煤层开采交流供电系统重要设备的选型研究.pdf

1煤矿供电系统概述 煤矿供电系统主要由四部分构成矿井地面变 电所、井下中央变电所、采区变电所和工作面配电 点。 外部电网将 110 kV 的高压电输送到矿井地面变 电所， 在变电所内完成降压， 将高压电降至 10 kV， 并通过高压电缆输送到井下中央变电所。井下中央 变电所是煤层开采供电的总电源和中间枢纽， 将 10kV 高压电进行降压至 1 140 V， 一部分为其附近的用电 负载供电， 另一部分输送至采区变电所。 采区变电所 位于工作面旁，能够将 1 140 V 电压降至 380 V， 为 工作面配电点供电，也可以直接将 1 140 V 高压输 送至工作面的移动变电站， 由移动变电站进行降压， 为综采工作面用电负载供电，这样可以减小输电时 的电能损失。 工作面配电点是电力系统的末端， 位于 工作面 5070 m 处， 是用电负载的聚集处。 由于井下条件复杂， 并且含有可燃爆炸气体， 因 此供电系统的保护是必不可少的[1]。井下的保护主 要有以下三类 1） 过流保护。用电设备的电流过大会导致绝缘 材料的老化， 降低设备使用寿命， 严重时可能造成短 路， 短路电流瞬时值会达到上千安培， 产生的热效应 会对用电设备造成巨大破坏，因此需要设置过流保 护装置。 2） 漏电保护。 由于井下空间狭小， 电缆容易受到 碰撞， 外皮可能会发生破损， 产生漏电， 会危及作业 人员， 甚至会引起瓦斯爆炸。 为了防止此类现象的产 生， 必须安装漏电保护装置， 并且要定期对电缆进行 检查， 及时排除安全隐患。 3） 接地保护。 机电设备的外壳若没有接地， 与内 部电缆接触后可能会使外壳带电，可能会造成触电 事故， 因此井下所有电力设备都要进行接地保护， 且 接地电阻值不能超过规范要求。 2煤层开采用电负荷的统计 本文以同煤某矿大采高综采工作面为例研究煤 层开采交流供电系统。用电负荷统计是设计煤层开 采供电系统的前期重要工作，是变压器等设备的选 型依据， 是后续系统设计工作的基础[2]。目前用电负 荷主要的统计方法有二项式法和需用系数法两种， 前者模型复杂， 计算量大， 使用较少， 而后者得到了 广泛的应用。需用系数是指用电设备组长时间工作 时的平均功率与负荷组总容量的比值，需用系数法 的关键是使用数理统计确定各用电设备组的需用系 数， 计算公式如式 （1） KX KaiKl0 浊浊1 .（1） 式中 KX为设备组需用系数； Kai为不同用电负荷间 的同时系数， 采用式 （2） 计算； Kl0为设备组的输出系 数， 采用式 （3） 计算； 浊 为设备组中用电负荷同时工 作的平均效率， 采用式 （4） 计算； 浊1为电缆输送效率， 一般取 0.950.98。 Kai ∑Pai ∑PN ，（2） Kl0 ∑PaiS ∑PN ，（3） 浊 ∑Pai浊ai ∑P ai .（4） 式中∑Pai为同时工作用电负荷的容量之和； ∑PN为 设备组总的额定容量之和； ∑PaiS为设备组中实际同 时输出功率之和； 浊ai为各设备的用电效率。 采用这种计算方法可以计算出各设备组的需用 系数， 但计算较为复杂。由于煤层开采时的设备基本 相同，在大采高综采工作面采用的设备大同小异， 工 程上经常使用经验值进行需用系数的确定， 如下页表 1 所示。 确定设备组的需用系数之后，与所有用电设备 的额定功率之和相乘，即可得到用电设备组长时间 运行的最大有功功率，它是后续进行设备选型的重 要参数。 煤层开采交流供电系统重要设备的选型研究 梁晋 （同煤集团煤峪口矿， 山西大同037000） 摘要 通过对煤矿供电系统的介绍， 明确了供电系统的结构， 对煤层开采井下负荷进行需用系数法统计， 对变 压器容量的选择和电缆截面的选择方法进行了详细论述， 为井下交流供电系统设计提供基础。 关键词 煤矿供电系统设计 中图分类号 TD611文献标识码 A文章编号 1003-773X （2020） 05-0045-02 收稿日期 2019-12-03 作者简介 梁晋 （1998） ， 男， 本科， 毕业于中北大学信息商务 学院， 助理工程师， 主要从事煤矿电气方面的相关工作。 DOI10.16525/14-1134/th.2020.05.020 总第 205 期 2020 年第5 期 机械管理开发 MECHANICALMANAGEMENTANDDEVELOPMENT Total 205 No.5， 2020 设计理论与方法 第 35 卷 机械管理开发 jxglkfbjb 3重要设备选型的计算 变压器额定容量的选择非常重要，选择过大会 增加设备投资， 浪费成本， 其空载损耗也会随着变压 器容量的增大而增大， 造成能源浪费； 选择过小也不 利于工作面扩大生产，还可能由于容量不够发生过 负荷破坏。因此考虑到未来生产规模的扩大和自身 的功率损耗， 变压器容量选择时负荷率在 7085 较为理想。 在煤层开采的工作面电缆以低压电缆为主， 因 此主要讨论低压电缆的选型要求。 电缆的载流量主要与电缆的截面积有关，电缆 的截面积越大， 允许长时间通过的电流越大， 但两者 并不成线性关系，还要考虑电缆散热问题等其他因 素。 如果电缆的长时载流量超过其允许载流量， 会加 快电缆绝缘层的老化， 引起相间短路。 电缆长时工作 载流量的计算公式为 Ica KX∑ （PN103） 3 姨UNcos椎pj浊pj .（5） 式中 KX为由电缆供电的设备负荷需用系数；∑PN 为用电设备的额定容量之和； UN 为用电设备的额定 电压； cos椎pj为所有用电设备的加权平均功率因数； 浊pj为所有用电设备的加权平均效率。 从电缆标准规范中可以查到不同截面积，不同 材质的电缆在 25 ℃时的最大允许长时载流量 IP。 由 于井下环境温度与标准温度不符，因此在计算电缆 长时载流量时还要考虑温度的影响，引入温度修正 系数 Kt来修正电缆允许长时载流量 IP I P K tIP. （6） 温度修正系数 Kt的数值见表 2。 电缆允许长时载流量 IP应大于等于计算得出 的电缆长时工作电流 Ica。 在工作面敷设的电缆需要随着工作面的推进进 行拖拽，有时还会受到片帮的压砸或是其他的外力 作用， 电缆的机械强度不够， 容易使电缆被拉断， 造 成供电故障，因此在选型时需要对电缆的机械强度 进行校核，不同井下机电设备所需满足的电缆最小 截面积如表 3 所示。 在必要时还可以选择铠装电缆以保证电缆的机 械强度。 以某矿为例， 综采工作面的需用系数取 0.65， 负 荷经统计后， 总的负荷为 255.9 kVA。首先确定变压 器容量， 查询变压器型号对照表， 选择 315 kVA 容量 的变压器较为合适， 此时负荷率为 81.24， 有一定 富裕度又不会造成经济浪费。然后进行低压电缆的 选择， 代入式 （5） 进行计算， 长时载流量为 198 A， 查 询电缆最大允许长时载流量并进行温度系数修正， 70 mm2电缆在 30 ℃下的最大允许载流量为 202 A， 大于正常工作时的长时载流量，且超过采煤机电缆 最小截面积， 可以满足使用要求。至此， 变压器和低 压电缆两种重要的设备选型完成。 4结论 井下供电系统必须满足生产需要，其运行状态 的稳定与否直接关系到煤炭生产企业的生产效率。 供电系统的平稳高效运行是煤矿生产的基础条件， 是煤层开采机械化、 智能化的重要保障， 其前提条件 是设计合理的煤矿供电系统。 参考文献 [1]赵明辉.煤矿供电系统安全评价研究及应用[D].西安 西安科技 大学， 2019. [2]李晓阳.煤矿井下供电系统研究[J].中国高新技术企业， 2010 （4） 195-196. （编辑 赵婧） （下转第 55 页） 用电设备组名称需用系数， KX 井底车场 有主排水泵0.750.85 无主排水泵0.60.7 采区 有机组缓倾斜采煤工作面0.60.75 无机组缓倾斜采煤工作面0.40.6 急倾斜采煤工作面0.60.65 有掘进机掘进工作面0.5 无掘进机掘进工作面0.30.4 表 1煤层开采用电设备组的经验需用系数 温度 /℃ 51015202530354045 修正 系数 1.221.771.121.061.000.940.870.790.71 表 2温度修正系数 Kt的取值 用电设备最小截面面积 /mm2用电设备 最小截面面积 /mm2 采煤机3550绞车46 刮板输送机1635通风机46 带式输送机1025煤电钻46 装岩机1625照明2.54 表 3不同设备允许使用电缆的最小截面积 46 2020 年第 5 期 张力下降到 60 kN。对于长距离、 大运量以及大功率 的带式输送机而言，不论在紧带过程还是在松带过 程其响应时间均能够满足实际生产的需求。 4结语 液压系统及其电气控制系统为张紧装置的核心 系统，在对两个系统各元器件选型时需结合计算及 经验，并对液压系统的元器件的参数进行调整以达 到提升其抗干扰性能的目的。 经仿真分析， 所设计的 张紧装置不论在松带还是在紧带过程其响应时间分 别为 12 s 和 2.3 s， 满足实际生产的需求。 参考文献 [1]吕兆海， 武贵田， 王有林， 等.空间弯曲长距离带式输送机安装 工艺研究[J].矿山机械， 2019， 47 （12） 24-29. [2]郭孟涛. 带式输送机张紧系统反馈增压摩擦驱动装置的设计 [J].机械管理开发， 2019， 34 （11） 27-28. [3]郝冬冬.矿用带式输送机的改进设计[J].电子技术与软件工程， 2019 （2） 111-112. [4]孙东阁.双向输送圆管带式输送机的设计及应用探究[J].中国 新技术新产品， 2019 （21） 67-68. [5]张红平.用于大倾角巷道的带式输送机改进设计[J].山东煤炭 科技， 2019 （10） 128-130. （编辑 赵婧） Study on Hydraulic Tensioning Device of Belt Conveyor Li Yang （Shanxi Luan Guozhuang Coal Industry Co., Ltd., Changzhi Shanxi 046100） Abstract Aiming at the problems of large volume, long distance and high power belt conveyors with large impact on the system during the start-up stage and unreasonable tension adjustment, this paper combines the relevant design principles and foundation to complete the hydraulic system and electrical system selection design of belt conveyor tensioning device, and carries on the simulation analysis to its tensioning characteristic based on the MATLAB software, and provides the theoretical guidance for improving the working perance of the tensioning device. Key words belt conveyor; tensioner equipment; tensioner, anti-interference; response time Study on the Selection of Important Equipment in the AC Power Supply System for Coal Seam Mining Liang Jin （Yukou Mine, Datong Shanxi 037000） Abstract Through the introduction of coal mine power supply system, the structure of power supply system is clarified, the demand coefficient is used to count the underground load in coal seam mining, and the selection of transer capacity and cable section is discussed in detail, which provides the foundation for the design of underground AC power supply system. Key words coal mine; power supply system; design （上接第 46 页） Optimal Design of Transmission Structure of Scraper Conveyor in Fully Mechanized Mining Face of Thin Coal Layer Yang Dongming （Xinzhou General Machinery Co., Ltd., Xinzhou Shanxi 034000） Abstract In order to solve the complex structure of the transmission system of the side double chain scraper conveyor, the design and calculation of the running resistance, traction force, motor power and scraper strength of the SGZ1250/3 855 thin coal seam fully mechanized mining face scraper machine produced by Xinzhou General Machinery Co., Ltd. is carried out by the of strength design and checking calculation. the rationality of the design scheme is verified by no-load and load experiments. The research results can provide theoretical basis for the design of transmission structure of scraper conveyor. Key words scraper conveyor; strength design; no-load experiment; load experiment （上接第 44 页） 李洋 带式输送机液压张紧装置的研究 55