煤矿机电安全知识

知识要点： 1.井下特殊的环境；

2.煤矿企业对供电的基本要求； 3.电力负荷的分类；

4.电力系统中性点的运行方式； 5.电力系统额定电压等级； 6.电力网各种结线方式分类。 7.井下局部通风机的供电 8、变电所位置确定及设备布置 一、井下特殊环境

1．煤矿井下的空气中含有瓦斯及煤尘，在其含量达到一定量时，如遇到电气设备或线路产生 电弧、电火花和局部高温时，就会燃烧和爆炸。

2．井下采掘工艺需要用电雷管，电气设备对地的漏泄电流可能会将电雷管引爆。

3．井下硐室、巷道、采掘工作面等需要安装电气设备的空间都比较狭窄，对电气设备的体积 应受到一定限制，且使人体接触电气设备的机会较多，容易发生触电事故。

4．井下由于岩石和煤层的压力，常会发生冒顶和片邦事故，使电气设备(特别对电缆)很容易 受到这些外力的砸、碰、挤、压。 5．井下空气比较潮湿，湿度一般在 90％以上，并且机电硐室和巷道经常有滴水及淋水，使电 气设备很容易受潮。

6．井下有些机电硐室和巷道的温度较高，因而使井下电气设备的散热条件较差。

7．采掘工作面的电气设备移动频繁，且经常启动。生产中由于受自然条件变化的影响，使用 电设备的负荷变化较大，有时会产生短时过载。

8.由于井下地质条件发生变化，及雨季期间，井下有发生突水事故的可能，其出水量往往为 正常涌水量的几倍甚至几十倍。一旦突然出水，要求排水设备迅速开动，以保证矿井安全。此时应有足够大的供电系统，以保证全部排水设备正常工作。 9．井下如发生全部停电事故，超过一定的时间后，可能发生采区或全井被淹的重大事故。同 时井下停电停风后，还会造成瓦斯积聚，引起瓦斯和煤尘爆炸危险。 由于存在以上特殊条件，因此在考虑煤矿井下供电系统时，除必须严格遵守煤炭部颁发的 《煤 矿安全规程》及《煤炭工业设计规范》中有关的规定外，还应注意安全可靠、经济合理性。 二、煤矿企业对供电的基本要求

1.供电可靠： 1）要求供电不间断； 2）对重要负荷供电应绝对可靠：如主排水泵、提升机、通风机、瓦斯泵、压风机、监测监控等； 3）采用双回独立线路供电。

煤矿井下中断供电会导致通风中断、瓦斯积聚，水泵停开可能会淹井等严重问题。所以必须保证矿井可靠的供电。

2.供电安全 ： 1）供电安全包括人身和设备安全； 2）依据《煤

矿安全规程》和有关规定，进行操作，确保供电安全。 井下潮湿、空间侠窄、光照不足是构成用电不安全的客观条件；同时井下存在瓦斯、煤尘爆炸危险，电气设备必须采取防爆措施。这些都对井下安全提出了较高的要求。

3.供电质量： 1）要求用电设备在额定参数下运行； 2）反映供电质量的指标主要有两个：频率和电压。频率 50Hz，要求偏差小于±0.5Hz，即额 定频率的 1%，一般由发电厂决定。电压，各种电气设备要求电压偏差也不一样，一般情况下电动 机允许电压偏差±5%，过高或过低都有烧坏电动机的可能。 线路额定电压UN 35kV及以上 10kV及以下 低压照明 电压允许变化范围 5%UN 7%UN +5%UN～-10%UN

4.供电经济 在保证供电安全、可靠，质量的前提下： １）尽量降低基本建设投资;

２）尽可能降低设备、材料、有色金属的消耗; ３）尽量降低电能消耗和维修费用等。 三、电力负荷的分类（依据重要性进行分类） 1.一类负荷（一级负荷）

1）定义：凡因突然中断供电可能造成人身伤亡或重大设备损坏、造成重大经济损失或在政治 上产生不良影响的负荷。

2）举例：主排水泵、立井提升机、通风机、瓦斯泵等。 3）供电要求：两个独立电源供电。 2.二类负荷（二级负荷）

1）定义：凡因突然停电造成大量减产或大量废品的负荷。 2）举例：井下采、掘工作面、机电运输、地面生产系统等。 3）供电要求：两个独立电源供电或专线。 3.三类负荷（三级负荷）

1）定义：指除一、二类负荷以外的其它负荷。 2）举例：学校宿舍、地面附属车间及矿山机修厂等。 3）供电：单回路供电、多负荷共用一条输电线路。

负荷分类的目的：确保一类负荷供电不间断，保证二类负荷用电，考虑三类负荷供电。

四、电力系统中性点的运行方式

１．电力系统中性点的运行方式决定了单相接地后的运行情况，供电可靠性、保护方法及人身安全等问题。 ２．中性点运行方式 １）中性点不接地系统

（1）中性点不接地系统（见图 1-5）

（2）优缺点： 优点：单相接地时，线电压仍对称，不影响供电，提高供电的可靠性；且接地电流小； 缺点：单相接地时，非接地相对地电压升高 3倍，易击穿绝缘薄弱处，造成两相接地短。

（3）适用范围：煤矿井下

（4）单相接地电容电流： 架空线路：I E1=UL/350 ，电缆线路： I E2=UL/10 ; I= I E1+I E2当单相接地电容电流：3～10kV电网约为 30A，2～63kV（35kV）电网约为 10A时，易产生 断续电弧。断续电弧将在电网产生 L、C 震荡，在系统中产生（３～４）Ｕe的过电压，可能使绝 缘薄弱处击穿，造成短路故障。 应对措施：

A．限时：单相接地时间不应超过 0.5～2h；井下要求立即断电 B．装设绝缘监视、接地保护装置。 C．转换线路。

２）中性点经消弧线圈接地系统

（1）中性点接地电容电流超过限度时，可采用中性点经消弧线圈接地系统。

（2）接法（图 1-7） 。

（3）消弧线圈的结构、工作状态。 结构 ：消弧线圈是一个有铁心的可调电感线圈，有 5～9 个插头，可调节匝数，减小间隙。 线圈电阻很小，感抗很大，可看成纯

电感元件。工作状态：工作在补偿状态。若消弧线圈的感抗调节合适，将使接地电流降到很小，达到不起弧的程度。

（4）优缺点： 优点：单相接地时，线电压仍对称，不影响供电，单相接地时，运行不允许超过２h，提高供 电的可靠性。 缺点：单相接地时，非接地相对地电压升高 3倍，易击穿绝缘薄弱处，造成两相接地短路。

3）中性点直接接地系统

（1）中性点直接接地系统（见图 1-8）

（1）引入：介绍接线方法（图 1-8） 。 （2）优缺点：（对应中性点不接地）

优点：单相接地时，其他两相对地电压不会升高。接地电流大，提高了保护装置的可靠性。

缺点：单相接地时，构成短路，电流大（称为大接地电流系统）。 （3）适用： A．110kV 及以上电压等级的电网上（绝缘只按相电压考虑）。

B．地面 380/220V 三相四线制供电系统，获得两种电压等级。

五、煤矿常用交流电压等级及用途 电压(kV) 用途 供电电压等级的确定 线路电压高低与输送功率和距离有关。在确定供电电压时，应将两种可用的电压方案，作经济比较。当经济指标相差不大时，应优先采用等级较高的方案。对单回路输电架空线电压等供电 0.036 0.133 0.23 0.40 0.69 1.2 3.15 6.3 10.5 38.5 受电 0.036 井下电气设备的控制回路与 局部照明 0.127 井下照明及手持式电钻 0.22 0.38 矿井地面照明 地面及井下低压动力 井下采区低压动力 井下综合机械化采区低压动井上下高压电动机及配电电井上下高压电动机及配电电矿区内部的配电电压 0.66 1.14 3 6 10 35 井下综合机械化采区低压动级的确定，可参考下式估算： U=5.5 千伏 六、电力网各种结线方式分类。 1.电力网的分类

１）电力网：由变电所及各种不同电压等级的输电、配电线路组成。

２）任务：输电 配电。

３）分类：以电压高低、负荷性质、线路结构和中性点运行方式来进行分类。 2.电力网的结线方式

1）放射式电网（图 1-2）. （１）分类：单回路、双回路。

（２）主要优点：

优点：线路独立、可靠性高、继电保护整定简单。 缺点：总线路长、不经济。

（３）适用：负荷容量大或孤立的重要用户 ２）干线式电网（图1-3） （１）分类：单回路、双回路。

（２）优，缺点；（相对于放射式的优缺点） 优点：总线路短、节资。

缺点：用户相互影响、可靠性低、保护整定误差大。 使用对象：单回路干线式一般使用三类负荷供电，如居住区、宿舍楼，双回路干线式一般使 用二、三类负荷供电。

３）环式电网（图 1-4） （１）分类：开环、闭环。

（２）优缺点： 优点：总设备少，投资小，可靠性高； 缺点：负荷容量相差太大时不经济，继电保护整定复杂。

（３）适用对象：负荷容量相差不太大，彼此之间相距较近，而离电源都较近，且对供电可 靠性要求较高的重要用户。

七、井下局部通风机的专用供电问题：

（1）低瓦斯矿井掘进工作面局部通风机应采用装有选择性漏电保护的专用开关和专用线路供电；

注：低瓦斯矿井掘进工作面的局部通风机供电要求达到“二专”（专用开关和专用线路）；

（2）高瓦斯矿井、煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出矿井掘进工作面的局部通风机必须采用双电源供电。

注：高瓦斯矿井、煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出矿井掘进工作面的局部通风机供电要求达到双电源供电，且主供电电源应达到“三专”（专用变压器、专用开关和专用线路）；备用电源允许引自其他动力变压器的低压母线段，但其供电回路应采用装有选择性漏电保护的专用开关和专用线路供电。

3）使用局部通风机供风的地点，其配电设备必须实行风电和瓦斯电闭锁，保证在停风和瓦斯超限后切断该区域内全部非本质安全型电气设备的电源。

注：（1）在实际应用中，有些矿井（特别是一些小型矿井）的掘进工作面之所以频繁发生停风、瓦斯超现和积聚现象，都是因为局部通风机没有实行专用线路供电，而是与工作面其他动力用电设备共用供电线路，在其他动力用电设备搬迁、检修或发生短路事故时，都会造成局部通风机的停电运行。

（2）“关于印发《煤矿瓦斯治理经验五十条》的通知”（发改能源[2005]457）第四十五条规定：“保证井下局部通风机的连续供电。局部高低压供电实现双电源供电；采区变电所或井下中央变电所直供，且做到至少两个电源；采区变电所分段运行……”。根据这一规定，煤（岩）与瓦斯（CO2）突出矿井掘进工作面的局部通风机必须双电源供电。 （贵州[2008]83）并要求运行风机和备用风机自动切换。确保局部通风机供电的可靠性、连续性。

八、变电所位置确定及设备布置

根据煤矿负荷的大小，分布特点及内部环境特点等因素进行综合分析，经技术经济比较后确定 地面变电所与井下变电所的位置及变电所设备的布置。

分析煤矿各生产机械的分布情况，以及对供电电源的要求、安全保护要求，确定结线方式，进 一步确定地面变电所与井下变电所的位置及变电所设备布置方案。 1.输电电压的选择

矿井用电负荷和用电点确定后，接着需要确定的是矿井的输电电压。矿井电压在某些情况下 是比较容易选择的，而在某些情况下不进行方案比较就很难确定，而这些比较又往往与供电系统、 变电所位置和数量有关。当方案比较经济差异不大时，在设计中应尽可能采用高一级的电压，使高电压深入用户， 以节省电耗，给系统发展留有适当的余地，保证电能的质量和安全经济地送电。 2.变电所所址选择 1）接近负荷中心； 2）节约用地； 3）进出线方便；

4）变电所所址有适宜的地质条件； 5）交通方便；

6）周围环境清洁。 3.送电范围的划分

4.矿井用电负荷的分级 用电负荷的等级，是选择矿区供配电系统的主要依据之一。按照可靠性的要求，矿井用电负荷一般分为三级。 1）一级负荷 (1)矿井主要扇风机。 (2)升降人员的立井提升机。 (3)有淹没危险的井下主排水设备。 (4)矿井抽放瓦斯设备。

(5)突出、高瓦斯矿井掘进头的通风设备。 2）二级负荷

(1)煤矿企业、井上、下主要生产环节的动力和照明设备。 (2)水源缺乏地区的生产、生活水源水泵及配有备用泵的消防水泵。

(3) 4t 以上锅炉设备。 (4)矿灯充电设备。

(5)以电机车为主要运输方式的整流及充电设备。

(6)自动交换机，大中型监控设备及管理计管机的用电设备。 (7)电气集中的铁路运输信号设备。

3）三级负荷 凡不属于一、二级负荷的均属三级负荷。 5.供配电系统的形成

矿井供配电系统对于一级负荷应有两个独立的电源供电，当发生任何故障时，两个电源的任何部分应不致同时受到损坏，并能迅速恢复供电；对二级负荷一般由两回路供电，当同一用电单位由两回及以上的电源线供电时， 当任一回电源线故障时，应能保证一、二级负荷用电或全部负荷用电；对于三级负荷一般只设一回电源线，对几个较小的三级负荷，可共用一回电源线。

在设计供配电系统时，一般不考虑一回电源线路检修或故障时，另一回电源线路又发生故障 的可能性。同一电压的配电级数，不宜多于二到三级。适用于一、二级负荷的供、配电系统有下列几种： 6.配出线的结线 1）配电开关

a.配电开关的种类：隔离开关、负荷开关、熔断器和断路器。

b.隔离开关布置及适应对象：

负荷开关+熔断器：适用于容量小不重要的用户；

隔离开关＋断路器：适用于容量大比较重要的用户，单回路； 隔离开关＋断路器＋隔离开关：容量大的重要用户，双回路。 c.停送电操作。停送电操作顺序。 ２）总配电所的主结线

（１）单母线：对三类负荷供电

（２）单母线分段：可靠性高，负荷大（独立双电源）：对一、二类负荷供电。非独立电源：对二、三类负荷供电． A、主变压器出线侧所联结的母线．

a）、单母线结线：适用情况：容量小，可靠性不高的负荷。 b）、双母线结线：适用情况：大容量变电所、220KV以上的线路。

c）、单母线分段式结线：适用情况及要求，负荷对称、兼顾平衡（大多数煤矿用的是这种）.

B、线路-变压器组结线： 适用：三类负荷 有三种形式：

a）、用隔离开关作为进线开关：适用线路短，变压器容量小的情况。

b）、用熔断器作为进线开关：适用线路长，容量小。如：农村、小型企业。

c）、用隔离开关、断路器作为进线开关：适用线路长，容量大。如：大、中型煤矿企业。

7、煤矿总变电所接线实例：

电源数目、变压器、负荷、接线方式、电压等级、可靠性 （1）矿井供电方式的决定因素：井田范围、煤层开采深度、开采方法、年产量、涌水量、负荷大小等综合因素进行。 （2）分类：深井和浅井两种类型。 （a）深井供电系统

1).特点：

井下设立中央变电所 2).决定因素：

煤层深，井下负荷大、涌水量大等。 3).组成：

地面变电所、井下中央变电所和采区变电所。 4).供电回路数： 两回路或两回路以上。 （b）浅井供电系统

a).特点：井下不设立中央变电所。

b).决定因素：煤层埋藏不深(一般离地表 100～200m)、井田范围大、井下负荷不大、涌水量 小的矿井。可采用浅井供电系统。

(c).浅井供电主要有以下三种方式：

a).井底车场及其附近巷道的低压用电设备，可由设在地面变电所的配电变压器降压后，用低 压电缆通过井筒送到井底车场配电所，再由井底车场配电所将低压电能送至各低压用电设备。井 下架线式电机车所用直流电源，可在地面变电所整流，然后将直流电用电缆沿井筒送到井底车场 配电所后供给。 b).当采区负荷不大或无高压用电设备时，采区用电由地面变电所用高压架空线路，将电能送 到设在采区地面上的变电室或

变电亭，然后把电压降为 380V 或 660V 后，用低压电缆经钻孔送到 井下采区配电所，由采区配电所再送给工作面配电点和低压用电设备。

c).当采区负荷较大或有高压用电设备时， 用高压电缆经钻孔将高压电能送到井下采区变电所， 然后降压向采区低压负荷供电。

在浅井供电系统中，由于采区用电是通过采区地表直通井下的钻孔向采区供电的，所以也称 为钻孔供电系统。为防止钻孔孔壁塌落挤压电缆，钻孔中敷设有钢管，电缆穿过钢管送至井下采 区。

(d).优缺点：浅井供电系统，可节省井下昂贵的高压电气设备和电缆，减少井下变电硐室的开 拓量，所以比较经济、安全。其不足之处是需打钻孔和敷设钢管，钢管用完后不能回收。 矿井供电究竟采用哪种供电方式，应根据矿井的具体情况经技术经济比较后确定。

（3）井下中央变电所的结线

（１）单母线分段结线 可靠性高，负荷大（独立双电源）：对一二类负荷供电．独立电源：对二三类负荷供电． （２）运行方式：母线采用分列运行。

（３）适用情况；可靠性高、负荷大（独立双电源）、对一二类负荷供电。

8、井下中央变电所的位置和硐室布置 （1）位置选择原则

①尽量位于负荷中心，以节省电缆减少电能与电压损失； ②电缆进出线和设备的运输要方便； ③变电所通风要良好；

④变电所的顶.底板坚固，无淋水。 考虑上述条件，一般变电所设置在井底车场附近，并与中央水泵房相邻。有条件时还应与电机车用的变流所联合建筑。

（2）硐室要求 井下中央变电所应特别注意防水、通风及防火问题。为了防水，变电所地面应比井底车场的 轨面标高高出 0.5m。为了使变电所有良好的通风条件，当硐室长度超过 6m 时，应设两个出口，保 证硐室内的温度不超过附近巷道 5℃。变电所的出口装设两重门，即铁板门和铁栅栏门。平时铁栅 栏门关闭，铁板门打开，以利于通风。在发生火灾时，将铁门关闭以隔绝空气，便于灭火和防止 火灾蔓延。 为了防火，硐室用耐

火材料建成，其出口 5m以内巷道也用耐火材料建成；硐室内的电缆须采 用不带黄麻保护层的；硐室内还必须设有砂箱及灭火器材。 （3）设备布置

Ａ.布置原则：中央变电所的设备布置在进行设备布置时，应将变压器与配电装置分开布置， 高、低压配电装置分开布置。 Ｂ.布置方式：设备与墙壁之间，各设备之间应留有足够的维护与检修通道，完全不需要从两 侧或后面维护检修的设备，可互相靠紧和靠墙放置。考虑发展余地，变电所的高压配电设备的备 用位置应按设计最大数量的 20％考虑，且不少于两台。低压设备的备用回路，也按最多馈出回路 数 20％考虑。

9.采区变电所

任务：接受中央变电所高压电能、变压、配出低压电能。 1）采区变电所的结线 考虑因素：电源回路数、负荷大小、变压器台数等。

（1）单电源进线。适用于：负荷小的工作面，炮采工作面。 （2）双电源进线。接线、分列运行。适用对象；综采工作面或下山采区、有排水泵的采区变 电所。

2）采区变电所的位置和硐室布置（图 ） 采区变电所位置的确定原则，与中央变电所基本相同，但是根据采区生产的特殊性还要求：每 个采区最好只设一个变电所向全采区供电，如不可能，也应尽量少设变电所，并尽量减少变电所 的迁移次数。 根据以上要求，通常将采区变电所设置在采区装车站附近，或在上(下)山与运输平巷交叉处， 或两个上(下)山之间的联络巷中。 采区变电所的防水、防火、通风等安全措施与中央变电所相同。采区变电所设备的变压器可与 配电设备布置在伺一硐室内；变电所的高、低压设备应分开布置；检漏继电器放置在固定于硐室 墙壁的支架上。各设备之间、设备与墙壁之间均应留有维护和检修通道，不从侧面和背后检修的设备不留通道。

10.综采工作面供电与工作面配电点 1）综采工作面供电。 （1）高压深入负荷中心。

（2）组成：采区配电所—移动变电站—工作面。 （3）设备布置； 综采工作机电设备布置（图 1-12）。 移动变电站通常设置在距工作面 150～300m 的顺槽中，工 作

面每推进 100—200m，变电站向前移动一次。

2）工作面配电点

（1）引入：停送电方便，设备多或距离采区变电所较远。 （2）组成：采区变电所---工作面配电点方式。 工作面配电点可分为采煤与掘进两种。采煤工作面配电点，一般距采煤工作面 50～80m；掘 进工作面配电点，一般距掘进工作面 80—100 m，

工作面配电点也随工作面的推进而定期前移。下 图 为采煤工作面配电点的布置及配电示意图。

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