综采工作面远距离供电设计分析与研究

刘立平 何小军

摘 要：为了提高综采工作面采煤水平，探讨远距离供电设计方案。以某矿为例介绍远距离供电设计现状，从设备负荷、电压等级、移动变电站型号选择、高压电缆、短路电流5个方面探讨供电设计方案，希望能够提高采煤信息化水平。

关键词：综采工作面;远距离供电;供电设计;泵站

目前我国矿井综采装备能力与性能显著提升，煤矿综采工作面的要求越来越高，顺槽设备所采用的供电方式必须要进行创新，规避不安全因素对于综采工作面的影响。与此同时，为了提高供电效率，开始应用现代化的采煤技术，为开采工作赋予了数字化特点，尤其是煤矿综采工作面远距离供电系统设计，在原来的基础上得到优化，这为综采工作面一系列工作提供了极大便利。

1 项目概况

目前某矿设计的综采工作面一般移动变电站二次侧离设备列车供电距离220米左右，设备列车距工作面刮板机机头部150米左右，加上工作面长度，供电距离约500米左右。同时，综采工作面运顺1680米。工作面切眼长度240米，工作面坡度5°左右，拉上山，经验算，使用刮板输送机2×525kw電机不能满足现生产需求。经计算，前、后部刮板输送机需配置2×700kw电机。综采工作面远距离供电系统图见图1。

2 综采工作面远距离供电设计现状

该矿二盘区综采工作面地质条件较差，顶板压力大，地鼓严重，巷道变形严重，导致巷道空间狭小，设备列车与带式输送机同时布置于运输巷道，设备检修及行人困难。回采期间拉移设备次数较多，经常需扩帮，起底，挑顶，设备列车放置拉移困难，耗费大量的人力物力，进行大坡度运输时安全隐患多，影响生产。

经验算，现使用刮板输送机2×525kw电机不能满足目前生产需求。经计算，前、后部刮板输送机需配置2×700kw电机。为满足前、后部刮板输送机带负荷启动和转载机负荷启动，使用两台组合变频器控制。一台三组合变频器控制后部刮板机两个电机，一路备用，另一台三组合变频器控制前部刮板机两个电机，及转载机，电压等级3300v。

3 综采工作面远距离供电优化设计方案

经过实际情况的研究以及设计要求的分析可以明确远距离供电设计方案结构，然而泵站设备主要被安装于工作面机头位置，运行过程中液化液系统以远距离供液系统为核心，为工作面提供电量的过程中并没有对泵站系统予以考虑[1]。从成本方面考虑，泵站系统需要运用1140 V电压。以此为前提展开综采工作面远距离供电系统的优化设计。

3.1 设备负荷设计

综采工作面装机总功率为6080 kW，其中包括前部刮板输送机、采煤机、后部刮板输送机、乳化液泵、喷雾泵等。采煤机及破碎机 供电布置方式和原来一样利用原来设备，负荷电缆从原来的500米增加到2100米，截面有所增加，具体见图2。

3.2 电压等级设计

变电所供电高压为6kV，经过移动变电站为所有用电设备提供电量。具体电压等级如下：3.3kV电压设备主要包括采煤机、刮板输送机以及破碎机等，1.14 kV电压的设备有乳化液泵、喷雾泵等，而0.66 kV电压的设备则包含运输绞车与水泵等。

3.3 移动变电站型号选择

综采工作面中运用的刮板输送机、采煤机、转载机、破碎机在供电方面所使用的移动变电站，需用系数是0.67，移变容量S=2981kV·A。按照现场实际情况，选择KBSGZY-2500/10/2×1.905、KBSGZY-2500/10/3.45、KBSGZY-1600/10/1.2这三种型号。

3.4 高压电缆设计

高压电缆主要采用MCPTX-3300/3*95、MYPT-3×95、MYPT-3×70、MYPT-3×50这四种类型，根据经济电流密度确定电缆截面。综采工作面移动变电站设备的额定功率为6080kW，需用系数设置为0.6，而加权平均功率因数则为0.8，对移动变电站供电最大电流进行计算[2]。根据短路时热稳定条件展开校验工作，观察得知短路电流持续时间为0.25s，那么将电缆芯线热稳定系数计为145，通过计算便可以得出电缆最大短路电流以及电缆最小热稳定截面。根据允许电压损失组织校验工作，高压配电线路的允许电压损失为7%，而线路实际电压损失则需要按照公式进行计算，

即：△U实=①。公式中的P点负荷有功功率，U代表电缆线路的额定电压，而Lca代表电缆的实际长度，R0、X0则分别代表电缆线路单位长度电阻、电抗，最终计算所得电压损失如果小于允许电压损失，即可确定电缆符合规定。

3.5 短路电流

针对移动变电站的高压进线电缆短路电流进行计算，按照电源系统所给出的额定电压数值以及电源系统短路容量，对电源系统电抗进行计算，一般电源系统短路容量以50MV·A为准[3]。随后计算6kV电缆线路阻抗、移动变电站的一次侧电阻、移动变电站高压侧两相短路电流、移动变电站高压侧短路电流、移变串接与移动变电站电缆长度、移动变电站低压电网两相短路电流等进行准确计算，将所得数值与规定对比。电源最远点采煤机两相短路电流数值进行验算，计算得出干线电缆的短路电流以及灵敏度系数，大于1.5即满足要求。本次所述综采工作面计算结果显示，综采工作面远距离供电设计方案合理、可行。

4 结束语

综上所述，综采工作面远距离供电设计非常重要，一方面需要结合实际情况明确供电设计需求，另一方面则要采用现代化设备，保证远距离供电效果，改善设备运行环境减少设备故障率、减轻了工人劳动强度，提高设备检修效率，避免了胶带和设备列车并列布置带来的行人安全空间不足、多项交叉作业等危险因素，减少了大量的起底、扩帮、挑顶工作，从而提高综采工作面开采能力，为今后煤矿开采工作提供有价值的参考。

参考文献

[1]范晓龙.综采工作面机头侧工作面延长对接技术研究[J/OL].当代化工研究，2019（05）：72-73.

[2]张文科.煤矿井下大采高工作面远距离供电、供液研究[J].能源与环保，2018，40（09）：161-164+189.

[3]李鹏程.滑动构造影响下综放工作面远距离供电设计与应用[J].机械管理开发，2017，32（04）：14-15.