浅析煤矿综采工作面供电技术

2017年第6期

浅析煤矿综采工作面供电技术

白海波

(同煤集团云冈矿，山西 大同 037017)

摘 要

当前综采技术已大量应用于厚煤层的开采当中，对于供电系统提出大容量、安全可靠、方便设计维护和查找故

障等要求。论文结合工作实践，对综采工作面的供电系统的设计提出了相应的建议。关键词

煤矿 综采工作面 高压 供电技术

A doi:10.3969/j.issn.1005-2801.2017.06.045中图分类号 TD611 文献标识码

Analysis on power supply technology of fully mechanized coal mining face

Bai Hai-bo

(Datong Coal Mine Group Yungang coal Mine , Shanxi Datong 037017)

Abstract: At present, the fully mechanized mining technology has been widely used in the mining of thick coal seam, For the power supply system, large capacity, safe and reliable, convenient maintenance and troubleshooting. Based on the work practice, this paper puts forward some suggestions for the design of the power supply system of fully mechanized coal face.

Key words: coal mine fully mechanized coal face high voltage power supply technology

1 综采工作面供电系统的现状

1.1 供电负荷不断增大

随着采煤技术的发展，煤矿开采向着高效增产的方向发展，采煤设备向着重型化的方向前进，综采工作面作业长度最大采高都在不断地增加，这都促使工作设备的功率不断增大。电牵引采煤机、刮板输送机、运顺皮带机等工作面设备装机总功率达12000kW。供电负荷的增大带来一系列的连锁反应，这给供电系统造成了压力，需要做到系统的设计和优化才能解决问题。

频交流直接起动时，它的起动电流突然增大到额定电流的5~8倍。另外很多工作面因为是远距离供电，电缆末端电压降低无法满足负载正常工作要求。

（3）增加了工作面供电系统设计的难度。供电电压不变，采用大功率设备就会使得系统的电流增大，一般是通过增加电缆截面来解决这个问题，给整个系统设计安装方案造成了很大的难度。

（4） 大功率设备的增加带来了电机数量、开关数量、电缆数量的增加，这都大大增加了开采工作面的技术人员的工作量。

（5）集控系统的发展不能适应煤矿开采生产的需求。现在很多工作面都已采用数字化无人值守系统，但没有与之配套的集控系统进行管理。

1.2 综采工作面供电系统出现的新问题分析

（1）工作面用电设备数量增加，电压降大，就会影响全体设备的正常启动运行。大功率设备所需要的驱动电机数量要增加，从而增加了整个设备的故障点，降低了供电系统的安全性和稳定性。

（2）当前很多设备采用直接启动，启动时电压会有大幅度波动，导致供电网络设备的故障，影响供电连续性和稳定性。例如：某刮板输送机使用1140V供电，其额定电流为422A。当电动机通过工

2017-02-28收稿日期

作者简介 白海波（1987-），男，山西大同人，毕业于大同大学煤炭工程学院采矿工程专业，从事职业：井下掘进。

1.3 国内外供电系统现状比较分析

欧美等发达国家，上世纪70年代开始陆续对采煤设备电压进行了升级，从1000V等级提高到了5000V的等级。其供电设备也向着高度集成化和智能化的方向发展，出现了MARCO公司和EEP公司研究发集中控制系统等。我国从90年代末开始就对综采工作面进行了3300V供电系统的研究，到目前已取得了在移动变电站、组合开关、集中控制多领域的技术优势，并得到了实践的应用。

2017年第6期

2 综采工作面供电系统的要求

2.1 安全性和可靠性

采煤设备向着大功率、高可靠性、高强度的方向发展，才能实现高效增产的目标，这些都需要保持供电系统的安全性和稳定性。当前为了适应设备容量的增加，煤矿井下防爆移动变电站的容量已经可以达到6300kV A，组合开关的最大工作电流也达到了3500 A，变电站和组合开关的升级都在一定程度上保障了系统的稳定性。另外煤矿井下工作面环境比较复杂，电缆线容易出现破损的情况从而造成电气故障。这都有可能导致工作面发生重大的安全事故，造成设备的损坏以及相应的人员伤亡。

2.2 供电系统便于维护和查找故障

综采工作面的各设备是协同工作，这就要求每个设备都必须保持正常运行，有一个点出现问题就会使得整个工作面都停止工作。对于工作面供电系统的设计应该在满足负荷容量和安全可靠的前提下，需要方便进行检查维修，对于故障要能够快速地进行查找方便及时处理问题恢复生产。

3 综采工作面供电系统的发展

从2012年至今，煤矿综采工作面供电系统有了新的发展方向，下面就其发展方向进行分析。

3.1 供电电压高等级化

综采工作面的供电电压现在正向高等级发展。煤矿开采工作面电网输送能力、输送距离与电压的关系可以看公式（1）：

LU2=

（1）S×ZU式中：

S-导线的输送容量，kVA；U-电网电压，kV；

Zu-导线单位长度阻抗，Ω/km；L-导线长度，m。

通过公式可知，若线路阻抗Z=Zu×L不变，提高U可以提高输送容量S；若S和导线单位长度阻抗Zu不变，则通过提高电网电压U可以增长输送距离L。

供电电压与电压损失的关系可以通过公式（2）来表示。

∆U=K×L×P3×U×η×cosϕ （2）109式中：

K-每千米单位电流电压降；P-有功负荷，kW。

由公式（2）得知，电缆电压损失与输电电压成反比，若电缆长度、负荷不变，则通过提高电网电压U可以减少电缆电压损失。

从当前煤矿的使用情况来看，综采工作面当中大部份都使用3300V电压供电，3300V电压可以提供很好的供电稳定性和可靠性，采用的电缆截面较小，电力损失也相应的减小，供电距离增加。从以后的发展来看，综采工作面的供电电压等级会向6000V的趋势发展。

3.2 供电系统优化

以往都是利用电子元件对供电设备进行保护，由于电路因素导致保护效果不佳，还存在着很多的缺点。电子技术的发展促进了综采工作面供电设备的保护配置的完善。当前有如P IR系列智能化配置，具有强有力的保护作用，能很好地诊断故障并及时报告，还能起到联络作用。另外集中控制可以实现输送机等设备的集中控制、保护、联络的作用，以后可见控制系统的智能化也是一种趋势。

3.3 供电设备集成化

煤矿工作面环境的复杂性，供电系统的设计受到地形和巷道约束。工作负荷的增大带来的是供电设备数量的增加，这就需要对供电设备进行集成化处理，尽量少占工作面积。当前国外研究并使用了集约型的先进组合开关，优点在于保护控制设备，提高开关自动化程度。国内少数煤矿综采面使用矿用隔爆兼本质安全型负荷中心，可以起到很好的集控效果，降低故障率。

3.4 驱动方式简单化

当前“开关+电机+减速器+黏液离合器”驱动模式能实现电机软件驱动，但是比较繁琐。“开关+变频一体化电机+减速器”的新模式得到运用后，通过变频一体化设备将电机和变频驱动有机结合，优点在于体积小调速性能好。

4 结语

煤矿的开采越来越大型化，对于工作面供电设计的要求也会越来越高。当前我国煤矿综采面供电系统取得了非常大的进步，尽管同欧美先进采煤国家相比还有一定的差距，但是高电压、大容量、集

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成化控制将成为现代化煤矿发展的必然趋势。

【参考书目】

［1］ 姚武. 综采工作面供电系统的优化与设计[J]. 煤

炭与化工,2016,(11):35-37.

［2］ 马路平. 浅谈煤矿综采工作面供电系统的现状及

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（106#支架后），因此在111301工作面风巷防灭火钻场帮部施工5个顶板防灭火钻孔，钻孔控制到架后25m，煤层顶板向上20m，通过钻孔灌浆可覆盖整个工作面，以达到灌浆防灭火效果。防灭火钻孔布置参数见表1，设计见图1。

表1 钻孔布置参数表

孔号1#2#3#4#5#2-1#方位角（°）112117122128133117倾角（°）91151045设计孔深（m）81.881.281.282.283.881.2施工孔深（m）

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图1 111301工作面风巷顶板防灭火钻孔设计图

（2）钻孔全孔采用无岩芯钻进，压风或压水冷却钻具排屑法。钻孔孔径为94mm或75mm，三翼复合片或三翼刮刀钻头施工，压水排屑，无芯钻进。钻孔深度以钻孔实际返水情况（不返水或返水量变小较多）深度为准。

（3）钻孔施工至设计位置后停钻，采用压风将孔内煤岩粉冲干净，然后退出孔内所有钻具并及时下入直径不低于50mm管子，原则上钻孔内必须全程置入套管，如遇孔内岩石破碎、塌孔严重，下置

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发展[J]. 机械管理开发,2016,(6):126-127+165.

［3］ 董海生,徐发涛,韩庆晟. 综采工作面供电系统的

优化设计[J]. 矿山机械,2012,(12):116-118.

［4］ 杨治国,田建辉,乔军伟,等. 综采工作面远距离

供电设计与应用[J]. 煤炭技术,2012,(10):53-54.

有困难时以实际下置深度为准，但不能低于75m。

（4）封孔管外露不低于200mm，封孔管外壁里段自孔口向里8m处采用天固封孔袋两组（AB组份）捆扎在管壁上作为封堵挡板，自孔口向里1m处采用天固封孔袋两组（AB组份）捆扎在管壁上封堵，在孔口预埋2根Ф15×2000mm的镀锌铁管作为注浆管、预埋深度不得低于4m，首根铁管里段外段加工成筛管，钻孔封孔深度不低于6m。

2.3 定点灌浆效果分析

由图2可以看出该项技术效果显著，氧化区域CO在定点灌浆后下降明显，最后逐渐趋于稳定，取得了较好的防火灭火效果。通过此项措施，直接节约了三相发泡剂54t，降低成本106.28万元；节约碳酸氢铵、泡花碱等堵漏材料5t，降低成本约0.78万元；节约抑制采空区氧化升温材料液态二氧化碳50t，降低成本约4.69万元，累计节约成本111.74万元，

图2 111301工作面106#架色谱分析图

3 结论

此项技术措施的应用实施取得了较好的安全和经济效益，既确保了工作面回撤期间防灭火安全，又节约了防灭火材料成本，综合效益显著，为口孜东矿的综采工作面收作防灭火工作积累了宝贵的经验，同时也为重点火灾隐患区域治理提供了科学的参考，具有一定的推广价值。