綜采工作面超遠(yuǎn)距離供電及供液技術(shù)的研究與應(yīng)用

（山西煤炭運銷集團(tuán)新工煤業(yè)有限公司 山西 033000）

隨著經(jīng)濟(jì)、科技等方面的發(fā)展和電氣工程等基礎(chǔ)科學(xué)教育的發(fā)展，我國工業(yè)進(jìn)入一個新的快速發(fā)展階段。煤礦綜采工程中，需要保證整個工作面在供電、供液等設(shè)備在布置及安全可靠性方面，符合生產(chǎn)平穩(wěn)、運行有序的要求，因此要求綜采供電、供液技術(shù)既合理又實用。在煤炭開采等工程中，經(jīng)常遭遇復(fù)雜的地理結(jié)構(gòu)，如在破碎的巖石結(jié)構(gòu)中，會因工程開采影響地質(zhì)穩(wěn)定性，容易擠壓巷道產(chǎn)生流動變形，整個過程則呈現(xiàn)間歇的膨脹和松動狀態(tài)，影響巷道相關(guān)結(jié)構(gòu)的彈性恢復(fù)能力，進(jìn)而影響巷道的后期使用，給后續(xù)煤礦開采帶來安全隱患，而超遠(yuǎn)距離供電、供液等技術(shù)的應(yīng)用，改變了傳統(tǒng)開采過程中相關(guān)設(shè)備的布置位置，設(shè)備的布置位置更加靈活，從而提升了作業(yè)的安全性和效率。

1.綜采工作面供電供液的形式和長距離供電供液存在的挑戰(zhàn)

(1)綜采工作面供電供液裝置布置形式

綜采工作一般需要較大功率的設(shè)備，因此常借助變電站供電。如今的傳統(tǒng)作業(yè)中，將移動變電站設(shè)置在開采區(qū)的下順槽或運輸巷中，在具有伸縮功能的膠帶運輸機(jī)邊敷設(shè)乳化液泵站和工作面的配電點及相關(guān)裝備的平移軌道，以使得在開采逐漸推進(jìn)的狀態(tài)下，供電供液等設(shè)備能較輕便的移動，通過較好的巷道斷面支護(hù)來降低設(shè)備沿程移動造成的設(shè)備損壞程度，但支護(hù)、維護(hù)工作較頻繁，費用高。遠(yuǎn)距離輸電、輸液的設(shè)備布置模式，有不同的方法。可在獨立輔助巷道中設(shè)計和鋪設(shè)泵站、配電點及變電站，按工程需求每隔合適距離連接運輸巷，該方法減少了供電供液設(shè)備的支護(hù)費用，但需要挖掘多個橫川和裝置輔助巷，因此可能損失部分煤柱，開采推進(jìn)后一旦距離過遠(yuǎn)，仍然需要移動相關(guān)設(shè)備，十分不方便。

另一種方法是在超距離的地方裝配供電供液設(shè)備，如在遠(yuǎn)離工作面的硐室中安裝，該方法在地質(zhì)破碎情況嚴(yán)重、頂板壓力大等情況下較適宜應(yīng)用，巷道維護(hù)等工作較大，但因遠(yuǎn)離工作巷道，減少了巷道開拓量，因此整體的建設(shè)和維護(hù)費用有增有減，一般而言距離越長經(jīng)濟(jì)性越強，但超遠(yuǎn)距離供電供液面臨液壓、電纜壓降等損失，因此需要根據(jù)具體的場地及工程情況，考慮作業(yè)需求和經(jīng)濟(jì)性等因素，合理的選擇、設(shè)計和應(yīng)用不同的供電供液布置形式。

(2)綜采工作面超長距離供電供液面臨的挑戰(zhàn)

綜采工作面采用超遠(yuǎn)距離的輸電輸液方式，對供電系統(tǒng)電壓穩(wěn)定可靠性產(chǎn)生了巨大的挑戰(zhàn)，而綜采作業(yè)必須要求使用合理、穩(wěn)定的整定電流，才能安全穩(wěn)定的進(jìn)行生產(chǎn)，若供電損失電壓超出系統(tǒng)允許范圍，則可能造成設(shè)備燒毀等嚴(yán)重后果。因此，綜采工作超遠(yuǎn)距離供電供液，需要解決電力損耗、電壓大幅下降及移動便捷性差等問題，選擇合適電纜、變壓器等設(shè)備，并通過合理設(shè)計和分離泵站、變壓器，借助優(yōu)秀控制器、啟停裝置等措施，來保證遠(yuǎn)距離輸電的供電質(zhì)量和設(shè)備放置與搬移的便捷性。超遠(yuǎn)距離供電、供液，在巷道中布置相應(yīng)的管線或部分裝置，不僅需要科學(xué)布置位置、選用設(shè)備，還應(yīng)選擇合適的供電、供液形式，如選擇交叉供電降低電機(jī)啟動過程中對單根電纜性能的影響，從而提升電纜等支持性設(shè)備或材料的使用壽命，降低后期維護(hù)工程量及費用。

2.綜采工作面超遠(yuǎn)距離供電供液系統(tǒng)研究

(1)綜采工作面超遠(yuǎn)距離供液系統(tǒng)硬件設(shè)計與實現(xiàn)

供液系統(tǒng)硬件設(shè)備一般包括變頻器、乳化液泵和過濾器、控制器等設(shè)備。變頻器作用是調(diào)節(jié)基本站壓力，可直接進(jìn)行轉(zhuǎn)矩控制，自動調(diào)節(jié)工作面相關(guān)設(shè)備運轉(zhuǎn)速度、時間，使設(shè)備壓力與乳化液泵壓力一致，即通過變頻器調(diào)節(jié)，使初始供給速度調(diào)快于液泵壓力變化率，從而補充遠(yuǎn)距離供液供電的損耗，使綜采工作面液壓設(shè)備的壓力符合要求且處于恒定狀態(tài)。

乳化液泵為綜采作業(yè)液壓設(shè)備提供乳化液，常采用的有五柱塞泵等結(jié)構(gòu)的液泵，一般一個綜采系統(tǒng)由多臺泵組成，并對主泵進(jìn)行變頻控制。每臺乳化液泵應(yīng)用電磁卸載閥實現(xiàn)電控、機(jī)械卸載等功能及功能自由切換。為保證乳化液泵站供液壓力符合供液需求，可通過應(yīng)用液溫檢測、故障報警等裝置，自動智能化的檢測和控制乳化液泵的運行狀態(tài)。乳化液箱需根據(jù)綜采超遠(yuǎn)距離作業(yè)實際需求，選擇合適的主箱、副箱容積。

過濾器負(fù)責(zé)對工作面超遠(yuǎn)距離供液介質(zhì)進(jìn)行清潔，即對乳化液用水等進(jìn)行過濾，是乳化液介質(zhì)運輸過程中必要的裝置。過濾器的選擇和設(shè)計，需要保證其流量、納污性能符合供液設(shè)備需求及用水水質(zhì)的實際狀況。

控制器硬件主要實現(xiàn)乳化液泵等設(shè)備空載啟停、緊急卸荷等功能，以保障超遠(yuǎn)距離供液系統(tǒng)正常、安全運轉(zhuǎn)，并為系統(tǒng)提供緊急的處理措施，如電控卸荷在電控失效后，可通過控制器控制液泵切換為液壓運行模式；在液泵壓力下降等情況下，可通過控制器保護(hù)供液系統(tǒng)，防止爆管，通過開啟急停卸荷閥停泵。

(2)綜采工作面超遠(yuǎn)距離供電供液系統(tǒng)軟件設(shè)計與實現(xiàn)

根據(jù)實際系統(tǒng)控制功能需求，結(jié)合工程發(fā)展規(guī)劃，選擇合適的技術(shù)軟件設(shè)計、實現(xiàn)超遠(yuǎn)供電供液遠(yuǎn)距離控制。如在供液系統(tǒng)中應(yīng)用模糊PID技術(shù)，傳輸各硬件設(shè)備運行信息，如液泵端口供液壓力等信息，將其與設(shè)定壓力比較，得到供液壓力實際誤差、差值變化量等數(shù)據(jù)，借助PID技術(shù)得到供液誤差模糊集合，作為變頻器工作參數(shù)，以更準(zhǔn)確、智能的自動調(diào)節(jié)液泵壓力。

3.綜采工作面超遠(yuǎn)距離供電及供液的應(yīng)用探究

(1)設(shè)計原則

綜采工作面應(yīng)用超遠(yuǎn)距離供電及供液技術(shù)，需要遵循基本的“五高”原則，即高設(shè)計起點、高技術(shù)、高應(yīng)用質(zhì)量、高作業(yè)效率、高效益，應(yīng)以高效益為核心目標(biāo)，充分利用軟硬件資源，在應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)及設(shè)備保證應(yīng)用質(zhì)量、工作效率的基礎(chǔ)上，盡量設(shè)計出經(jīng)濟(jì)實用性強的系統(tǒng)，通過網(wǎng)絡(luò)通訊、自動控制等功能，進(jìn)行遠(yuǎn)程、自動化的無人或少人供電供液工作面。

(2)超遠(yuǎn)距離供電

工作面應(yīng)用超遠(yuǎn)距離供電技術(shù)，需要考慮電壓穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性等引數(shù)，選擇合適的負(fù)荷電纜，還應(yīng)當(dāng)考慮電纜互換性，合理配備合理數(shù)量的備用電纜。綜采工作面包括輸送機(jī)、破碎機(jī)、采煤機(jī)等設(shè)備，實際供電及功能需求存在差異，MCPT-1.9/3.3kV 3×70+1×35+3×6mm2、MCPT-1.9/3.3kV 3×95+1×50+3×6mm2、MCPT-1.9/3.3kV 3×120+1×70+3×6mm2等型號是常使用的電動機(jī)，配備金屬屏蔽型橡套電纜和礦用隔爆安全型組合變頻器等配套裝置。

(3)超遠(yuǎn)距離供液

根據(jù)工程需求選擇不同型號的供液設(shè)備，整個系統(tǒng)包含實時監(jiān)測、恒壓控制、自動配液、自動過濾、特高壓安全供液等子系統(tǒng)。根據(jù)系統(tǒng)各單元不同的液體潔凈度要求，配有各級過濾站設(shè)備。根據(jù)進(jìn)液管、回液管、清水管等不同管線壓力設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，選擇合適的液壓專用管，鋼管間使用超高壓機(jī)械頭實現(xiàn)穩(wěn)定安全的連接，盡量延長管線使用壽命和長距離供液的穩(wěn)定性，近工作面管線應(yīng)采用高壓膠管等材料，方便順槽進(jìn)行超前支護(hù)管路布置工作。

(4)應(yīng)用注意要點

在大采高工作面中，傳統(tǒng)供液方式和不同的遠(yuǎn)距離供電供液方法都有明顯的優(yōu)缺點，尤其在供液方面，各模式的優(yōu)缺點體現(xiàn)的更明顯，因此對各因素進(jìn)行更深入、綜合性的考慮，不能一味追求應(yīng)用遠(yuǎn)距離輸液這一先進(jìn)技術(shù)，若大采高綜采采用自移負(fù)荷列車，則可優(yōu)先應(yīng)用遠(yuǎn)距離供液技術(shù)。

遠(yuǎn)距離供電受制于工作面采煤機(jī)等設(shè)備啟動壓降及帶載能力，可采取兩進(jìn)一回的分巷布置方式，在經(jīng)濟(jì)損失較小的情況下，應(yīng)保守采用傳統(tǒng)的供電方式，在巷道底板牢固等地質(zhì)條件較好時，可利用自移負(fù)荷列車建設(shè)遠(yuǎn)距離供電系統(tǒng)；巷道地質(zhì)情況差，一般采用一進(jìn)一回布置方法，通過精密的遠(yuǎn)距離輸電核算，建設(shè)遠(yuǎn)距離供電系統(tǒng)。

4.結(jié)束語

綜上，超遠(yuǎn)距離供電及供液技術(shù)在綜采工作面的應(yīng)用，能更好的應(yīng)對不同的巷道情況，提升開采工作的安全性和設(shè)備運行的穩(wěn)定性，有重要實踐應(yīng)用意義。本文從多角度探究了該技術(shù)的應(yīng)用及系統(tǒng)實現(xiàn)，實際應(yīng)用中，還應(yīng)根據(jù)實際的工作需求和技術(shù)能力，選擇合適的輸電、輸液技術(shù)和設(shè)備。