煤礦智能化工作面遠程供電配套技術探究

吳廣平 謝國正

摘要：對煤礦井下智能化工作面實施遠程供電技術是保證智能化工作面高效穩定運行的基礎條件。從工作面系統功能進行設計，對供電進行分析，給出煤礦智能化工作面遠程供電配套技術方案，有效保障智能化開采有效運行。

關鍵詞：煤礦、智能化工作面、遠程供電、技術

引言

在煤礦企業的高質量發展中，智能化技術的應用越來越普遍。通過提高煤礦開采裝備的自動化和智能化水平，實現少人化、安全化、高效化、經濟化的生產運營目標。對智能化工作面遠程供電供技術進行研究十分必要。

1自動化工作面供電系統現狀

自動化工作面的設備數量多，設備列車長，人工作業率高，影響開采效率。隨著煤礦生產能力提高，設備功率在增大，巷道底板的壓力增大，容易引起巷道底板破壞和巷道變形，降低采煤工作面生產安全性。節能變頻設備的應用中會產生變頻諧波，對通信設備、控制設備造成信號干擾，設備密集的時候更加明顯，存在安全隱患。功率大的設備體積較大，加上設備數量多，導致巷道通風阻力增大。設備體積大需要增加巷道截面，增加了施工成本。而且，在煤礦開采中，供電設備和工作面推進配合度弱，影響開采效率。

2智能化工作面遠程供電配套原則

一是考慮重載運行工況，供電系統正常運行的實際電壓損失應小于工作面設備電壓偏差允許值。通過對遠程供電電壓進行合理設計，對移動變壓器、電纜進行合理選型，滿足電動機電壓要求。

二是遠程供電系統應考慮到成本經濟性。盡量減少設備數量、電纜數量和電纜直徑，電壓采用變頻供電方式，提高功率系數，降低運行成本。

三是選擇合理的管路設備，對泵站的輸出壓力進行優化設計，滿足支架大流量以及移架、拉架需求。對遠程供液壓力損失進行考量，滿足液壓支架最小供液壓力要求。

3智能化工作面遠程供電配套設計

工作面設備數量多，通過變頻器和組合開關進行配電。就近供液時，采用就近供電方式，減少巷道電纜數量。

對工作面設備進行供電電壓設計，確保設備啟動電壓損失和正常運行電壓損失滿足運行需求。

對工業流量、液壓損失進行計算，保證壓降達到支架端最小壓力，合理選擇管徑，滿足大流量和快速移架要求。

4智能化工作面遠程供電設計與應用

4.1采煤機供電線路電壓損失校驗

4.1.1正常運行時電壓損失校驗

① 移動變電站電壓損失計算

② 干線電壓損失計算

干線長時工作電流，干線選擇1根MYPT-1.9/3.3?3×95+3×50/3型電纜，長度約30米。查“電流矩表”知，該電纜在正常工作時K=0.42，因此計算如下：

③ 支線電壓損失計算

支線長時負荷電流，支線電纜MCPT-1.9/3.3?3×70+1×35+7×4，長度約400米。查“電流矩表”知，該電纜在正常工作時K=0.56，因此計算如下：

④ 校驗結果

采煤機線路正常運行時總的電壓損失計算如下：

4.1.2起動時電壓損失校驗

根據工作面設備逆煤流起動的順序，順槽膠帶輸送機→破碎機→轉載機→工作面刮板機→采煤機。因此，采煤機起動時線路電壓損失包括其它正常運行時的電壓損失和采煤機起動瞬間6～8倍額定電流下的電壓損失。

采煤機、轉載機和破碎機各設備額定電流（或長時負荷電流）如下：

采煤機P=925kW、Ue=3300V、Ia=123A;

刮板輸送機P=525/263kW、Ue=3300V、Ie=115/80A;

轉載機P=250/125kW、Ue=3300V、Ie=54/37A;

破碎機P=200kW、Ue=3300V、Ie=50A;

① 移動變電站電壓損失計算

② 干線電壓損失計算

干線選擇1根MYPT-1.9/3.3?3×95+3×50/3型電纜，長度約30米。查“電流矩表”知，該電纜在正常工作時K=0.42，起動瞬間K=0.26。因此計算如下：

③ 支線電壓損失計算

支線電纜MCPT-1.9/3.3?3×70+1×35+7×4，長度約400米。查“電流矩表”知，該電纜在起動瞬間K=0.32。因此計算如下：

④ 校驗結果

采煤機線路起動瞬間總的電壓降計算如下：

4.2轉載機供電線路電壓損失校驗

4.2.1正常運行時電壓損失校驗

① 移動變電站電壓損失計算

② 干線電壓損失計算

干線長時工作電流，干線選擇1根MYPT-1.9/3.3?3×95+3×50/3型電纜，長度約30米。查“電流矩表”知，該電纜在正常工作時K=0.42，因此計算如下：

③ 支線電壓損失計算

轉載機P=250/125kW、Ue=3300V、Ie=54/37A。支線高速電纜MCP-1.9/3.3?3×35+1×16+4×4，長度約120米。查“電流矩表”知，該電纜在正常工作時K=1，因此計算如下：

④ 校驗結果

轉載機供電線路正常運行時總的電壓損失計算如下：

明顯：正常運行時電壓損失滿足要求。

4.2.2起動時電壓損失校驗

工作面設備逆煤流起動的順序，順槽膠帶輸送機→破碎機→轉載機→工作面刮板機。轉載機選用的是雙速電機，高低速額定電流為54/37，低速起動瞬間電流為額定電流的6～8，在此計算中取6倍。

① 移動變電站電壓損失計算

② 干線電壓損失計算

干線選擇1根MYPT-1.9/3.3?3×95+3×50/3型電纜，長度約30米。查“電流矩表”知，該電纜在正常工作時K=0.42，起動瞬間K=0.26。因此計算如下：

③ 支線電壓損失計算

支線低速電纜MCP-1.9/3.3?3×35+1×16+4×4，長度約120米。查“電流矩表”知，該電纜在起動瞬間K=0.52，因此計算如下：

④ 校驗結果

轉載機供電線路起動瞬間總的電壓降計算如下：

4.3 破碎機供電線路電壓損失校驗

4.3.1正常運行時電壓損失校驗

① 移動變電站電壓損失計算

② 干線電壓損失計算

干線長時工作電流，干線選擇1根MYPT-1.9/3.3?3×95+3×50/3型電纜，長度約30米。查“電流矩表”知，該電纜在正常工作時K=0.42，因此計算如下：

③ 支線電壓損失計算

破碎機P=200kW、Ue=3300V、Ie=50A。支線電纜MCP-1.9/3.3?3×35+1×16+4×4，長度約120米。查“電流矩表”知，該電纜在正常工作時K=1，因此計算如下：

④ 校驗結果

破碎機供電線路正常運行時總的電壓損失計算如下：

5.3.2起動時電壓損失校驗

① 移動變電站電壓損失計算

② 干線電壓損失計算

干線選擇1根MYPT-1.9/3.3?3×95+3×50/3型電纜，長度約30米。查“電流矩表”知，該電纜在正常工作時K=0.42，起動瞬間K=0.26。因此計算如下：

③ 支線電壓損失計算

支線電纜MCP-1.9/3.3?3×35+1×16+4×4，長度約120米。查“電流矩表”知，該電纜在起動瞬間K=0.52，因此計算如下：

④ 校驗結果

破碎機供電線路起動瞬間總的電壓降計算如下：

4.4刮板運輸機供電線路電壓損失校驗

該組供電網絡中，刮板運輸機機機尾電機供電距離最遠，當電動機起動時在電纜中有較大電壓損失，因此該電網中只需校驗刮板運輸機機機尾電機的起動電壓是否滿足要求即可。

4.4.1正常運行時電壓損失校驗

① 移動變電站電壓損失計算

② 干線電壓損失計算

干線長時工作電流，干線選擇1根MYPT-1.9/3.3?3×95+3×50/3型電纜，長度約30米。查“電流矩表”知，該電纜在正常工作時K=0.42，因此計算如下：

③ 支線電壓損失計算

支線高速電纜MCP-1.9/3.3?3×50+1×25+4×4，長度約400米。查“電流矩表”知，該電纜在正常工作時K=0.75，因此計算如下：

④ 校驗結果

刮板輸送機機尾電機供電線路正常運行時總的電壓損失計算如下：

4.4.2起動時電壓損失校驗

按最大可能出現的負荷計算，此時刮板輸送機機頭電機已起動完成。

① 移動變電站電壓損失計算

② 干線電壓損失計算

干線選擇1根MYPT-1.9/3.3?3×95+3×50/3型電纜，長度約30米。查“電流矩表”知，該電纜在正常工作時K=0.42，起動瞬間K=0.26。因此計算如下：

③ 支線電壓損失計算

支線低速電纜MCP-1.9/3.3?3×35+1×16+4×4，長度約400米。查“電流矩表”知，該電纜在起動瞬間K=0.52，因此計算如下：

④ 校驗結果

刮板輸送機機尾電機供電線路起動瞬間總的電壓降計算如下：

4.5乳化液泵站電機供電線路電壓損失校驗

4.5.1正常運行時電壓損失校驗

① 移動變電站電壓損失計算

② 干線電壓損失計算

干線長時負荷電流，干線選擇2根MYP-0.66/1.14?3×95+1×25型電纜，每根長度約30米。查“電流矩表”知，該電纜在正常工作時K=0.42，因此計算如下：

③ 支線電壓損失計算

支線長時負荷電流，支線電纜MCP-0.66/1.14?3×70+1×16+4×4，長度約30米。查“電流矩表”知，該電纜在正常工作時K=0.56，因此計算如下：

④ 校驗結果

乳化液泵電機供電線路正常運行時總的電壓損失計算如下：

4.5.2起動時電壓損失校驗

① 移動變電站電壓損失計算

② 干線電壓損失計算

干線選擇2根MYP-0.66/1.14?3×95+1×25型電纜，每根長度約30米。查“電流矩表”知，該電纜在正常工作時K=0.42，起動瞬間K=0.26。因此計算如下：

③ 支線電壓損失計算

支線電纜MCP-0.66/1.14?3×70+1×16+4×4，長度約30米。查“電流矩表”知，起動瞬間K=0.32，因此計算如下：

④ 校驗結果

乳化液泵電機供電線路起動瞬間總的電壓降計算如下：

明顯：乳化液泵電機起動時線路總的電壓降滿足要求。

4.6噴霧泵站電機供電線路電壓損失校驗

噴霧泵站電機供電線路與乳化液泵站電機供電線路相同，且噴霧泵站電機功率小于乳化液泵站電機功率，在此不再重復校驗。

4.7膠帶輸送機電機供電線路電壓損失校驗

4.7.1正常運行時電壓損失校驗

① 移動變電站電壓損失計算

② 干線電壓損失計算

干線長時負荷電流，干線選擇2根MYP-0.66/1.14?3×95+1×25型電纜，每根長度約20米。查“電流矩表”知，該電纜在正常工作時K=0.42，因此計算如下：

③ 支線電壓損失計算

皮帶機電機P=315kW、Ue=1140V、Ie=195A。支線電纜MCP-0.66/1.14?3×95+1×25+4×4，長度約20米。查“電流矩表”知，該電纜在正常工作時K=0.42，因此計算如下：

④ 校驗結果

帶式輸送機驅動電機供電線路正常運行時總的電壓損失計算如下：

明顯：，正常運行時電壓損失滿足要求。

4.7.2起動時電壓損失校驗

① 移動變電站電壓損失計算：

② 干線電壓損失計算：

2根干線電纜MYP-0.66/1.14?3×95+1×25，每根長度約20米。查“電流矩表”知，正常運行時K=0.42，起動瞬間K=0.26。因此計算如下：

③ 支線電壓損失計算：

支線電纜MCP-0.66/1.14?3×95+1×25+4×4，長度約20米。查“電流矩表”知，該電纜在起動瞬間K=0.26，因此計算如下：

④ 校驗結果

膠帶輸送機驅動電機供電線路起動瞬間總的電壓降計算如下：

明顯：，膠帶輸送機起動時線路總的電壓降滿足要求。

5結語

煤礦智能化工作面采用遠程供電方式，使巷道供電設備遠離采區，避免了設備頻繁移動，提高了巷道自動化推進程度，同時避免了設備體積大給巷道底板帶來的壓力，改善了巷道通風效果，實現了開采安全，保障了開采效率。

參考文獻

[1]王國法.綜采自動化智能化無人化成套技術與裝備發展方向[J].煤炭科學技術，2014，42（9）：30.

[2]田游.基于Linux系統的采煤機調速主控系統設計[J].煤炭技術，2017，36（8）：252-254.

[3]王潤平.煤礦生產自動控制系統探析[J].石化技術，2019，26（8）：338-338，341.

[4]楊波，吳寧.大采高智能化采煤控制技術在黃陵二號煤礦的應用[J].陜西煤炭，2019，38（06）：103-106.

[5]徐嘯，李加春，趙娟，蔣亞奇，張東岳.永磁同步變頻一體機研究與應用[J].煤礦機械，2021，42（03）：149-151.

[6]史曉帆.高壓變頻一體機在煤礦刮板輸送機上的應用[J].能源技術與管理，2020，45（01）：142-144.

作者簡介：吳廣平（1984-），男，陜西寶雞人，漢族，助理工程師，畢業于西北工業大學，本科，現在陜西黃陵二號煤礦有限公司礦機電部科員，從事綜采技術管理工作。