1、概述

为了适应我国能源发展方针，建设千万吨级安全高效现代化矿井是发展方向。大采高综放是达到一井一面千万吨级产能的有效途径。大采高综放是采用采煤机将3.5～6.0 m厚煤层一次采出的综合机械化长壁采煤法。由于大采高综放工作面割煤高度加大，工作面单产能力提高，原有的采区工作面1140V供电系统已无法满足高产高效开采设备对电力的需求。近年来，国内井下3.3kV供电设备如移动变电站、控制开关技术随着煤炭技术发展，技术性能有所提升，但总体性能和技术水平与现场需求有较大差距，造成目前我国高产高效矿井采区工作面3.3kV供电设备仍以进口为主。因此，大采高综放开采工作面供电系统关键装备国产化研制须放在首位。为此，国家科技部将其列入“十一五”国家科技支撑项目进行了研发，并于2010年9月5日在同煤大唐塔山矿8105大采高综放工作面进行了生产应用，监测数据表明，供电系统运行安全可靠，满足工作面总功率8033kW供电及其控制要求。

2、工作面供电系统

8105大采高综放工作面供电方式是采用以下形式：①由移动变电站，通过负荷中心（3.3kV组合开关），向设备供电，一次电压10kV，二次电压3.3 kV。②将高压配电装置、干式变压器和多回路负荷中心，通过连接法兰组成一体，称为动力中心（Power Center）。由动力中心向综放工作面各采、运、支设备供电，并提供完善可靠的控制与保护。动力中心整体座落在带牵引挂钩的小车上，（单台最大的）额定容量3150kVA，一次电压10kV，二次可同时提供3.3 kV等多种工作电压，减少设备数量，适应集约化矿井安全、高效开采。工作面设备供电参数见表1. 总功率达到了8033kW，是目前最大供电容量，其全部由四台移动变电站等组成的联合供电设备列车，随工作面开采推进供电。

                                                表1

2.1采煤机供电回路

采煤机总功率为1945kW，由2500kVA/3.3采煤机动力中心（2路）1台供电。采煤机动力中心包括三个部分：PBG60-630/10Y矿用隔爆型移动变电站用高压真空开关、KJZ6-600/3300-2矿用隔爆兼本质安全型真空组合开关、2500kVA/10/3.3矿用隔爆干式变压器。电气原理和结构布置如图2所示。

图2采煤机动力中心

2.2前刮板输送机供电回路

前刮板输送机总功率1710kW，由2500kVA/3.3刮板输送机动力中心（3路）1台供电。其动力中心的组成比采煤机动力中增加了1路负载输出，即配置了KJZ6-600/3300-3矿用隔爆兼本质安全型真空组合开关。

2.3后刮板输送机供电回路

后刮板输送机总功率为2000kW，由3150kVA/3.3刮板输送机动力中心（3路）1台供电。其组成只是变压器容量增加了，即配置了31500kVA/10/3.3矿用隔爆干式变压器，其它与前刮板输送机动力中心一样。

2.4其它设备供电回路

转载机、破碎机、乳化液泵站、喷雾泵站总功率为2378kW，由3150kVA/3.3型负荷中心（12组合）1台供电。其组成与后刮板输送机动力中心的移动变电站相同，用电缆与KJZ3-1800/3300-12矿用隔爆兼本质安全型真空组合开关连接，集成泵站负荷中心，有12路负载输出接头。结构外形如图3所示。

图3KJZ3-1800/3300-12矿用隔爆兼本质安全型真空组合开关

2.5工作面及顺槽设备控制系统

工作面前、后刮板输送机、转载机、破碎机、胶带输送机等监控选用贝克公司生产的KJ50型PROMOS监控系统；乳化液泵站、喷雾泵站的压力、温度等进行自动监测配置了上海普昱泵站控制系统。其中安全闭锁和运行联锁通过KJ50将采煤机与各设备联通。

3供电系统实施特点

大采高综放工作面供电能力要求≥11300kVA，采用3300V组合开关以及多电压供电技术，实现了工作面安全、高效、可靠的一体化供电。对众多功率设备（如：采煤机、刮板输送机、泵站、转载机、破碎机、可伸缩胶带输送机等）的安全可靠供电和协调控制。

当综放工作面装机功率超过8000kW时，要求采、运、支等生产环节有机配合，协调动作，而原来常规的供电方式，因无法使工作面设备实现联动控制，不能提供完善的保护功能，已无法满足千万吨级综放工作面安全、高效生产的需要。根据大容量和集成化要求，采用了基于DSP技术的系列化矿用组合开关的总体解决方案，完成千万吨级综放工作面供电与控制系统设计。确定矿用动力中心和负荷中心的工作电压3300V，总工作电流600～1500A，2～14路输出，对工作面采煤机、刮板运输机、转载机、破碎机、乳化液泵等综放设备进行起动、停止、反转、双速切换及主、从顺序控制，并能对电动机及供电线路进行过载、短路、断相、漏电、漏电闭锁、高压绝缘监视、接触器粘连、过压、欠压等保护。（为以后扩展使用内置了国外JOY、Eickhoff公司生产的采煤机监测、显示装置， 能对JOY公司的TTT耦合器进行运行控制、充液控制和状态检测，并将TTT耦合器的一些信息通过MODBUS协议在组合开关上显示）。实现采煤机与运输机间闭锁；实现运输机负荷状况向采煤机的传送；实现采煤机速度的自动控制。组合开关与移动变电站一起构成了综放工作面安全、高效、可靠的一体化供电系统。

4应用情况

该套供电设备常州联力自动化科技有限公司、大同煤矿集团有限责任公司和中国矿业大学承担研发，于2010年9月5 日使用于同煤集团塔山矿一盘区3～5号煤层8105工作面，工作面走向长2965.9m，倾斜长207.0m，煤厚12.18～18.17（14.81）m，容重1.45t/m3，可采储量10895161.9t，皮带巷：5500×3600mm（净宽×净高）回风巷：5500×3600mm（净宽×净高）。截止12月5日工作面推进了425m，最高日产达到了3.3万吨,累计192.6万t。图4为后刮板输送机供电动力中心井下使用情景。

图4后刮板输送机供电动力中心3150kVA/3.3井下使用情景

通过检测和记录表明供电系统及其设备运行正常，控制功能和安全保护措施准确可靠。动力中心具有的短路、过载、断相、漏电、漏电闭锁、过电压、欠压、高压绝缘检测、后备保护等功能和单台3.3kV组合开关总工作电流1500A，所具有的漏电保护、高压绝缘检测、参数动态设置、在线检测功能，以及具有全数字化处理、控制、保护、中文显示、故障诊断、实时监控与通讯功能在现场使用发挥很好的作用，为采、运、支设备合理运行提供了保障。实测供电功率值如图4所示。

图4实时功率图

5结论

大容量综合机械化工作面供电设备和系统，在我国的综合机械化装备中是比较薄弱的环节，但需求不少。国内研究院所和厂家都在积极研发，本套≥11300kVA供电设备及系统研制与应用，为我国综合机械化开采提供更经济合理的选择供电设备。

作者简介：陈廷理，男，1962年12月出生，1983年毕业于太原工学院，工程师，现任大同煤矿集团大斗沟煤业公司副董事长、党委书记。