综采工作面超远距离供电及供液技术的研究与应用

（山西煤炭运销集团新工煤业有限公司 山西 033000）

随着经济、科技等方面的发展和电气工程等基础科学教育的发展，我国工业进入一个新的快速发展阶段。煤矿综采工程中，需要保证整个工作面在供电、供液等设备在布置及安全可靠性方面，符合生产平稳、运行有序的要求，因此要求综采供电、供液技术既合理又实用。在煤炭开采等工程中，经常遭遇复杂的地理结构，如在破碎的岩石结构中，会因工程开采影响地质稳定性，容易挤压巷道产生流动变形，整个过程则呈现间歇的膨胀和松动状态，影响巷道相关结构的弹性恢复能力，进而影响巷道的后期使用，给后续煤矿开采带来安全隐患，而超远距离供电、供液等技术的应用，改变了传统开采过程中相关设备的布置位置，设备的布置位置更加灵活，从而提升了作业的安全性和效率。

1.综采工作面供电供液的形式和长距离供电供液存在的挑战

(1)综采工作面供电供液装置布置形式

综采工作一般需要较大功率的设备，因此常借助变电站供电。如今的传统作业中，将移动变电站设置在开采区的下顺槽或运输巷中，在具有伸缩功能的胶带运输机边敷设乳化液泵站和工作面的配电点及相关装备的平移轨道，以使得在开采逐渐推进的状态下，供电供液等设备能较轻便的移动，通过较好的巷道断面支护来降低设备沿程移动造成的设备损坏程度，但支护、维护工作较频繁，费用高。远距离输电、输液的设备布置模式，有不同的方法。可在独立辅助巷道中设计和铺设泵站、配电点及变电站，按工程需求每隔合适距离连接运输巷，该方法减少了供电供液设备的支护费用，但需要挖掘多个横川和装置辅助巷，因此可能损失部分煤柱，开采推进后一旦距离过远，仍然需要移动相关设备，十分不方便。

另一种方法是在超距离的地方装配供电供液设备，如在远离工作面的硐室中安装，该方法在地质破碎情况严重、顶板压力大等情况下较适宜应用，巷道维护等工作较大，但因远离工作巷道，减少了巷道开拓量，因此整体的建设和维护费用有增有减，一般而言距离越长经济性越强，但超远距离供电供液面临液压、电缆压降等损失，因此需要根据具体的场地及工程情况，考虑作业需求和经济性等因素，合理的选择、设计和应用不同的供电供液布置形式。

(2)综采工作面超长距离供电供液面临的挑战

综采工作面采用超远距离的输电输液方式，对供电系统电压稳定可靠性产生了巨大的挑战，而综采作业必须要求使用合理、稳定的整定电流，才能安全稳定的进行生产，若供电损失电压超出系统允许范围，则可能造成设备烧毁等严重后果。因此，综采工作超远距离供电供液，需要解决电力损耗、电压大幅下降及移动便捷性差等问题，选择合适电缆、变压器等设备，并通过合理设计和分离泵站、变压器，借助优秀控制器、启停装置等措施，来保证远距离输电的供电质量和设备放置与搬移的便捷性。超远距离供电、供液，在巷道中布置相应的管线或部分装置，不仅需要科学布置位置、选用设备，还应选择合适的供电、供液形式，如选择交叉供电降低电机启动过程中对单根电缆性能的影响，从而提升电缆等支持性设备或材料的使用寿命，降低后期维护工程量及费用。

2.综采工作面超远距离供电供液系统研究

(1)综采工作面超远距离供液系统硬件设计与实现

供液系统硬件设备一般包括变频器、乳化液泵和过滤器、控制器等设备。变频器作用是调节基本站压力，可直接进行转矩控制，自动调节工作面相关设备运转速度、时间，使设备压力与乳化液泵压力一致，即通过变频器调节，使初始供给速度调快于液泵压力变化率，从而补充远距离供液供电的损耗，使综采工作面液压设备的压力符合要求且处于恒定状态。

乳化液泵为综采作业液压设备提供乳化液，常采用的有五柱塞泵等结构的液泵，一般一个综采系统由多台泵组成，并对主泵进行变频控制。每台乳化液泵应用电磁卸载阀实现电控、机械卸载等功能及功能自由切换。为保证乳化液泵站供液压力符合供液需求，可通过应用液温检测、故障报警等装置，自动智能化的检测和控制乳化液泵的运行状态。乳化液箱需根据综采超远距离作业实际需求，选择合适的主箱、副箱容积。

过滤器负责对工作面超远距离供液介质进行清洁，即对乳化液用水等进行过滤，是乳化液介质运输过程中必要的装置。过滤器的选择和设计，需要保证其流量、纳污性能符合供液设备需求及用水水质的实际状况。

控制器硬件主要实现乳化液泵等设备空载启停、紧急卸荷等功能，以保障超远距离供液系统正常、安全运转，并为系统提供紧急的处理措施，如电控卸荷在电控失效后，可通过控制器控制液泵切换为液压运行模式；在液泵压力下降等情况下，可通过控制器保护供液系统，防止爆管，通过开启急停卸荷阀停泵。

(2)综采工作面超远距离供电供液系统软件设计与实现

根据实际系统控制功能需求，结合工程发展规划，选择合适的技术软件设计、实现超远供电供液远距离控制。如在供液系统中应用模糊PID技术，传输各硬件设备运行信息，如液泵端口供液压力等信息，将其与设定压力比较，得到供液压力实际误差、差值变化量等数据，借助PID技术得到供液误差模糊集合，作为变频器工作参数，以更准确、智能的自动调节液泵压力。

3.综采工作面超远距离供电及供液的应用探究

(1)设计原则

综采工作面应用超远距离供电及供液技术，需要遵循基本的“五高”原则，即高设计起点、高技术、高应用质量、高作业效率、高效益，应以高效益为核心目标，充分利用软硬件资源，在应用先进技术及设备保证应用质量、工作效率的基础上，尽量设计出经济实用性强的系统，通过网络通讯、自动控制等功能，进行远程、自动化的无人或少人供电供液工作面。

(2)超远距离供电

工作面应用超远距离供电技术，需要考虑电压稳定性、经济性等引数，选择合适的负荷电缆，还应当考虑电缆互换性，合理配备合理数量的备用电缆。综采工作面包括输送机、破碎机、采煤机等设备，实际供电及功能需求存在差异，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等型号是常使用的电动机，配备金属屏蔽型橡套电缆和矿用隔爆安全型组合变频器等配套装置。

(3)超远距离供液

根据工程需求选择不同型号的供液设备，整个系统包含实时监测、恒压控制、自动配液、自动过滤、特高压安全供液等子系统。根据系统各单元不同的液体洁净度要求，配有各级过滤站设备。根据进液管、回液管、清水管等不同管线压力设计标准，选择合适的液压专用管，钢管间使用超高压机械头实现稳定安全的连接，尽量延长管线使用寿命和长距离供液的稳定性，近工作面管线应采用高压胶管等材料，方便顺槽进行超前支护管路布置工作。

(4)应用注意要点

在大采高工作面中，传统供液方式和不同的远距离供电供液方法都有明显的优缺点，尤其在供液方面，各模式的优缺点体现的更明显，因此对各因素进行更深入、综合性的考虑，不能一味追求应用远距离输液这一先进技术，若大采高综采采用自移负荷列车，则可优先应用远距离供液技术。

远距离供电受制于工作面采煤机等设备启动压降及带载能力，可采取两进一回的分巷布置方式，在经济损失较小的情况下，应保守采用传统的供电方式，在巷道底板牢固等地质条件较好时，可利用自移负荷列车建设远距离供电系统；巷道地质情况差，一般采用一进一回布置方法，通过精密的远距离输电核算，建设远距离供电系统。

4.结束语

综上，超远距离供电及供液技术在综采工作面的应用，能更好的应对不同的巷道情况，提升开采工作的安全性和设备运行的稳定性，有重要实践应用意义。本文从多角度探究了该技术的应用及系统实现，实际应用中，还应根据实际的工作需求和技术能力，选择合适的输电、输液技术和设备。