近距離煤層高瓦斯工作面供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

＊?jiǎng)⑿侨A 武海天

（1.山西美錦礦業(yè)投資管理有限公司 山西 030400 2.國(guó)網(wǎng)山西省電力公司山陰縣供電公司 山西 036900）

引言

近年來(lái)隨著煤炭開(kāi)采技術(shù)的不斷發(fā)展，礦井工作面設(shè)備也在不斷革新，供電系統(tǒng)也是如此。作為煤炭開(kāi)采的動(dòng)力源泉，很多學(xué)者對(duì)供電系統(tǒng)做出了研究[1-4]。李國(guó)棟[5]為了促進(jìn)煤礦企業(yè)的健康發(fā)展，在確保供電穩(wěn)定下，滿足綜采工作面的生產(chǎn)需要。提出供電系統(tǒng)的優(yōu)化方向，可以為其他綜采工作面的開(kāi)采提供理論參考。邵振[6]為實(shí)現(xiàn)星村煤礦3306工作面的科學(xué)供電，對(duì)該工作面的供電系統(tǒng)進(jìn)行了計(jì)算和選型，確保了工作面的供電系統(tǒng)合理性和經(jīng)濟(jì)性。實(shí)踐效果表明，該供電設(shè)計(jì)方案切實(shí)可行，保障了3306工作面井下開(kāi)采的供電安全。李晉平[7]敘述了國(guó)內(nèi)煤炭企業(yè)綜采工作面供電發(fā)展現(xiàn)有狀態(tài)及發(fā)展趨勢(shì)，分析案例工程現(xiàn)實(shí)就工作面供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)提出相應(yīng)的步驟，最后指出研究綜采工作面供電設(shè)計(jì)技術(shù)的意義。程小梅[8]以振興二礦11131綜采工作面為例，介紹了綜采工作面供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)情況，闡述了綜采工作面降低供電線路電壓損失，繼電保護(hù)和接地系統(tǒng)的重要意義，對(duì)綜采工作面供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有借鑒意義。

通過(guò)論文學(xué)術(shù)檢索及教學(xué)書(shū)籍查詢，就工作面供電系統(tǒng)方面做了深入的研究與分析，作者通過(guò)對(duì)東于煤礦03100工作面供電系統(tǒng)進(jìn)行了研究，確定了03100工作面供電系統(tǒng)。

1.工作面概況

東于煤礦位于山西省東于鎮(zhèn)，生產(chǎn)規(guī)模為150萬(wàn)t/a，可采煤層有八組，目前回采03、2、4煤層。03號(hào)煤層位于山西組中上部，厚度1.6～1.9m，平均1.8m。該煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，煤層宏觀煤巖類型以光亮煤及半亮煤為主，夾有半暗煤及暗淡煤條帶，煤類為貧瘦煤；煤體結(jié)構(gòu)為原生結(jié)構(gòu)煤；03號(hào)煤下距2號(hào)煤間距平均為7m。東于煤礦2021年礦井瓦斯涌出量測(cè)定結(jié)果為高瓦斯礦井，礦井絕對(duì)瓦斯涌出量為63.71m3/min，工作面瓦斯涌出量為13.06m3/min。

03100工作面平均煤厚1.8m，煤層傾角9°～18°，走向長(zhǎng)度626m，傾斜長(zhǎng)度184m，面積為115184m2；工作面南側(cè)150m下側(cè)為4101工作面采空區(qū)，西側(cè)至地面瓦斯電站和瓦斯抽放站工廣保護(hù)煤柱線。工作面采用單一走向長(zhǎng)壁一次采全高綜合機(jī)械化采煤法，后退式回采，全部垮落法處理采空區(qū)。03100切眼東側(cè)275m處為原澤漁河煤礦03煤采空區(qū)，該礦在邊界處采掘情況不詳；北側(cè)03煤無(wú)采掘活動(dòng)。頂、底板巖性情況如表1所示。

表1 頂、底板巖性情況表

2.工作面供電設(shè)計(jì)

03100供電系統(tǒng)嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)計(jì)，符合工作面需求，滿足礦井實(shí)際。設(shè)計(jì)供電系統(tǒng)電源取自一采區(qū)變電所，采用高壓接入到工作面的供電方式見(jiàn)圖1。

圖1 工作面設(shè)備布置圖

（1）在一采區(qū)集中膠帶巷附近放置一臺(tái)1000kVA移變，電壓為1140V，為工作面的低壓輔助系統(tǒng)供電（運(yùn)料系統(tǒng)、排水系統(tǒng)等）。

（2）工作面采用三臺(tái)移變?yōu)樯a(chǎn)服務(wù)，電壓等級(jí)都為1140V，三臺(tái)移變分別為：1600kVA、630kVA與1000kVA。

（3）工作面采用的三臺(tái)移變電源統(tǒng)一由一采區(qū)變電所高防開(kāi)關(guān)饋出。

（4）工作面電纜敷設(shè)時(shí)嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)化要求，由一采區(qū)集中膠帶巷至移變高壓側(cè)。

（5）工作面供電系統(tǒng)高壓電源由一采區(qū)變電所輸出，沿一采區(qū)集中膠帶巷、03100膠帶順槽至工作面供電點(diǎn)。

（6）工作面供電系統(tǒng)三臺(tái)移變分別服務(wù)：刮板輸送機(jī)、1號(hào)乳化液泵站、1號(hào)噴霧泵；采煤機(jī)、2號(hào)乳化液泵站、2號(hào)噴霧；轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)。

（7）工作面供電系統(tǒng)移動(dòng)變電站及開(kāi)關(guān)列車隨工作面回采推進(jìn)在300m范圍內(nèi)移動(dòng)。

（8）工作面回采過(guò)程中，供電系統(tǒng)多余的高壓軟電纜按標(biāo)準(zhǔn)化要求放置于電纜車固定位置，隨供電系統(tǒng)及時(shí)移動(dòng)調(diào)整。

3.設(shè)備選型

(1)移動(dòng)變電站選型

根據(jù)《煤礦井下供配電設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T 50417—2017）公式：

式中，KX—需用系數(shù)，取0.7；

cosφpj—平均功率因數(shù)，取0.85；

Sb—變壓器需用容量，kVA；

∑pe—變壓器的負(fù)荷額定功率之和，kW。

通過(guò)計(jì)算，變壓器SbT1、SbT2與SbT3分別為：758kVA、840kVA與255kVA；選用移動(dòng)變電站如表2所示。

表2 移動(dòng)變電站主要技術(shù)參數(shù)

(2)高壓配電箱選擇

根據(jù)公式計(jì)算：

式中，Ig—長(zhǎng)時(shí)負(fù)荷電流；Ie—額定電流。

通過(guò)計(jì)算，PJG-200/10Y滿足要求。

(3)開(kāi)關(guān)選擇

①針對(duì)礦井工作面用電這一特殊用電情況，電氣設(shè)備開(kāi)關(guān)采用礦用防爆型開(kāi)關(guān)，保證礦井安全生產(chǎn)。②工作面供電系統(tǒng)專列控制開(kāi)關(guān)選用1140V組合開(kāi)關(guān)直供。③工作面供電系統(tǒng)低壓系統(tǒng)選擇KBZ型和QBZ系列開(kāi)關(guān)。④工作面供電系統(tǒng)中照明和信號(hào)系統(tǒng)控制設(shè)備選擇照明綜合保護(hù)器。

高、低壓電纜的選擇和校驗(yàn)見(jiàn)表3。

表3 礦用電纜長(zhǎng)時(shí)允許電流一覽表

4.監(jiān)控電源及接地系統(tǒng)

(1)監(jiān)控電源

監(jiān)控電源取自一采區(qū)變電所3號(hào)變壓器KBSG-630/10/660V二次電源，電纜選用MYP-3×4+1×4礦用阻燃電纜，斷電開(kāi)關(guān)為三采區(qū)臨時(shí)變電所1-3、2-3號(hào)高壓配電裝置，斷電范圍為03100工作面所有動(dòng)力電源。

(2)接地系統(tǒng)

根椐《煤礦安全規(guī)程》第616條規(guī)定：無(wú)低壓配電點(diǎn)的采煤機(jī)工作面的運(yùn)輸巷、回風(fēng)巷、集中運(yùn)輸巷（膠帶運(yùn)輸巷）及由變電所單獨(dú)供電的掘進(jìn)工作面，至少應(yīng)分別設(shè)置一個(gè)接地極[9]。

5.整定保護(hù)計(jì)算

(1)高壓配電箱整定保護(hù)

根據(jù)公式：

式中，Iz—過(guò)載保護(hù)電流；

Ie—額定電流。

①1-3（PBG-200/10Y）

計(jì)算過(guò)載保護(hù)電流：140.8A，取150A；時(shí)限：0.5S。

計(jì)算短路保護(hù)定值：1126.4A，取1200A。

②2-3（PBG-200/10Y）

計(jì)算過(guò)載保護(hù)電流：101.2A，取120A，時(shí)限： 0.5S。

計(jì)算短路保護(hù)定值：809.6A，取900A。

(2)移變開(kāi)關(guān)箱整定保護(hù)

根據(jù)公式：

①T

1（KBSGZY-1600/10/1.2）

計(jì)算過(guò)載保護(hù)電流：100.32A。

計(jì)算短路保護(hù)定值：802.56A。

②T2（KBSGZY-1600/10/1.2）

計(jì)算過(guò)載保護(hù)電流：63.47A。

計(jì)算短路保護(hù)定值：509.92A。

③T3（KBSGZY-630/10/1.2）

計(jì)算過(guò)載保護(hù)電流：39.6A。

計(jì)算短路保護(hù)定值：316.8A。

移動(dòng)變電站高壓開(kāi)關(guān)箱保護(hù)。

(3)啟動(dòng)器整定保護(hù)

根據(jù)公式：

①Q(mào)JZ-2400（1#八組合開(kāi)關(guān)）

采煤機(jī)計(jì)算過(guò)載保護(hù)電流：312A。

運(yùn)輸機(jī)高計(jì)算過(guò)載保護(hù)電流：260A。

運(yùn)輸機(jī)低計(jì)算過(guò)載保護(hù)電流：130A。

乳化泵計(jì)算過(guò)載保護(hù)電流：130A。

噴霧泵計(jì)算過(guò)載保護(hù)電流：50A。

②QJZ-2400（2#八組合開(kāi)關(guān)）

破碎機(jī)計(jì)算過(guò)載保護(hù)電流：130A。

轉(zhuǎn)載機(jī)高計(jì)算過(guò)載保護(hù)電流：200A。

運(yùn)輸機(jī)低計(jì)算過(guò)載保護(hù)電流：110A。

乳化泵計(jì)算過(guò)載保護(hù)電流：130A。

噴霧泵計(jì)算過(guò)載保護(hù)電流：50A。

6.供電管理要求

（1）工作面供電系統(tǒng)中電纜接頭壓線處必須去掉屏蔽層，以防誤接地。

（2）工作面供電系統(tǒng)中電纜接地要良好地接在設(shè)備內(nèi)部接地螺栓上，不得兼作他用。

（3）工作面供電系統(tǒng)電器設(shè)備安裝完成后，必須由專人做漏電試驗(yàn)，對(duì)于試驗(yàn)過(guò)程等信息登記存檔。

（4）工作面供電系統(tǒng)中外露的轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備，必須采用專門的措施（加裝護(hù)罩或柵欄）進(jìn)行防護(hù)。

（5）工作面供電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)放置過(guò)程中必須符合礦井標(biāo)準(zhǔn)化要求，統(tǒng)一上架，并將電纜管線盤放整齊。

（6）工作面供電系統(tǒng)中在連接電纜時(shí)，必須使用相符合的隔爆型接線盒。

（7）工作面供電系統(tǒng)中各設(shè)備主件、配件等必須靈敏可用，并且由機(jī)電部門定期檢查，對(duì)于失效、破損等及時(shí)更換。

（8）工作面供電系統(tǒng)中儀表顯示器、信號(hào)標(biāo)識(shí)器及指示牌板等必須保證清晰可讀、干凈整潔，有問(wèn)題的及時(shí)更換。

7.總結(jié)

（1）近距離高瓦斯工作面供電系統(tǒng)這一科學(xué)問(wèn)題受到了廣大學(xué)者研究，研究成果得到了廣泛應(yīng)用。

（2）針對(duì)東于煤業(yè)03100工作面供電系統(tǒng)，文章提出了供電設(shè)計(jì)，做出了設(shè)備選型，同時(shí)就系統(tǒng)其他附屬設(shè)備提出了明確要求，也對(duì)供電管理做出了具體要求。