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摘要：随着矿井开采深度的加深，综采工作面采动压力越来越大，CH4含量越来越高，采动压力区内，棚梁压弯，巷道变形，地臌现象非常突出，通风和行人断面已无法保证安全生产。高突采煤工作面规定，开关列车必须布置在机巷，机巷同时布置皮带及开关列车，巷道空间相当拥挤，布置和频繁移动非常困难。所以近距离供电供液的弊端日益显现出来，已不能适应减人提效、高产高效矿井发展的需要，远距离供电供液的要求日益迫切，从实际生产需要出发，设计出远距离供电供液方案。
关键词高动压； 远距离； 供电供液
１ 传统近距离供电供液的背景及不足
１．１ 地质条件不需要远距离供电供液
在十矿上综采初期，煤层埋藏浅，矿山采动压力小，煤层CH4含量小，风巷压力小,巷道断面较大，向采面供电的开关列车一般布置在风巷，距采面100米左右，一般能满足安全、生产需要，客观上不需要远距离供电供液。
１．２ 传统综采工作面近距离供电供液存在的主要问题
随着开采深度的不断加深，矿山采动压力越来越大，其煤层CH4含量也越来越大，例如我们十矿-320水平开采的大多采面，开采初期风、机两巷压力就非常大，采动压力区内，棚梁压弯，巷道变形，地臌现象非常突出，通风和行人断面已无法保证安全生产，再加上近几年来瓦斯突出现象时有发生，瓦斯超限事故不断增加，而高突采煤工作面，开关列车规定必须布置在机巷，机巷同时布置皮带及开关列车，巷道空间相当拥挤，布置和频繁移动非常困难。所以近距离供电供液的弊端日益显现出来，已不能适应减人提效、高产高效矿井发展的需要，远距离供电供液的要求日益迫切，从实际生产需要出发，设计远距离供电供液主要由此确定。近距离供电供液的弊端主要表现如下几点：
（1）开关列车距采面太近，没有躲过采动压力区，开关列车影响通风、行人、运料，不利于安全生产；
（2）开关列车工作环境差，事故多，开关列车每天外移，劳动强度大，不利于减人提效；
（5）开关列车站道布置，不利于质量达标。
２ 远距离供电供液的技术原理
根据矿井供电理论，结合该采面地质构造条件，总结以往综采工作面供电供液成功方案实施的经验，认真研究综采机械设备、电器设备的工作原理和结构特点，科学合理选择配套设备，并采取相应的措施，制定出己15-22090工作面科学合理的设计方案，确保该项目顺利完成。
２．１ 己15-22090工作面基本地质条件
己15-22090工作面位于十矿己二采区，属-320水平二轨下山，东翼第四阶段，南邻己15-22010老空区，北为己15及己1 、11-22110采空区，上部为-140水平戊四大巷。工作面有效走向，风巷 11米，机巷 30米，切眼斜长221米。工作煤层顶板标高在-210―-315米，埋深3 0-405米，地面标高+90米。工作面所采煤层为己15煤层，煤厚在2.0-2.4米之间，一般厚度在2.2米，采面己15煤层结构单一，厚度稳定，倾角较平缓，在3－10度之间，一般在1度左右。
工作面煤层直接顶为砂质泥岩，厚度在3米左右，己15煤层直接底为碳质泥岩，厚度在0.2－2.2米之间。工作面地质构造比较复杂，其影响工作面回采的断层共5条，落差在1.2米－2.0米不等。
２．２ 科学合理选择配套设备
根据该面地质构造和现有设备，经充分论证设备选型配套为：ZY2000-14/31液压支架149架；SGD- 30/320运输机；MG-132/320W采煤机；SZD-130/90转载机；WRB-200/31.5A乳化泵2泵１箱。
３ 远距离供电供液的技术原则
３.１ 安全性。在矿井供电中，工作环境特殊，必须严格按照《煤矿安全规程》的有关规定执行，确保供电安全。
３.２ 质量性。 煤矿综采工作面供电系统必须保证电压稳定,各项保护齐全,整定正确合理,确保安全生产。正常运行时电缆网路的实际电压损失必须小于或等于网路所允许的电压损失。乳化液泵的流量和压力损失应符合要求。
３.３ 经济性。一方面尽可能降低设备、材料及电缆的消耗量；另一方面，注意降低供电供液系统的电能损耗、液压能损耗及维护费用。
高动压条件下，供电供液距离并不是越远越好，为了追求距离远，而一唯地增加电缆截面、移动变压器的容量等，都是不可取的，这样会增大综合成本投入。
４ 远距离供电供液的研究与应用
４．１ 远距离供电供液的可行性
要解决近距离供电供液存在的主要问题，满足生产所需，必须搞远距离供电供液，最近几年，我国煤机行业发展迅速，技术不断进步，新设备不断出现，如电缆规格多样化，电机功率、变压器容量不断加大，运输机、采煤机、转载机生产能力不断提高，乳化液泵流量不断加大，高压管直径及耐压不断提高，使远距离供电供液在技术上成为可能，使高产高效装备综合技术水平整体提高，保证了远距离供电供液实施。
４．２ 远距离供电供液的技术方案
通过多方论证，首先确定在己15-22090工作面启动远距离供电供液方案：（１）论证该面地质条件及通风系统，确定移动泵站布置在风巷或机巷。（２）科学合理选择配套设备。（３）合理计算变压器容量进行选型。
采区的低压电气设备，都通过移变降压进行供电。所以正确选择变压器的容量，对井下安全生产和变压器经济运行起着重大影响。如果所选变压器的容量过大，那么变压器总是在轻载情况下运行，使变压器没有得到充分利用，出现大马拉小车的情况，浪费电能。另外，长期在轻载情况下运行，变压器效率低，功率因数下降。容量选的过小，将会造长大期过载，降低变压器使用寿命或造成事故，影响生产。
（４）合理计算馈电、起动器容量进行选型。
（５）根据电缆选型原则，正确计算电缆负荷电流，合理选用电缆截面。
选择电缆截面应满足以下要求：①电缆实际流过的长时工作电流必须小于或等于它所允许的负荷电流。②正常运行时电缆网路的实际电压损失必须小于或等于网路所允许的电压损失。③电缆在供电运行过程中，芯线的允许温度不超过 5℃（橡套电缆）。④离电源距离最远、容量最大的电动机起动时，应保证电动机两端电压不低于该设备所允许的最小起动电压，否则电动机将因电压过低而不能起动。根据经验，正常工作时的实际电压损失如能满足要求，一般也就能够满足电动机起动时对最小起动电压的要求，不必再进行繁琐的起动电压校验计算。⑤经常移动的用电设备、电缆还应保证有足够的机械强度。
在进行低压电缆的截面选择时，一般主要满足以上几项要求即可。但同时应考虑用电设备引入电缆的外径尺寸和短路保护装置的整定。
（６）合理整定各级保护整定值，保证供电安全稳定。
（７）选用大流量乳化液泵，保证生产所需压力及流量。
（８）选用高耐压胶管、大流量胶管，保证生产所需。
（９）验算供电系统电压损失和供液系统压力损失及流量。
①供电系统的电压损失。为保证电动机正常运行，其端电压不得低于额定电压的95%，对额定电压为1140伏的电动机而言，其最小端电压Umin应为：
Umin=1140×0.95=1083伏
总的电压损失应由三个部分组成，即变压器的电压损失，干线电缆的电压损失和支线电缆所产生的电压损失，因此井下低压电网的总的电压损失，便可按下式进行计算：
∑△U=△UB+△Ug+△Uz
通过对供电系统的变压器△UB、干线△Ug、支线△Uz电压损失计算之后，如总的电压损失小于允许电压损失，这样便可认为按允许负荷电流所选电缆截面全部满足要求。
如果供电系统的总电压损失大于允许电压损失时，则需采取以下措施：
第一、首先应考虑加大电缆截面措施，当采取加大电缆截面的措施后，必须重新计算总的电压损失，直到达到供电系统的总电压损失小于允许电压损失为止。
如果按允许电压损失计算的电缆截面过大，可选用两根电缆并联进行供电。
第二、将变压器的高压输入端改为接在-5%抽头上，这样可使变压器的二次空载电压提高5%，网路额定电压为1140伏时，变压器二次空载电压将为12 0伏，供电系统的允许电压损失将为：
△UY=12 0-1083=111伏
经过验算，变压器．干线电缆．支线电缆电压损失均符合要求。如果采用调-5%，抽头这一措施后，电网的总电压损失，仍不够满足允许电压损失的要求，那么必须采取其它措施，如移动采面变电站位置，使其靠近工作面，或采取分散负荷等。
②乳化液泵流量的验算。 泵站流量的大小决定了支架的移动速度，支架的移动速度，必须与采煤机正常的牵引速度相适应，采煤机的正常最大牵引速度应根据运输机的输送量来计算。泵站的流量还要根据支架在工作循环中需要的油缸的最大流量来确定。
MG―132/320W采煤机额定牵引速度：5.5m/min；截深：0. 3米。己组煤容重：1.311T/m?；采高：2.2米。SGD- 30/220（13SA）运输机输送量：400吨/小时
依以上条件可得采煤机的正常最大牵引速度：
ZY2000-14/31支架各千斤顶技术特征表：
经过以上计算，流量满足要求。
③乳化液泵的压力损失。矿井地质条件复杂，供液管路铺设平直效果不好，更不能理想化，依流体力学理论计算比较复杂，这里不在赘述。经过采面现场测试，实际压力损失为０.3 Mpa，能够满足需要。
（10）进行工业性试验，进一步优化方案。
通过以上措施实施，使变压器、电磁起动器、馈电及电缆科学布置，正确组合，设计出科学规范，有实用价值的远距离供电供液方案，供电供液距离由传统的250米延长到100米，解决近距离供电供液之不足，服务于十矿高产高效工作面，为十矿持续、稳定、健康、协调发展做出贡献。
４．３ 创新点
（１）开关列车已躲过采动压力区。改善了开关列车工作环境，减少事故，保证安全生产。
（2）开关列车放入硐室，增加了通风断面，利于CH4排放。减少了开关列车移动次数，减轻了工人劳动强度，提高了工效。
（3）解决了大采长工作面供电问题，有利于高产高效。有利于两巷物料、设备运输，使道路畅通利于质量达标。
5 结束语
经过我们多方论证，高动压综采工作面远距离供电供液方案，通过在己15-22090工作面工业性试验，供电设备运行良好，生产能力强，设备配备科学合理，符合煤矿安全规程规定，机电事故率为零。我们又在戊9、10-21110综采面推广，效果显著，整个供电系统机运区供电质量评价为A级标准。
通过经济效益分析,己15-22090采面由于采用远距离供电供液技术，两个月新增效益1 1.42 4万元，经济效益显著，具有推广价值。
该种方案的实施解决了综采工作面压力大、瓦斯大、顶板破碎、通风、行人、运输等问题，有利于质量达标、瓦斯管理，为建设高产高效矿井提供了技术支持，探索一条新路，其意义及价值将会逐步显现出来。
作者简介：
史延龙，男，1913年5月出生，助理工程师，2001年1月毕业于平煤职业学院机电一体化系，从事煤矿综采机电技术管理及研究工作，现任平煤股份十矿采煤区副区长
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
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发表于 2020-5-31 21:43:40
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