金属矿山井下电气设计要点

杨绍伟

(昆明有色冶金设计研究院股份公司，云南 昆明 650051)

金属矿山井下电气设计要点

杨绍伟

(昆明有色冶金设计研究院股份公司，云南 昆明 650051)

我国目前已面临矿山浅部资源危机，深部有潜力或新发现矿山位于深部的状况，井下开采矿山将成为资源开采的一个重要方向。矿山井下电气设计作为电气设计中的一个特殊部分，和其它电气设计有着明显的不同之处，笔者通过对相关电力设计规范的分析研究，结合实际管理、使用及生产作业环境的实际情况，阐述了金属矿山井下电气设计应注意的要点。

金属矿山；井下开采；电气设计；电力设计规范

0 引 言

矿产资源是重要的自然资源，它不是上帝的恩赐，而是经过几百万年，甚至几亿年的地质变化才形成的，是社会生产发展的重要物质基础。随着我国经济的快速发展和人民生活水平的提高，各种资源的消耗量越来越大，资源供给不足已成为我国可持续发展的重要制约因素。而我国现有大中型金属矿山多数是20世纪70、80年代以前建成投产的，目前已面临矿山浅部资源危机、深部有潜力或新发现矿山资源位于深部的状况。所以井下开采矿山将是以后资源开采的一个重要方向。

井下开采在我国金属矿山占有很重要的地位，特别是在有色金属和黄金系统中多数矿山均采用地下开采。矿山地下开采的生产环境不同于地面生产环境，地下开采具有以下特点：①坑内巷道、硐室和工作面的空间尺寸较小；②坑内移动设备较多，移动较为频繁；③矿尘较多，比较潮湿，甚至部分地方淋水；④可能产生岩石脱落，片帮或冒顶等现象，使电气设备和电缆遭到损伤。

为了保证井下在良好的防护条件和完善的安全措施下连续生产，井下电力设计应根据生产规模、生产环境及相关规范、标准进行设计。

1 负荷等级和电源要求

目前实施的GB 50070-2009《矿山电力设计规范》3.0.1.1规定：矿井经常升降人员的立井提升机属于一级负荷。原来的规范是：因事故停电有淹井危险的主排水泵；有爆炸、火灾危险的矿井主通风机；对人体健康及生命有危害气体矿井的主通风机，规定要有这三项之一所列危险矿井才规定为一级负荷。新规范规定只要是经常升降人员的立井提升机，都要按一级负荷来考虑。这是新规范把“以人为本”理念在矿山生产中的重要延续。

新规范对电源的要求也有很大变化，变成了从是否有一级负荷和企业规模大小两方面来考虑。是否有一级负荷的矿山，不管规模大小，都应由双重电源供电，这条是判断的关键。当一电源中断供电，另一电源不应同时受到损坏，且电源容量应至少保证矿山企业全部一级负荷电力需求，并宜满足大型矿山企业二级负荷电力需求；其次考虑企业的规模，大型矿山企业宜由两回电源线路供电，两回电源线路中的任一回中断供电时，其余电源线路宜保证供给全部一、二级负荷电力需求。在井下电气设计中要把是否有一级负荷和企业规模大小这2个因素结合起来分析，才能更好的把握住矿山对电源的要求。

2 低压配电系统

目前实施的GB 50070-2009《矿山电力设计规范》4.1.3规定：井下低压配电系统接地型式应采用IT系统。在实际运行中，由于选择性接地保护没有解决，只能在整个电网系统中装设监测绝缘漏电情况的保护装置。而冶金地下开采矿山一般较为潮湿，采掘工作面环境恶劣，线路与设备的绝缘水平又低，因此监测绝缘的漏电装置经常处于动作状态，不能正常运行，加上矿山企业自身的管理和技术水平，难以找到真正的故障点，以致许多矿山装而不用，使得地下矿山的低压电网处于无接地保护状态。虽然说中性点不接地系统有不少优点，但由于处于无保护状态，让矿山井下存在着相当大的危险性。

在配电变压器的中性点接入适当阻值的电阻器，通过限制其发生单相接地的接地电流，装设剩余电流保护开关来实现接地保护就是一个可行的方法。

按规范规定，接地故障电流不应>5 A，其配电变压器的中性点接地电阻值为：

式中：R为中性点接地电阻值；

U为单相接地电压(230V)；

I为接地故障电流(A)。

3 电缆选择

GB50070-2009《矿山电力设计规范》4.3.1.7规定：重要电源回路、移动式电气设备的电缆及井下有爆炸危险环境矿井的低压电缆应采用铜芯电缆。对其它地方采用铜芯电缆则没有做出规定，由于铝相较于铜在价格上有很大的优势，还有铝比铜重量轻，在满足相同导电性能的前提下，铝导体线缆的重量只有相同载流量铜缆的一半，在矿山井下采用电缆支架固定安装具有很大的优势。所以对16mm2及以上电缆在矿山井下非重要环境中可采用铝芯电缆，可降低安装成本，减少投资。

根据2013年9月6日，国家安监总局下发《关于发布金属非金属矿山禁止使用的设备及工艺目录(第一批)的通知》(安监总管〔2013〕101号)中将非阻燃电缆(含强、弱电)列入金属非金属矿山禁止设备目录内。因电缆工作时，尤其是过流、过载时，由于导体发热会导致电缆温度升高，如果电缆不具备良好的阻燃性能，极易引起电缆着火，在燃烧的同时产生大量有毒有害气体，而矿井通风采用机械通风，通风效果较差，较容易造成矿工中毒窒息。电气设计中一定要注意，禁止使用非阻燃电缆，以免违反相关规定。

此外，GB50070-2009《矿山电力设计规范》4.3.1.1，4.3.1.2对高压电缆的选择做了重新的规定，要求采用交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电力电缆或聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套电力电缆，并要求采用金属铠装电缆。

4 保护配置

由于矿山井下高粉尘、高温高湿的特殊环境，为保障供电设备在井下安全稳定的运行，按照规范规定，矿山井下所选供电设备要保证能在高电压、高负荷的供电情况下，实现供电性能的正常发挥及安全可靠。高低压线路应设置短路保护、过负荷保护和接地保护3种保护。

1)井下用电设备分散，线路一般较长，灵敏度不够的情况时常发生。所以GB50070-2009《矿山电力设计规范》4.2.7规定：当低压配电线路的短路保护电器为断路器时，被保护线路末端的最小短路电流不应低于断路器瞬时或短延时脱扣器整定电流的1.5倍。而其它地方对于低压线路的短路保护，采用的是GB50054-2011《低压配电设计规范》第6.2.4条和GB14048.2《低压开关设备和控制设备第二部分：断路器》的规定，当短路保护电器为断路器时，被保护线路末端的短路电流不应小于断路器瞬时或短延时过电流脱扣器整定电流的1.3倍。因矿山井下生产环境的特殊性，在整定断路器瞬时或短延时脱扣器时要按1.5倍来整定。

2)井下高压系统中性点采用不接地、高电阻接地或消弧线圈接地方式时单相接地保护应满足要求：由井下配电所引出的所有高压出线都应装有选择性的单相接地保护，保护应动作于跳闸或信号；向移动变电站供电的高压出线，应装设有选择性的单相接地保护，保护应无时限地动作于跳闸。该规定为强制性标准，应严格执行。

5 开关柜柜型

矿井身处地下，凿岩机及凿岩台车、掘进和支护台车、柴油铲运机等柴油采掘、回采设备产生的尾气和矿井工人放炮后产生的粉尘较大，虽然矿井采用通风管道强制通风，但是受到深度、活动空间和通风机械的限制，通风效果与地面是无法比拟的，所以烟尘和粉尘中的碳粒子容易通过巷道进入到变配电硐室中的电气设备上，对电气设备中电子部分造成短路等伤害。矿山井下是一个特殊场所，井下地质条件的复杂及井建工程的巨大投资都是对项目的制约因素。

固体绝缘开关柜是一种集外固封、绝缘母线及组合单元小型化3种技术于一体，开关及高压带电部件采用环氧树脂进行整体浇注，以环氧树脂固封作为带电体对地及相间的绝缘的新型配电设备，绝缘筒采用固封极柱技术，将真空灭弧室、主导电回路和绝缘支撑等有机结合为一体，实现全绝缘、全密封和免维护结构。具有绝缘性能高、体积小、容量大、整体强度高、免维护等特点。而且固体绝缘开关柜占地面积只为大气绝缘高压金属封闭开关柜的40%，是超小型产品。可以靠墙安装，单面维护，这样的话，其占地面更小。

所以，固体绝缘开关柜的出现能很好地解决在矿山井下配电设备的特殊要求。

6 结 语

矿山井下电气设计作为电气设计中一个特殊的部分，和其它电气设计有着明显的不同之处。由于其场所的特殊性，应严格按照国家相关规范进行设计。同时，还应综合考虑矿山企业实际管理和使用需要，结合生产作业环境的实际情况来进行系统的设计。

[1] 中国煤炭建设协会.GB50070-2009 矿山电力设计规范[S].北京：中国计划出版社，2009.

[2] 中国航空工业规划设计研究院.工业与民用配电设计手册[M].3版.北京：中国电力出版社，2005.

[3] 中国机械工业联合会.GB50054-2011 低压配电设计规范[S].北京：中国计划出版社，2012.

[4] 刘思沛.矿山供电[M].北京：机械工业出版社，2004.

Probe into Electrical Design for Metal Mine's Underground Mining

YANG Shaowei

(Kunming Engineering & Research Institute of Nonferrous Metallurgy Co.Ltd, Kunming 650051, China )

China now is facing the shallow resource crisis. Mines with potential or new mines are in the deep and underground ming becomes an important trend. As a special part of electrical design, the electrical design of underground mining differ distinctively. By analyzing relevant design codes and combing actual management, usage and production conditions, matters of attention in the electrical design of underground mining were described.

metal mine; underground mining; electrical design; code for electrical design

2016-02-19.

杨绍伟(1983-)，男，云南人，工程师.主要研究方向：供配电、自动化控制设计.

TD

A

1004-2660(2016)01-0044-03