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工作面裝備的需要。根據綜采 (放)工作面供電、供液的基本模式與技術發(fā)展方向，結合東灘煤礦供液、供電的實際應用情況，提出了長距離供電、供液技術模式，并分析了該模式和傳統(tǒng)模式相對比的優(yōu)勢與特點。該技術在東灘煤礦得到了成功應用，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，電站設備不斷增加，使得移動電站列車系統(tǒng)日趨復雜，設備散發(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，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，根據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、高防開關等設備集中布置在綜采 (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、巷道控制開關等電器設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備數量，可以有效避免電站列車在移動過程中出現翻車、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、轉載機等設備的巷道控制開關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:適應能力強，特別是在復雜地質條件下，使設備列車遠離工作面，有利于在巷道超前壓力較大的礦井應用;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、轉載機等設備的巷道控制開關必須對電壓波動具有較強的適應能力，一般為額定電壓的±15%。

3 長距離供電、供液系統(tǒng)的設計與計算

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用，取得了良好的效果。下面結合東灘煤礦1305綜放工作面的實際設計進行介紹。

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。主要供電設備為采煤機、前后部刮板輸送機、轉載機、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，根據《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(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每相電阻與電抗， (Rb= 0.0236，Xb=0.2587);cos為功率系數，綜采取0.7，sin根據cos換算可得，0.714。

根據各設備的功率參數，分別帶入式 (3)～(5)進行驗算求出電壓損失。

轉載機采用雙速電機，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

工作面生產期間，設備運行電壓保持在2700～3200V之間，未出現因欠壓造成的設備運行故障。工作面出現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備過載。實踐證明，通過優(yōu)化設計，長距離供電系統(tǒng)能夠較好地保證工作面的正常生產。

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，是雷諾數Re和相對粗糙度Δ/d的函數;d為高壓膠管的內徑，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，則管路內的最大流速:

對于膠管內流動的乳化液，

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

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

根據以上計算結果，供液壓力為

因此工作面供液壓力差在允許范圍內。

3.2.2 實際應用情況

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)化設計的注意事項

(1)優(yōu)化設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。可有效降低單根電纜的截面積，提高使用性能，減少安裝維護工作量。

(3)應優(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的組合開關，必須選擇體積較小，性能可靠的專用產品。

(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，實現電纜拖移、存儲的自動化，便于工人操作。

5 結束語

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，要根據生產的實際情況進行合理選擇。但隨著科學技術的不斷進步，長距離供電的技術瓶頸將被有效突破，其技術優(yōu)勢將得到充分發(fā)揮，有利于實現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中得到越來越廣泛的推廣應用。

［1］陶學儀，尚藥世.現代化礦井安全高效綜采工作面供電技術［J］.煤炭學報，2010(11):1930－1934.

［2］李建民，章之燕.安全高效工作面設備配套與供電方式分析［J］.煤礦機電，2008(1):7－11.

［3］李占平.大采高綜采工作面供電技術的發(fā)展與應用［J］.煤礦開采，2010，15(5):73－75.

［4］劉慶民.徐莊煤礦綜放工作面遠距離高壓供液技術的應用［J］.河北煤炭，2009(2):7－8.

［5］孫 皛.淺談高產高效綜采工作面的供電設計［J］.中州煤炭，2010(3):26－27.

［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，現任兗州煤業(yè)股份有限公司東灘煤礦安全礦長。