(shí)收收縮梁、移工作面刮板輸送機(jī)順序進(jìn)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(jī)運(yùn)煤。

因工作面采煤量增加一倍以上,經(jīng)初步計(jì)算后,運(yùn)輸方式也需要升級(jí)改造?，F(xiàn)設(shè)備配備情況升級(jí)為:工作面采用5MG200-B型雙滾筒采煤機(jī)采煤,采用1部SGB-630/220型刮板輸送機(jī)運(yùn)輸,機(jī)頭轉(zhuǎn)載處采用SZB730/75刮板轉(zhuǎn)載機(jī)轉(zhuǎn)載到SSJB/800皮帶,由SSJB/800集中皮帶運(yùn)入煤倉(cāng)?；仫L(fēng)順槽由 4臺(tái)JD-25型絞車(chē),3臺(tái)JD-11.4型絞車(chē)進(jìn)行運(yùn)料。根據(jù)以上資料,進(jìn)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(jì)表Fig.2 Equipment load of fully mechanized mining face

2 供電方式升級(jí)改造方案

2.1 工作面配電點(diǎn)位置確定原則

2.1.1移動(dòng)變電站位置

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

2.1.2配電點(diǎn)設(shè)置形式

一般不開(kāi)設(shè)專(zhuān)門(mén)的硐室,直接設(shè)在工作面附近的運(yùn)輸平巷或回風(fēng)巷的一側(cè)。

2.1.3改造配電點(diǎn)位置及設(shè)置

由于本工作面掘進(jìn)設(shè)計(jì)時(shí),原為普采工作面,受原巷道設(shè)計(jì)寬度限制,工作面配電點(diǎn)只能布置于進(jìn)風(fēng)順槽中,在距離工作面850 m處擴(kuò)巷80 m,設(shè)置為工作面配電點(diǎn)。

2.2 工作面負(fù)荷計(jì)算及變壓器容量、臺(tái)數(shù)確定

2.2.1移動(dòng)變電站負(fù)荷的分配

根據(jù)采區(qū)機(jī)械設(shè)備布置圖及設(shè)備配置情況,確定在配電點(diǎn)設(shè)置2臺(tái)630 kVA移動(dòng)變電站;其中1臺(tái)630 kVA移動(dòng)變電站電壓采用1 140 V電壓為工作面機(jī)組、工作面刮板輸送機(jī)和轉(zhuǎn)載機(jī)供電,另1臺(tái)移動(dòng)變電站采用660 V電壓為進(jìn)風(fēng)順槽皮帶輸送機(jī)、絞車(chē)以及其它動(dòng)力設(shè)備供電;在四尺七采軌道巷設(shè)置1臺(tái)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(jì)算略)

2.2.2線(xiàn)路電壓要求

工作面采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)以及轉(zhuǎn)載機(jī)需要進(jìn)行升壓至1 140 V,因初算時(shí),如果仍用660 V供電,即使采用最粗70 mm2電纜, 其長(zhǎng)時(shí)載流量仍超過(guò)電纜長(zhǎng)時(shí)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(jiàn)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(jī)械設(shè)備布置圖擬定的,應(yīng)符合安全、經(jīng)濟(jì)、操作靈活、保護(hù)完善、便于檢修等項(xiàng)要求。

2.3.2控制開(kāi)關(guān)的設(shè)置原則

力求減少開(kāi)關(guān)、啟動(dòng)器的使用臺(tái)數(shù),原則上1臺(tái)啟動(dòng)器控制1臺(tái)電機(jī),1個(gè)配電點(diǎn)并聯(lián)的啟動(dòng)器在3臺(tái)以下時(shí),一般不設(shè)進(jìn)線(xiàn)用總饋電開(kāi)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(jī)為200 kW,工作面刮板輸送機(jī)為110 kW×2 kW,轉(zhuǎn)載機(jī)為75 kW,均為功率較大設(shè)備,故采用輻射式單獨(dú)電纜供電。

2.3.4小功率的設(shè)備可采用干線(xiàn)式供電

在本次改造中,進(jìn)風(fēng)運(yùn)輸設(shè)備為2部55 kW×2 kW皮帶運(yùn)輸機(jī),采用干線(xiàn)式進(jìn)行供電;回風(fēng)絞車(chē)及液壓泵等容量都不太大,采用干線(xiàn)電纜供電。

2.3.5啟動(dòng)器位置的順序

工作面配電點(diǎn)最大容量電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)器應(yīng)靠近配電點(diǎn)的進(jìn)線(xiàn),以減小啟動(dòng)器之間連接電纜的截面。

2.3.6電纜長(zhǎng)度的確定原則

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

2.3.7備用設(shè)備確定原則

配電點(diǎn)應(yīng)設(shè)有一定數(shù)量的備用啟動(dòng)器與開(kāi)關(guān),以便開(kāi)關(guān)損壞后隨時(shí)更換。

根據(jù)供電系統(tǒng)的擬定原則擬定供電系統(tǒng)見(jiàn)圖2。

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

在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了低壓電纜選擇、高壓電纜截面確定、高壓開(kāi)關(guān)選擇、低壓開(kāi)關(guān)選擇、低壓電網(wǎng)短路電流計(jì)算、低壓開(kāi)關(guān)整定、校驗(yàn)、高壓開(kāi)關(guān)整定、校驗(yàn)等工作,均符合要求。

3 重點(diǎn)需要解決的技術(shù)問(wèn)題

3.1 電壓等級(jí)升級(jí)技術(shù)

進(jìn)行工作面線(xiàn)路升壓時(shí),必須做好相關(guān)線(xiàn)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(jí);在進(jìn)行日常供電維修過(guò)程中,一定要注意各線(xiàn)路電壓等級(jí)的標(biāo)示,不得出現(xiàn)混接、錯(cuò)接現(xiàn)象。

3.2 遠(yuǎn)距離啟動(dòng)控制技術(shù)

采用輻射式供電時(shí),一方面,移動(dòng)變電站由于巷道狹窄不能在進(jìn)風(fēng)順槽實(shí)現(xiàn)在軌安裝,另一方面,如果在進(jìn)風(fēng)端頭處安裝機(jī)組開(kāi)關(guān)、工作面刮板輸送機(jī)開(kāi)關(guān)、照明綜保等,在順槽不斷回縮時(shí),要不斷進(jìn)行開(kāi)關(guān)的搬遷工作,工作量大,因此,采用工作面所有控制開(kāi)關(guān)在配電點(diǎn)處安裝、工作面遠(yuǎn)方控制的方式,減少了每隔一段時(shí)間進(jìn)行開(kāi)關(guān)搬遷和重新接線(xiàn)安裝的工作量。在這種控制方式中,因工作面機(jī)組司機(jī)、輸送機(jī)司機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)司機(jī)要在工作面控制配電點(diǎn)處開(kāi)關(guān)的啟動(dòng)與停止,因此,必須選擇有遠(yuǎn)方直流啟動(dòng)控制功能的開(kāi)關(guān),也就是可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方千米距離的啟動(dòng)控制。在原有開(kāi)關(guān)中,其控制回路直接控制吸合線(xiàn)圈的動(dòng)作,如果控制距離遠(yuǎn),將出現(xiàn)吸合線(xiàn)圈由于電壓降而不動(dòng)作的情況,不能可靠吸合(具體電氣原理略)。在本設(shè)計(jì)中使用了山西省長(zhǎng)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(dòng)器,其控制電路中使用了直流動(dòng)作于微動(dòng)式繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)吸合線(xiàn)圈的通斷的技術(shù),可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制。

3.3 保護(hù)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(kāi)關(guān)和饋電系統(tǒng)設(shè)備都要進(jìn)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(diǎn)

1)解決原電纜載流量不足的問(wèn)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(mǎn)足供電電纜截面要求,電壓降的問(wèn)題可得到有效解決。

2)控制開(kāi)關(guān)集中安裝于配電點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)了開(kāi)關(guān)安裝在進(jìn)風(fēng)順槽配電點(diǎn)而由工作面遠(yuǎn)距離控制起動(dòng)、停止,減少了順槽縮回時(shí)工作面控制開(kāi)關(guān)的搬遷工作量。

3)饋電保護(hù)性能加強(qiáng)。各支回路安裝了饋電開(kāi)關(guān),有利于故障線(xiàn)路的判別與處理。

4)綜合保護(hù)性能更加可靠。各種綜合保護(hù)開(kāi)關(guān)的運(yùn)用,提高了供電的安全性和可靠性。

4.2 不足與困難

對(duì)于一個(gè)需要升級(jí)改造的采煤工作面而言,經(jīng)濟(jì)投入是比較大的,因?yàn)樵瓉?lái)的設(shè)備電纜大部分被淘汰,需要重新購(gòu)買(mǎi)。

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(yùn)用新的技術(shù)和設(shè)備外,如何把這些資源進(jìn)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(diǎn)研究和不斷實(shí)踐的方向。

參考文獻(xiàn)：

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