近距離煤層高瓦斯工作面供電系統設計及應用

＊劉星華 武海天

（1.山西美錦礦業投資管理有限公司 山西 030400 2.國網山西省電力公司山陰縣供電公司 山西 036900）

引言

近年來隨著煤炭開采技術的不斷發展，礦井工作面設備也在不斷革新，供電系統也是如此。作為煤炭開采的動力源泉，很多學者對供電系統做出了研究[1-4]。李國棟[5]為了促進煤礦企業的健康發展，在確保供電穩定下，滿足綜采工作面的生產需要。提出供電系統的優化方向，可以為其他綜采工作面的開采提供理論參考。邵振[6]為實現星村煤礦3306工作面的科學供電，對該工作面的供電系統進行了計算和選型，確保了工作面的供電系統合理性和經濟性。實踐效果表明，該供電設計方案切實可行，保障了3306工作面井下開采的供電安全。李晉平[7]敘述了國內煤炭企業綜采工作面供電發展現有狀態及發展趨勢，分析案例工程現實就工作面供電系統設計提出相應的步驟，最后指出研究綜采工作面供電設計技術的意義。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設計情況，闡述了綜采工作面降低供電線路電壓損失，繼電保護和接地系統的重要意義，對綜采工作面供電系統設計具有借鑒意義。

通過論文學術檢索及教學書籍查詢，就工作面供電系統方面做了深入的研究與分析，作者通過對東于煤礦03100工作面供電系統進行了研究，確定了03100工作面供電系統。

1.工作面概況

東于煤礦位于山西省東于鎮，生產規模為150萬t/a，可采煤層有八組，目前回采03、2、4煤層。03號煤層位于山西組中上部，厚度1.6～1.9m，平均1.8m。該煤層結構簡單，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；煤體結構為原生結構煤；03號煤下距2號煤間距平均為7m。東于煤礦2021年礦井瓦斯涌出量測定結果為高瓦斯礦井，礦井絕對瓦斯涌出量為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°，走向長度626m，傾斜長度184m，面積為115184m2；工作面南側150m下側為4101工作面采空區，西側至地面瓦斯電站和瓦斯抽放站工廣保護煤柱線。工作面采用單一走向長壁一次采全高綜合機械化采煤法，后退式回采，全部垮落法處理采空區。03100切眼東側275m處為原澤漁河煤礦03煤采空區，該礦在邊界處采掘情況不詳；北側03煤無采掘活動。頂、底板巖性情況如表1所示。

表1 頂、底板巖性情況表

2.工作面供電設計

03100供電系統嚴格按照相關標準要求設計，符合工作面需求，滿足礦井實際。設計供電系統電源取自一采區變電所，采用高壓接入到工作面的供電方式見圖1。

圖1 工作面設備布置圖

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

（2）工作面采用三臺移變為生產服務，電壓等級都為1140V，三臺移變分別為：1600kVA、630kVA與1000kVA。

（3）工作面采用的三臺移變電源統一由一采區變電所高防開關饋出。

（4）工作面電纜敷設時嚴格按照標準化要求，由一采區集中膠帶巷至移變高壓側。

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

（6）工作面供電系統三臺移變分別服務：刮板輸送機、1號乳化液泵站、1號噴霧泵；采煤機、2號乳化液泵站、2號噴霧；轉載機、破碎機。

（7）工作面供電系統移動變電站及開關列車隨工作面回采推進在300m范圍內移動。

（8）工作面回采過程中，供電系統多余的高壓軟電纜按標準化要求放置于電纜車固定位置，隨供電系統及時移動調整。

3.設備選型

(1)移動變電站選型

根據《煤礦井下供配電設計規范》（GB/T 50417—2017）公式：

式中，KX—需用系數，取0.7；

cosφpj—平均功率因數，取0.85；

Sb—變壓器需用容量，kVA；

∑pe—變壓器的負荷額定功率之和，kW。

通過計算，變壓器SbT1、SbT2與SbT3分別為：758kVA、840kVA與255kVA；選用移動變電站如表2所示。

表2 移動變電站主要技術參數

(2)高壓配電箱選擇

根據公式計算：

式中，Ig—長時負荷電流；Ie—額定電流。

通過計算，PJG-200/10Y滿足要求。

(3)開關選擇

①針對礦井工作面用電這一特殊用電情況，電氣設備開關采用礦用防爆型開關，保證礦井安全生產。②工作面供電系統專列控制開關選用1140V組合開關直供。③工作面供電系統低壓系統選擇KBZ型和QBZ系列開關。④工作面供電系統中照明和信號系統控制設備選擇照明綜合保護器。

高、低壓電纜的選擇和校驗見表3。

表3 礦用電纜長時允許電流一覽表

4.監控電源及接地系統

(1)監控電源

監控電源取自一采區變電所3號變壓器KBSG-630/10/660V二次電源，電纜選用MYP-3×4+1×4礦用阻燃電纜，斷電開關為三采區臨時變電所1-3、2-3號高壓配電裝置，斷電范圍為03100工作面所有動力電源。

(2)接地系統

根椐《煤礦安全規程》第616條規定：無低壓配電點的采煤機工作面的運輸巷、回風巷、集中運輸巷（膠帶運輸巷）及由變電所單獨供電的掘進工作面，至少應分別設置一個接地極[9]。

5.整定保護計算

(1)高壓配電箱整定保護

根據公式：

式中，Iz—過載保護電流；

Ie—額定電流。

①1-3（PBG-200/10Y）

計算過載保護電流：140.8A，取150A；時限：0.5S。

計算短路保護定值：1126.4A，取1200A。

②2-3（PBG-200/10Y）

計算過載保護電流：101.2A，取120A，時限： 0.5S。

計算短路保護定值：809.6A，取900A。

(2)移變開關箱整定保護

根據公式：

①T

1（KBSGZY-1600/10/1.2）

計算過載保護電流：100.32A。

計算短路保護定值：802.56A。

②T2（KBSGZY-1600/10/1.2）

計算過載保護電流：63.47A。

計算短路保護定值：509.92A。

③T3（KBSGZY-630/10/1.2）

計算過載保護電流：39.6A。

計算短路保護定值：316.8A。

移動變電站高壓開關箱保護。

(3)啟動器整定保護

根據公式：

①QJZ-2400（1#八組合開關）

采煤機計算過載保護電流：312A。

運輸機高計算過載保護電流：260A。

運輸機低計算過載保護電流：130A。

乳化泵計算過載保護電流：130A。

噴霧泵計算過載保護電流：50A。

②QJZ-2400（2#八組合開關）

破碎機計算過載保護電流：130A。

轉載機高計算過載保護電流：200A。

運輸機低計算過載保護電流：110A。

乳化泵計算過載保護電流：130A。

噴霧泵計算過載保護電流：50A。

6.供電管理要求

（1）工作面供電系統中電纜接頭壓線處必須去掉屏蔽層，以防誤接地。

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

（3）工作面供電系統電器設備安裝完成后，必須由專人做漏電試驗，對于試驗過程等信息登記存檔。

（4）工作面供電系統中外露的轉動設備，必須采用專門的措施（加裝護罩或柵欄）進行防護。

（5）工作面供電系統開關放置過程中必須符合礦井標準化要求，統一上架，并將電纜管線盤放整齊。

（6）工作面供電系統中在連接電纜時，必須使用相符合的隔爆型接線盒。

（7）工作面供電系統中各設備主件、配件等必須靈敏可用，并且由機電部門定期檢查，對于失效、破損等及時更換。

（8）工作面供電系統中儀表顯示器、信號標識器及指示牌板等必須保證清晰可讀、干凈整潔，有問題的及時更換。

7.總結

（1）近距離高瓦斯工作面供電系統這一科學問題受到了廣大學者研究，研究成果得到了廣泛應用。

（2）針對東于煤業03100工作面供電系統，文章提出了供電設計，做出了設備選型，同時就系統其他附屬設備提出了明確要求，也對供電管理做出了具體要求。