徐仁亞，陳守明

(兗州煤業(yè)股份有限公司東灘煤礦，山東鄒城273512)

綜采 (放)工作面供電、供液模式的探索與創(chuàng)新

徐仁亞，陳守明

(兗州煤業(yè)股份有限公司東灘煤礦，山東鄒城273512)

Exploration and Innovation of Power Supply and Liquid Feed Mode in Full-mechanized Mining and Caving Face

隨著綜采 (放)工作面設(shè)備的大型化，傳統(tǒng)的工作面供電、供液模式已逐漸不能適應(yīng)工作面裝備的需要。根據(jù)綜采 (放)工作面供電、供液的基本模式與技術(shù)發(fā)展方向，結(jié)合東灘煤礦供液、供電的實際應(yīng)用情況，提出了長距離供電、供液技術(shù)模式，并分析了該模式和傳統(tǒng)模式相對比的優(yōu)勢與特點。該技術(shù)在東灘煤礦得到了成功應(yīng)用，取得了良好的效果。

綜采(放)工作面;長距離;供電;供液

近年來，綜采工作面裝備大型化趨勢明顯，導致裝機功率不斷增大，電站設(shè)備不斷增加，使得移動電站列車系統(tǒng)日趨復雜，設(shè)備散發(fā)出大量熱量，惡化工作面環(huán)境。電站處在動壓區(qū)，大量占用巷道空間，嚴重影響支護強度。在煤層埋藏深、礦壓大的礦區(qū)，巷道底鼓、設(shè)備列車拉移困難、兩幫收縮變形嚴重、行人通道寬度難以保證，不但制約煤礦正常生產(chǎn)，而且嚴重威脅煤礦安全形勢。使用移動電站列車進行集中供電、供液的單一模式逐漸顯現(xiàn)出不足。

為了能夠有效地解決這一問題，保證礦井的正常生產(chǎn)，根據(jù)東灘煤礦的礦井條件，對綜采 (放)工作面供電、供液模式進行了必要的探索和創(chuàng)新，形成了適應(yīng)復雜條件綜放開采的長距離供電、供液新模式。

1 傳統(tǒng)供電、供液模式及特點

1.1 移動電站列車模式

移動電站列車模式將變壓器、各種泵站、高防開關(guān)等設(shè)備集中布置在綜采 (放)工作面軌道巷，就近為工作面供電、供液、供水。

移動電站列車模式主要特點是:設(shè)備集中布置，易于管理，維護方便;供電距離短，特別是對于1140V以下供電，可以有效減少電壓降;供液距離短、減小了工作面的供液膠管沿程阻力損失，降低了對液壓系統(tǒng)供液壓力的要求。

1.2 移動電站列車與長距離供液混合模式

混合模式將高防、變壓器、巷道控制開關(guān)等電器設(shè)備集中于軌道巷為工作面供電。將乳化液泵站和清水泵站固定放置在巷道外端，長距離向工作面供液。

混合模式主要特點是:減少了移動電站列車的設(shè)備數(shù)量，可以有效避免電站列車在移動過程中出現(xiàn)翻車、掉道等事故;避免了長距離供電造成的電壓損失，減少了電能的線路損耗;在采用雙巷掘進的工作面，能夠較好地實現(xiàn)機軌合一。

2 長距離供電、供液模式及特點

長距離供電、供液模式將高防、變壓器、乳化液泵站和清水泵站等設(shè)備固定放置在工作面巷道外端，將采煤機、前后部刮板輸送機、轉(zhuǎn)載機等設(shè)備的巷道控制開關(guān)放置在膠帶輸送機機尾處，同機尾一起自移，長距離向工作面供電、供液。

長距離供電、供液模式主要特點是:適應(yīng)能力強，特別是在復雜地質(zhì)條件下，使設(shè)備列車遠離工作面，有利于在巷道超前壓力較大的礦井應(yīng)用;安全性能高，可以避免在拉移電站列車過程中發(fā)生翻車、掉道等事故;散熱效果好，降低了移動電站列車的變壓器、電動機散發(fā)的熱量對工作面溫度的影響，有效降低工作面溫度3～5℃;在采用U型布置的工作面也能夠較好地實現(xiàn)機軌合一。

長距離供電、供液是一種新型模式，其適用條件:供電電壓為3300V，供電距離小于1700m;乳化液供液采用大直徑橡膠軟管或鋼管，供液管路直徑必須大于DN50，供液距離小于3000m，并采取必要的增壓措施;采煤機、前后部刮板輸送機、轉(zhuǎn)載機等設(shè)備的巷道控制開關(guān)必須對電壓波動具有較強的適應(yīng)能力，一般為額定電壓的±15%。

3 長距離供電、供液系統(tǒng)的設(shè)計與計算

長距離供電、供液系統(tǒng)2007年10月開始在東灘煤礦初步試驗，截至2011年底，已在1303，1304，1305三個綜放工作面應(yīng)用，取得了良好的效果。下面結(jié)合東灘煤礦1305綜放工作面的實際設(shè)計進行介紹。

3.1 長距離供電

1305綜放工作面巷道走向長度約為2800m，長距離供電、供液系統(tǒng)采取分段接續(xù)的方式，變壓器至巷道組合開關(guān)的最大供電距離為1400m，至最遠電動機的距離為1700m。主要供電設(shè)備為采煤機、前后部刮板輸送機、轉(zhuǎn)載機、破碎機，總功率為5379kW。選擇1臺KBSGZY－3150/6/3.4和2臺KBSGZY－2500/6/3.4變壓器供電，通過3路MYPTJ－6 3×120+1×35型電纜為工作面設(shè)備進行交叉供電。

3.1.1 正常工作時允許的電壓損失校驗

對于3300V電網(wǎng)，根據(jù)《煤礦電工手冊》規(guī)定，允許的電壓損失為:

式中，ΔUy為允許的電壓損失。

式中，ΔU為整個低壓電網(wǎng)的電壓損失，V;ΔUz為支線電纜的電壓損失，V;Pe為額定功率，kW; Ue為額定電壓，kV;ΔUg為干線電纜的電壓損失，V;ΔUb為變壓器的電壓損失，V;Kf為負荷系數(shù)(0.8);η為電動機效率 (95%);Lz為支線電纜的長度，m;Sz為支線電纜的截面積，mm2;Lg為干線電纜的長度，m;Sg為干線電纜的截面積，mm2;D為銅芯電纜的電導率，m/(Ω·mm2) (取42.5);Iqb為變壓器的負荷電流，A;Rb，Xb為變壓器折算到二次側(cè)每相電阻與電抗， (Rb= 0.0236，Xb=0.2587);cos為功率系數(shù)，綜采取0.7，sin根據(jù)cos換算可得，0.714。

根據(jù)各設(shè)備的功率參數(shù)，分別帶入式 (3)～(5)進行驗算求出電壓損失。

轉(zhuǎn)載機采用雙速電機，其電纜的電壓損失分為高速和低速2種，分別帶入式(3)。

高速時:ΔUz=0.8×700×50×1000/(3300× 42.5×70×0.95)=3(V)

低速時:ΔUz=0.8×350×50×1000/(3300× 42.5×50×0.95)=2.1(V)

前部、后部刮板輸送機采用雙速電機，其電纜的電壓損失，分別帶入式(3)。

高速時:ΔUz=0.8×700×310×1000/(3300× 42.5×70×0.95)=18.6(V)

低速時:ΔUz=0.8×350×310×1000/(3300× 42.5×50×0.95)=13(V)

故以后部輸送機高速電纜的電壓損失ΔUz= 18.6V進行計算。

干線電纜的電壓損失，帶入式(4)得:

變壓器的電壓損失，帶入式(5)得:

總電壓損失:

故滿足要求。

3.1.2 實際運行情況

工作面生產(chǎn)期間，設(shè)備運行電壓保持在2700～3200V之間，未出現(xiàn)因欠壓造成的設(shè)備運行故障。工作面出現(xiàn)的主要問題是由于后部放煤量過大或采煤機截割速度過快造成的設(shè)備過載。實踐證明，通過優(yōu)化設(shè)計，長距離供電系統(tǒng)能夠較好地保證工作面的正常生產(chǎn)。

3.2 長距離供液

泵站選用BRW315/31.5型乳化液泵和RX2000型乳化液箱，該泵流量為315L/min，額定壓力為31.5MPa，電機功率200kW，液箱容積2000L。泵站至支架的供液距離為1300m。

3.2.1 供液壓力損失計算

工作面供液過程中壓力損失主要表現(xiàn)為高壓膠管的沿程壓力損失，沿程壓力的計算公式如下:

式中，λ為沿程阻力系數(shù)，是雷諾數(shù)Re和相對粗糙度Δ/d的函數(shù);d為高壓膠管的內(nèi)徑，mm;L為高壓膠管的供液長度，m;ρ為乳化液密度，kg/ m3;υ為管內(nèi)平均流速，m/s。

供液距離L為1300m，采用DN50型高壓膠管，管路直徑d為50mm，乳化液的密度為990～1000kg/m3

BRW315/31.5型乳化液泵的公稱流量為315L/min，通過DN50高壓膠管為工作面供液，則管路內(nèi)的最大流速:

對于膠管內(nèi)流動的乳化液，

式中，υ為管內(nèi)的平均流速，m/s;d為圓管的內(nèi)徑，m;V為流體的運動粘度，取6mm2/s;Rec為下臨界雷諾數(shù)，一般取2000～2300。

采用勃拉修斯經(jīng)驗公式進行計算，λ=0.3164 ·Re－0.25=0.3164×22250－0.25≈0.026

根據(jù)以上計算結(jié)果，供液壓力為

因此工作面供液壓力差在允許范圍內(nèi)。

3.2.2 實際應(yīng)用情況

工作面實際供液壓力末端壓力損失一般為2～3MPa。這主要是由于工作面實際用液量小于乳化泵的工作能力，管內(nèi)平均流速小于理論最大流速。

4 長距離供電、供液系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的注意事項

(1)優(yōu)化設(shè)備在巷道中的布置位置，合理選擇固定電站和泵站的位置。

(2)采用交叉供電方式，減少電動機啟動時作用在單根電纜上的電流?？捎行Ы档蛦胃娎|的截面積，提高使用性能，減少安裝維護工作量。

(3)應(yīng)優(yōu)先選用鋼管為工作面供液，在距工作面切眼50～100m處更換為高壓軟管。如全部采用高壓軟管供液，沿程壓力損失較大，必須在供液管路中安裝蓄能裝置，減少管路壓力波動。

(4)布置在工作面運輸巷內(nèi)的組合開關(guān)，必須選擇體積較小，性能可靠的專用產(chǎn)品。

(5)必須解決好膠帶輸送機機尾自移，供電電纜的拖移、存儲問題，實現(xiàn)電纜拖移、存儲的自動化，便于工人操作。

5 結(jié)束語

長距離供電、供液與2種傳統(tǒng)的供電供液模式相對比各有優(yōu)缺點，要根據(jù)生產(chǎn)的實際情況進行合理選擇。但隨著科學技術(shù)的不斷進步，長距離供電的技術(shù)瓶頸將被有效突破，其技術(shù)優(yōu)勢將得到充分發(fā)揮，有利于實現(xiàn)小煤柱和無煤柱開采的機軌合一布置，改善工作面作業(yè)條件，提高工作面安全生產(chǎn)水平和采區(qū)整體資源采出率，綜采 (放)工作面的長距離供電供液模式必將在煤礦生產(chǎn)中得到越來越廣泛的推廣應(yīng)用。

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［責任編輯:周景林］

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1006-6225(2012)04-0027-03

2012－04－26

徐仁亞 (1965－)，男，江蘇張家港人，高級工程師，現(xiàn)任兗州煤業(yè)股份有限公司東灘煤礦安全礦長。