综采 (放)工作面供电、供液模式的探索与创新

徐仁亚，陈守明

(兖州煤业股份有限公司东滩煤矿，山东邹城273512)

综采 (放)工作面供电、供液模式的探索与创新

徐仁亚，陈守明

(兖州煤业股份有限公司东滩煤矿，山东邹城273512)

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

随着综采 (放)工作面设备的大型化，传统的工作面供电、供液模式已逐渐不能适应工作面装备的需要。根据综采 (放)工作面供电、供液的基本模式与技术发展方向，结合东滩煤矿供液、供电的实际应用情况，提出了长距离供电、供液技术模式，并分析了该模式和传统模式相对比的优势与特点。该技术在东滩煤矿得到了成功应用，取得了良好的效果。

综采(放)工作面;长距离;供电;供液

近年来，综采工作面装备大型化趋势明显，导致装机功率不断增大，电站设备不断增加，使得移动电站列车系统日趋复杂，设备散发出大量热量，恶化工作面环境。电站处在动压区，大量占用巷道空间，严重影响支护强度。在煤层埋藏深、矿压大的矿区，巷道底鼓、设备列车拉移困难、两帮收缩变形严重、行人通道宽度难以保证，不但制约煤矿正常生产，而且严重威胁煤矿安全形势。使用移动电站列车进行集中供电、供液的单一模式逐渐显现出不足。

为了能够有效地解决这一问题，保证矿井的正常生产，根据东滩煤矿的矿井条件，对综采 (放)工作面供电、供液模式进行了必要的探索和创新，形成了适应复杂条件综放开采的长距离供电、供液新模式。

1 传统供电、供液模式及特点

1.1 移动电站列车模式

移动电站列车模式将变压器、各种泵站、高防开关等设备集中布置在综采 (放)工作面轨道巷，就近为工作面供电、供液、供水。

移动电站列车模式主要特点是:设备集中布置，易于管理，维护方便;供电距离短，特别是对于1140V以下供电，可以有效减少电压降;供液距离短、减小了工作面的供液胶管沿程阻力损失，降低了对液压系统供液压力的要求。

1.2 移动电站列车与长距离供液混合模式

混合模式将高防、变压器、巷道控制开关等电器设备集中于轨道巷为工作面供电。将乳化液泵站和清水泵站固定放置在巷道外端，长距离向工作面供液。

混合模式主要特点是:减少了移动电站列车的设备数量，可以有效避免电站列车在移动过程中出现翻车、掉道等事故;避免了长距离供电造成的电压损失，减少了电能的线路损耗;在采用双巷掘进的工作面，能够较好地实现机轨合一。

2 长距离供电、供液模式及特点

长距离供电、供液模式将高防、变压器、乳化液泵站和清水泵站等设备固定放置在工作面巷道外端，将采煤机、前后部刮板输送机、转载机等设备的巷道控制开关放置在胶带输送机机尾处，同机尾一起自移，长距离向工作面供电、供液。

长距离供电、供液模式主要特点是:适应能力强，特别是在复杂地质条件下，使设备列车远离工作面，有利于在巷道超前压力较大的矿井应用;安全性能高，可以避免在拉移电站列车过程中发生翻车、掉道等事故;散热效果好，降低了移动电站列车的变压器、电动机散发的热量对工作面温度的影响，有效降低工作面温度3～5℃;在采用U型布置的工作面也能够较好地实现机轨合一。

长距离供电、供液是一种新型模式，其适用条件:供电电压为3300V，供电距离小于1700m;乳化液供液采用大直径橡胶软管或钢管，供液管路直径必须大于DN50，供液距离小于3000m，并采取必要的增压措施;采煤机、前后部刮板输送机、转载机等设备的巷道控制开关必须对电压波动具有较强的适应能力，一般为额定电压的±15%。

3 长距离供电、供液系统的设计与计算

长距离供电、供液系统2007年10月开始在东滩煤矿初步试验，截至2011年底，已在1303，1304，1305三个综放工作面应用，取得了良好的效果。下面结合东滩煤矿1305综放工作面的实际设计进行介绍。

3.1 长距离供电

1305综放工作面巷道走向长度约为2800m，长距离供电、供液系统采取分段接续的方式，变压器至巷道组合开关的最大供电距离为1400m，至最远电动机的距离为1700m。主要供电设备为采煤机、前后部刮板输送机、转载机、破碎机，总功率为5379kW。选择1台KBSGZY－3150/6/3.4和2台KBSGZY－2500/6/3.4变压器供电，通过3路MYPTJ－6 3×120+1×35型电缆为工作面设备进行交叉供电。

3.1.1 正常工作时允许的电压损失校验

对于3300V电网，根据《煤矿电工手册》规定，允许的电压损失为:

式中，ΔUy为允许的电压损失。

式中，ΔU为整个低压电网的电压损失，V;ΔUz为支线电缆的电压损失，V;Pe为额定功率，kW; Ue为额定电压，kV;ΔUg为干线电缆的电压损失，V;ΔUb为变压器的电压损失，V;Kf为负荷系数(0.8);η为电动机效率 (95%);Lz为支线电缆的长度，m;Sz为支线电缆的截面积，mm2;Lg为干线电缆的长度，m;Sg为干线电缆的截面积，mm2;D为铜芯电缆的电导率，m/(Ω·mm2) (取42.5);Iqb为变压器的负荷电流，A;Rb，Xb为变压器折算到二次侧每相电阻与电抗， (Rb= 0.0236，Xb=0.2587);cos为功率系数，综采取0.7，sin根据cos换算可得，0.714。

根据各设备的功率参数，分别带入式 (3)～(5)进行验算求出电压损失。

转载机采用双速电机，其电缆的电压损失分为高速和低速2种，分别带入式(3)。

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

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

前部、后部刮板输送机采用双速电机，其电缆的电压损失，分别带入式(3)。

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

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

故以后部输送机高速电缆的电压损失ΔUz= 18.6V进行计算。

干线电缆的电压损失，带入式(4)得:

变压器的电压损失，带入式(5)得:

总电压损失:

故满足要求。

3.1.2 实际运行情况

工作面生产期间，设备运行电压保持在2700～3200V之间，未出现因欠压造成的设备运行故障。工作面出现的主要问题是由于后部放煤量过大或采煤机截割速度过快造成的设备过载。实践证明，通过优化设计，长距离供电系统能够较好地保证工作面的正常生产。

3.2 长距离供液

泵站选用BRW315/31.5型乳化液泵和RX2000型乳化液箱，该泵流量为315L/min，额定压力为31.5MPa，电机功率200kW，液箱容积2000L。泵站至支架的供液距离为1300m。

3.2.1 供液压力损失计算

工作面供液过程中压力损失主要表现为高压胶管的沿程压力损失，沿程压力的计算公式如下:

式中，λ为沿程阻力系数，是雷诺数Re和相对粗糙度Δ/d的函数;d为高压胶管的内径，mm;L为高压胶管的供液长度，m;ρ为乳化液密度，kg/ m3;υ为管内平均流速，m/s。

供液距离L为1300m，采用DN50型高压胶管，管路直径d为50mm，乳化液的密度为990～1000kg/m3

BRW315/31.5型乳化液泵的公称流量为315L/min，通过DN50高压胶管为工作面供液，则管路内的最大流速:

对于胶管内流动的乳化液，

式中，υ为管内的平均流速，m/s;d为圆管的内径，m;V为流体的运动粘度，取6mm2/s;Rec为下临界雷诺数，一般取2000～2300。

采用勃拉修斯经验公式进行计算，λ=0.3164 ·Re－0.25=0.3164×22250－0.25≈0.026

根据以上计算结果，供液压力为

因此工作面供液压力差在允许范围内。

3.2.2 实际应用情况

工作面实际供液压力末端压力损失一般为2～3MPa。这主要是由于工作面实际用液量小于乳化泵的工作能力，管内平均流速小于理论最大流速。

4 长距离供电、供液系统优化设计的注意事项

(1)优化设备在巷道中的布置位置，合理选择固定电站和泵站的位置。

(2)采用交叉供电方式，减少电动机启动时作用在单根电缆上的电流。可有效降低单根电缆的截面积，提高使用性能，减少安装维护工作量。

(3)应优先选用钢管为工作面供液，在距工作面切眼50～100m处更换为高压软管。如全部采用高压软管供液，沿程压力损失较大，必须在供液管路中安装蓄能装置，减少管路压力波动。

(4)布置在工作面运输巷内的组合开关，必须选择体积较小，性能可靠的专用产品。

(5)必须解决好胶带输送机机尾自移，供电电缆的拖移、存储问题，实现电缆拖移、存储的自动化，便于工人操作。

5 结束语

长距离供电、供液与2种传统的供电供液模式相对比各有优缺点，要根据生产的实际情况进行合理选择。但随着科学技术的不断进步，长距离供电的技术瓶颈将被有效突破，其技术优势将得到充分发挥，有利于实现小煤柱和无煤柱开采的机轨合一布置，改善工作面作业条件，提高工作面安全生产水平和采区整体资源采出率，综采 (放)工作面的长距离供电供液模式必将在煤矿生产中得到越来越广泛的推广应用。

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［责任编辑:周景林］

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1006-6225(2012)04-0027-03

2012－04－26

徐仁亚 (1965－)，男，江苏张家港人，高级工程师，现任兖州煤业股份有限公司东滩煤矿安全矿长。