【正文】 煤礦機(jī)電設(shè)備（講義）職教中心謝萬(wàn)安本課程的特點(diǎn)：煤礦采煤專(zhuān)業(yè)具有所學(xué)課程種類(lèi)多，覆蓋面大的特點(diǎn)，機(jī)電內(nèi)容更是包含到煤礦生產(chǎn)的方方面面。設(shè)備種類(lèi)繁多工作原理牽連到許多相關(guān)學(xué)科，學(xué)習(xí)上有一定難度，但大家來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)、對(duì)生產(chǎn)設(shè)備有一定了解可幫助大家學(xué)習(xí)。由于課時(shí)少內(nèi)容多對(duì)一些內(nèi)容只能作介紹性簡(jiǎn)介。希望大家加強(qiáng)預(yù)習(xí)，一加快學(xué)習(xí)和理解。本課程的內(nèi)容包括：煤礦電器設(shè)備和煤礦機(jī)械設(shè)備兩大部分。第一章礦山供電與礦用電氣設(shè)備概述第一節(jié) 煤礦企業(yè)對(duì)供電的要求一、煤礦生產(chǎn)的環(huán)境煤礦生產(chǎn)主要是地下開(kāi)采,礦井的一些主要用電設(shè)備,如煤礦副井的提升機(jī)、向井下供風(fēng)的主通風(fēng)機(jī)、井下的主排水泵等,它們不但用電量大,而且不允許中斷供電。因?yàn)橐坏┲袛喙╇?不僅會(huì)造成減產(chǎn),還可能引起人身傷亡和設(shè)備損壞的重大事故,嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)毀壞整個(gè)礦井。煤礦井下生產(chǎn)場(chǎng)地狹小,而且又有頂板壓力的作用,常有冒頂、片幫等現(xiàn)象發(fā)生,容易砸壞設(shè)備。有淋水、滴水現(xiàn)象,空氣潮濕,使電氣設(shè)備受潮,侵蝕電氣設(shè)備的金屬部件和絕緣材料。隨著采掘工作面的向前推進(jìn),電網(wǎng)和電氣設(shè)備也需經(jīng)常移動(dòng),使電纜和電氣設(shè)備容易受到機(jī)械損傷。 煤礦井下空氣中有瓦斯、煤塵等可燃、易爆性混合物。當(dāng)遇到地質(zhì)條件的變化(如煤 巖)層硬度不均勻、有夾矸等,采掘機(jī)械經(jīng)常有沖擊負(fù)荷,所以負(fù)荷變化大,易引起設(shè)備過(guò)載。二、煤礦企業(yè)對(duì)供電有如下要求。由于煤礦生產(chǎn)環(huán)境的特殊性,對(duì)供電有如下要求。（一）、供電可靠(二)、 供電安全（三)、 供電質(zhì)量(四)、 供電經(jīng)濟(jì)三、電力負(fù)荷的分類(lèi)電力負(fù)荷是決定電力系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、運(yùn)行以及發(fā)電、送電、變電布局的主要依據(jù)。根據(jù)對(duì)供電可靠性要求的不同 , 礦山電力負(fù)荷可分成以下三類(lèi)。(一) 一類(lèi)負(fù)荷 (一級(jí)負(fù)荷)凡因突然中斷供電可能造成人身傷亡或重大設(shè)備損壞,給國(guó)民經(jīng)濟(jì)造成重大損失的或在政治上產(chǎn)生不良影響的負(fù)荷,均屬一類(lèi)負(fù)荷。例如,煤礦主通風(fēng)機(jī)、主副井提升機(jī)、主水泵、井上及井下中央變電所、礦區(qū)醫(yī)院的手術(shù)室等用戶(hù)。對(duì)這類(lèi)負(fù)荷應(yīng)有兩個(gè)獨(dú)立電源供電,對(duì)有特殊要求的一類(lèi)負(fù)荷,兩個(gè)獨(dú)立電源應(yīng)來(lái)自不同地點(diǎn),以保證供電的絕對(duì)可靠。(二) 二類(lèi)負(fù)荷 (二級(jí)負(fù)荷)凡因突然停電造成大量減產(chǎn)和較大經(jīng)濟(jì)損失的負(fù)荷,為二類(lèi)負(fù)荷。例如壓風(fēng)機(jī)、采區(qū)變電所、露天礦變電所等都屬于這類(lèi)負(fù)荷。對(duì)二類(lèi)負(fù)荷供電,是否需要備用電源,應(yīng)根據(jù)企業(yè)規(guī)模和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)決定。對(duì)于中小型煤礦的二類(lèi)負(fù)荷一般由專(zhuān)用線路供電, 但需在倉(cāng)庫(kù)里儲(chǔ)備一套設(shè)備,以備故障時(shí)臨時(shí)更換。 對(duì)于大型煤礦則需要備用電源。(三) 三類(lèi)負(fù)荷 (三級(jí)負(fù)荷)三類(lèi)負(fù)荷是指除一類(lèi)、二類(lèi)負(fù)荷外的其他負(fù)荷。例如輔助車(chē)間的用電及公用事業(yè)用電設(shè)備等都屬于這類(lèi)負(fù)荷。對(duì)三類(lèi)負(fù)荷一般采用單一回路供電方式, 對(duì)這類(lèi)負(fù)荷不需要備用電源。四、供電電壓等級(jí)電氣設(shè)備都是按照一定的標(biāo)準(zhǔn)電壓設(shè)計(jì)和制造的,這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電壓稱(chēng)為電氣設(shè)備的額定電壓。為了便于批量生產(chǎn)和統(tǒng)一供電,國(guó)家規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)的額定電壓等級(jí)。煤礦企業(yè)供電電壓的選擇,取決于企業(yè)附近電源電壓、用電設(shè)備容量、電壓及供電距離,應(yīng)通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定。我國(guó)煤礦企業(yè)通常使用的電壓等級(jí)及用途見(jiàn)表 11 。65 / 65第二節(jié) 礦山供電系統(tǒng)一、礦山供電電源煤礦用電來(lái)自電力系統(tǒng)或礦區(qū)發(fā)電廠。所謂電力系統(tǒng),是指由發(fā)電廠發(fā)電機(jī)、輸電線路及升壓或降壓變壓器所組成的整體。圖l1所示是一個(gè)用于煤礦供電的典型電力系統(tǒng)。發(fā)電廠是把其他形式能量轉(zhuǎn)換成電能的場(chǎng)所。常根據(jù)所用能源的不同,將發(fā)電廠加以分類(lèi)。例如:使用熱力作動(dòng)力的,稱(chēng)為火力發(fā)電廠。使用水力作動(dòng)力的, 稱(chēng)為水力發(fā)電廠等等。在發(fā)電廠中,由發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能電壓較低 (1O kV或2OKV),它除供給附近用戶(hù)直接使用外,必須先經(jīng)升壓變壓器轉(zhuǎn)換成高壓,才能送至外界的高壓電力網(wǎng)。變電所是匯集電能、變換電壓的中間環(huán)節(jié)，它由各種電力變壓器和配電設(shè)備組成。不含電力變壓器的變電所稱(chēng)為配電所。礦山供、配電系統(tǒng)中的礦區(qū)變電所屬于地區(qū)變電所,它接受樞紐(或區(qū)域)變電所送來(lái)的110kV電能, 將之降為35kV后送至礦山地面變電所。礦山地面變電所多屬終端或穿越變電所,它將電壓降為6～10kV后, 向額定電壓為6～l0kV及以下的用電設(shè)備供電。電力網(wǎng)主要由各種變電所及各種等級(jí)的電力線路組成,是電力系統(tǒng)的重要組成部分,擔(dān)負(fù)著送電、變換和分配電能的任務(wù)。一般根據(jù)電壓等級(jí)的高低,將電力網(wǎng)分成低壓、高壓、超高壓和特高壓幾種。電壓在1kV以下的電力網(wǎng)為低壓電網(wǎng)。3kV～330kV的電力網(wǎng)為高壓電網(wǎng)。330kV～100OkV的電力網(wǎng)為超高壓電網(wǎng)。1000kV 以上的為特高壓電網(wǎng)。二、礦山供電系統(tǒng)礦山供電系統(tǒng)是由煤礦內(nèi)各級(jí)變電所的變壓器、配電裝置、電力線路以及用戶(hù)按照一定的方式互相連接起來(lái)的一個(gè)整體。礦井供電方式取決于礦區(qū)范圍、采用的機(jī)械化方式、礦層結(jié)構(gòu)、采煤方法、礦層埋藏深淺、井下涌水量大小等因素。目前主要有深井、淺井、平硐三種典型供電方式,下面分述它們的構(gòu)成和特點(diǎn)。(一) 深井供電系統(tǒng) 對(duì)于礦層埋藏深、傾角小、采用立井和斜井開(kāi)拓、生產(chǎn)能力大的礦井,多采用如圖 12 所示的供電系統(tǒng) , 它屬于深井供電系統(tǒng)。(二) 淺井供電系統(tǒng)對(duì)礦井煤層埋藏不深 (距地表100~20Om), 且涌水量不大,而采區(qū)又離井底車(chē)場(chǎng)較遠(yuǎn)時(shí),出于經(jīng)濟(jì)和運(yùn)行方便的考慮,井下電力設(shè)備多用低壓供電,此時(shí)多采用借助鉆孔或輔助風(fēng)井將電能送至井下的淺井供電系統(tǒng),如圖 13 所示。(三) 平硐開(kāi)采的供電系統(tǒng)當(dāng)?shù)V層埋藏較淺(100m 以?xún)?nèi))、分布范圍較廣時(shí), 往往采用平硐開(kāi)采的供電系統(tǒng)。此時(shí)，對(duì)于其深部的用電設(shè)備,可利用在小風(fēng)井、斜井或鉆孔附近設(shè)置的地面變電亭提供低壓電能。當(dāng)需要向平硐提供直流電時(shí),可先經(jīng)地面變電所整流,再用電纜下送。至于對(duì)平硐開(kāi)拓且井深在150m的用電設(shè)備供電,其系統(tǒng)則與深井供電系統(tǒng)相同,此時(shí)往往在盲井口附近沒(méi)立一個(gè)地面主變(配)電所,其各道(段)是否設(shè)置井下變 (配)電所,需視具體情況而定。礦山供電究竟采用哪種供電方式,應(yīng)根據(jù)礦井的具體情況經(jīng)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較后確定。三、礦井各級(jí)變電所及配電點(diǎn)(一) 煤礦地面變電所礦山地面變電所是全礦供電的樞紐,擔(dān)負(fù)著受電、變電、配電以及測(cè)量、保護(hù)和對(duì)主要電氣設(shè)備工作狀態(tài)監(jiān)視等任務(wù)。圖13中的上面一部分是一個(gè)典型的礦山地面供電系統(tǒng)圖。礦山企業(yè)屬于一類(lèi)用戶(hù),為了保證供電的可靠性,每個(gè)礦山必須具有兩個(gè)獨(dú)立的電源。根據(jù)具體情況,兩個(gè)獨(dú)立電源可采用平行雙回路供電或環(huán)形供電, 也可采用其他具有備用電源的專(zhuān)用線供電方式。礦山地面變電所一般設(shè)有兩臺(tái)主變壓器,分別經(jīng)高壓開(kāi)關(guān)與相應(yīng)的一次母線段相連接,以保證礦山重要用電負(fù)荷的雙電源供電。主變壓器將電壓降為6（10）kV后,分別經(jīng)高壓開(kāi)關(guān)與變電所相應(yīng)的二次母線段相連接,然后通過(guò)接于各個(gè)母線段上的成套高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備將電能分配到地面各高壓用戶(hù)和井下中央變電所。此外,為了防止雷電入侵對(duì)電氣設(shè)備的危害,各段母線均裝有避雷器。為了提高功率因數(shù),在兩段6（10）kV母線上分別裝有并聯(lián)電容器組。為了測(cè)量、保護(hù)和監(jiān)視電力系統(tǒng)運(yùn)行情況,在變壓器的兩段母線上均裝有電壓互感器。為了限制井下短路電流,下井電纜應(yīng)串接電抗器。(二) 井下變(配)電所井下中央變電所是井下供電的樞紐 , 它擔(dān)負(fù)著向井下供電的重要任務(wù) , 其主結(jié)構(gòu)如圖14 所示。井下變 (配) 電所的位置應(yīng)盡量靠近負(fù)荷中心 , 并根據(jù)通風(fēng)良好、交通方便、進(jìn)出線易于敷設(shè)、頂?shù)装鍡l件及保安煤柱的位置等因素綜合考慮。根據(jù)現(xiàn)行開(kāi)采方法 , 一般設(shè)在靠副井的井底車(chē)場(chǎng)范圍內(nèi)。根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》的規(guī)定 , 對(duì)井下中央變電所和主排水泵房的供電線路 , 不得少于兩個(gè)回路 , 當(dāng)任一回路停止供電時(shí) , 另一回路應(yīng)能擔(dān)負(fù)礦井全部負(fù)荷。所以 , 為了保證井下供電的可靠性 , 由地面變電所引自中央變電所的電纜數(shù)目至少應(yīng)有兩條 , 并分別引自地面變電所的兩段6(10)kV 母線上。 水泵是井下中央變電所的重要負(fù)荷 , 應(yīng)保證其供電絕對(duì)可靠 , 由于水泵總數(shù)中已包括備用水泵 , 因此每臺(tái)水泵可用一條專(zhuān)用電纜供電。水泵、采區(qū)用電、向電機(jī)車(chē)供電的硅整流裝置的整流變壓器、低壓動(dòng)力和照明用的配電變壓器 , 應(yīng)分散接在各段母線上 , 防止由于母線故障降低供電的可靠性和造成大范圍停電 , 影響安全和生產(chǎn)。(三) 采區(qū)變電所采區(qū)變電所是采區(qū)供電的中心,其任務(wù)是將井下中央變電所送來(lái)的高壓 6(10)kV 經(jīng)高壓防爆配電箱, 由礦用變壓器變?yōu)?660V(或380V) 后 , 分配或直接配給采掘工作面配電點(diǎn)或用電設(shè)備,這是一種傳統(tǒng)的采區(qū)供電方式,即采區(qū)變電所→工作面配電點(diǎn)方式, 如圖15所示。另外,隨著綜合機(jī)械化采煤工作面的大量出現(xiàn) 單機(jī)容量和設(shè)備的總?cè)萘慷己艽?其回采速度又快 , 若仍采用傳統(tǒng)的采區(qū)供電方式,既不經(jīng)濟(jì),又不易保證供電質(zhì)量。因此必須采用移動(dòng)變電站供電,以縮短低壓供電距離,使高壓深入負(fù)荷中心,將綜采工作面供電電壓提高到1140V,以利于保證供電的經(jīng)濟(jì)性和供電質(zhì)量。目前我國(guó)高產(chǎn)高效工作面使用的設(shè)備,其額定電壓已達(dá)3300V。這種采區(qū)供電方式為:采區(qū)變電所→移動(dòng)變電站→工作面配電點(diǎn)。第三節(jié) 礦用電氣設(shè)備概述礦用電氣設(shè)備是指煤礦井下所使用的電氣設(shè)備。由于煤礦井下的工作條件與地面有很大差別,因而對(duì)礦用電氣設(shè)備的結(jié)構(gòu)有特殊要求。根據(jù)其結(jié)構(gòu)與使用場(chǎng)所的不同,對(duì)礦用電氣設(shè)備進(jìn)行分類(lèi)。一、對(duì)礦用電氣設(shè)備的結(jié)構(gòu)要求 (1) 由于煤礦井下的空氣中含有瓦斯氣體和煤塵,在一定條件下有爆炸的危險(xiǎn),所以礦用電氣設(shè)備必須具有防爆性能。 (2) 井下巷道、硐室和工作面空間狹小,為節(jié)省硐室建筑費(fèi)用且搬遷設(shè)備方便,要求礦用電氣設(shè)備體積小, 重量輕。 (3) 井下存在冒頂、片幫、滴水及淋水等現(xiàn)象,所以礦用電氣設(shè)備的外殼要有足夠的機(jī)械強(qiáng)