抗灾排水系统电气设计要点.pdf

第4 8 卷 第2 期 煤炭工程 COAL ENG I NE ERI N G Vo l I 4 8． No ． 2 d o i ： 1 0 ．1 1 79 9 ／c e 2 01 6 0 2 0 07 抗灾排水系统电气设计要点 王 瑜，史大新，刘海清 ( 中煤邯郸设计工程有限责任公司，河北 邯郸0 5 6 0 3 1 ) 摘要：为减小煤矿透水、淹井事故发生时对煤矿安全生产、人员生命、财产损失的影响， 结合在 山西、河北等地多个煤矿抗 灾排水 系统设计经验 ，通过李雅庄煤矿抗灾排水电控 系统设计 实例 ．总结了抗 灾排水电控 系统设计要点 ，并详细介绍了电气控制 系统的设计 。提 出了抗灾排水 电控 系统今 后发 展 方 向 关键词 ：抗灾排水 系统 ；潜水泵 ；电气设计 ；控制 系统 中图分类号：T D 6 0 2 文献标识码 ：A 文章编号 ：1 6 7 1 — 0 9 5 9 ( 2 0 1 6 ) 0 2 0 0 2 0 ． 0 3 Ke y po i nt s f o r e l e c t r i c a l d e s i g n o f di s a s t e r — — r e s i s t a nc e d r a i n a g e s y s t e m W ANG Yu， SHI Da —x i n， LI U Ha l —q i n g ( H a n d a n C o a l D e s i g n E n g i n e e r i n g C o ．L t d ． ，H e b e i H a n d a n 0 5 6 0 3 1 ) Ab s t r a c t ：T o a l l e v i a t e t h e h a r m o f c o a l mi n e fl o o d i n g a c c i d e n t t o t h e s a f e t y o f c o a l mi n e p r o d u c t i o n， p e r s o n n e l a n d p r o p e r t y，t h e p a p e r s u mma r i z e d t h e k e y p o i n t s o f e l e c t r i c a l c o n t r o l s y s t e m d e s i g n f o r d i s a s t e r — r e s i s t a n c e d r a i n a g e s y s t e m， i n t r o d u c e s t h e d e s i g n me t h o d i n d e t a i l a n d p o i n t s o u t d e v e l o p i n g t r e n d o f t h e d e s i g n， c o mb i n i n g w i t h t h e d e s i g n e x p e r i e n c e o f c o a l mi n e d i s a s t e r — r e s i s t a n c e d r a i n a g e s y s t e ms i n S h a n x i ， He b e i a n d o t h e r p l a c e s o f d i s a s t e r e x p e r i e n c e o f d r a i n a g e s y s t e m d e s i g n， a n d t h e p r a c t i c e i n L i y a z h u a n g c o a l mi n e ． Ke y wo r d s ： d i s a s t e r — r e s i s t a n c e d r a i n a g e s y s t e m ； s u b me r g e d p u mp ； e l e c t r i c a l d e s i g n； c o n t r o l s y s t e m 近年来 ，煤矿透水 、淹井事故频发 ，不仅危 及煤矿 的正 常生产和施工建设 ．而且直接威胁矿井生产人员生命安全， 并造成重大财产损失。根据统计，水灾事故已经成为继瓦斯 灾害之后，影响煤矿安全生产的主要问题。针对水害事故治 理，在 《 煤矿防治水规定》和 《 煤矿安全规程》 中均明确 要求水文地质条件复杂或有突水淹井危险的矿井应设置防水 闸门或抗灾排水系统．增强矿井抵抗水害的能力l 1 3 ] 。 本文通过李雅庄 煤矿抗 灾排 水系统 实 际情 况 ，结 合在 山西 、河北等地多个煤矿抗灾排水系统设计经验 ，简要介 绍抗灾排水系统电气设计要点及需要注意问题。 1 项 目概 况 李雅庄煤矿煤层埋藏较深 ，水文地质条件复杂，存在 突水威胁。目前常用的水害防止措施为设置防水闸门和潜 水泵两种方式。与防水闸门相 比，潜水泵抗灾排水系统具 有抗灾能力强 、可主动排水、有利于矿井灾后恢复生产 、 安装要求适用范围广的优势，综合考虑，设计确定李雅庄 煤矿采用潜水泵抗灾排水系统。李雅庄矿井抗灾排水系统 电气设计具有 以下特点 [ 4 - 6 ] ： 1 )供电距离远。抗灾排水泵房设在六采区末端 ，潜水 泵距 2 风井场地 配电室距离 长达 2 ． 2 5 k m。 2 )水泵功率大、电压等级低。设计选用 2台Y Q 5 5 O 一 6 1 2 ／ 1 6 — 1 6 0 0 ／ W— C S型卧式潜水泵，功率 1 6 0 0 k W，6 k V供电。 3 ) 自动化程度高。该系统属突水事故的应急措施，平 时仅做简单维护，可实现自动化运行和无人值守。 2 供电系统设计 在 《 煤炭工业矿井设计规范》和 《 煤矿井下排水泵站 及排水管路设计规范》修订过程中，均增加了抗灾排水系 统供电电源为一类负荷的要求。因此抗灾排水系统供电电 源应 由两回及两回以上电源线路供电，电源线路应引 自不 同母线段和变压器，且线路上不应分接任何其他负荷。抗 灾排水系统作为矿井应急抢险的保障工程 ，其供电系统应 以高可靠性作为首要指标．为此供电系统应具有高可靠性、 接线简单的特点，并满足潜水泵及其辅机的供电、保护要 求。设计从以下几个方面提高潜水泵供电可靠性 ： 收稿 日期 ：2 0 1 5 — 1 0 — 1 3 作者简介：王瑜( 1 9 8 0 一) ，男，河北邯郸人，高级工程师，现在中煤邯郸设计工程有限责任公司从事电气设计工 作 ，E — m a i l ：1 3 4 0 3 1 0 9 2 6 8 @1 6 3 ． C O B。 引用格式：王瑜，史大新，刘海清．抗灾排水系统电气设计要点 [ J ] ．煤炭lT程，2 0 1 6 ，4 8 ( 2 ) ：2 0 — 2 1 ，2 4 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 6年第2 期 煤炭工程 1 )配电室位置选择：根据 《 煤矿防治水规定》中要求在 条件具备时，采用地面控制，配电及控制设备放置于地面。当 矿井为多水平开采，抗灾排水系统采用接力排水时．其供电和 控制设备应设置在地面或上一开采水平的电控室内。李雅庄矿 井抗灾排水系统配电室设计在 2 风井工业场地。 2 )主接线的选择：供配电系统主接线根据潜水泵台数 及设备功率，可选择单母线接线或单母线分段接线，单母线 分段接线较单母线接线可靠性更高，考虑到抗灾排水水泵的 重要性．本次设计 1 0 k V配电系统采用单母线分段接线。 3 )敷设路径选择：抗灾排水系统配 电装置设置在地 面，下井供电线路可沿井筒或采用电缆钻孔敷设。当采用 电缆钻孔敷设时需注意电缆及控制电缆重量、电缆卡子布 置方式、钻孑 L 孔径、钻孔口部电缆金具选择和维护方式等 问题。该矿井 2 风井场地设置有进风立井，下井电缆沿进 风立井敷设。 4 )电缆截面选择：供电线路需按照载流量、电压损失 和热稳定要求进行选择和校验 ，该工程 由潜水泵距地面抗 灾排水系统配电室距离为 2 ． 2 5 k m，线路通过进风立井敷设 至井下，沿六采区辅运巷敷设至六采区抗灾排水泵房，设 计选用 MY J V 一 6 ／ 6 k V 3 x 1 2 0 m m 电缆供电，正常运行时线 路载流量热稳定均满足要求，线路压降为 2 ． 1 ％，满足规 范要 求。 5 )电机启动方式选择：潜水泵可采用全压起动或降压 起动。全压起动是最简单、最可靠、最经济的起 动方式， 应优先选用，但全压起动起动电流大．在配电母线上引起 的电压下降大。当全压起动条件不满足时，可考虑采用降 压起动方式。降压起动的方式有：电抗器降压起动、自耦 变压器降压起动、软起动( 可控硅固态软起动、水电阻软起 动) 、星三角降压起动以及串联可调电感线圈软启动等多种 启动方式。对于潜水泵的启动，在满足电机启动力矩的情 况下 ．建议采用具有软起软停功能的启动方式，可减少电 动机启动电流冲击 ，并可避免水锤效应等优点。 《 通用用电设备配电设计规范》 ( G B 5 0 0 5 5 --2 0 1 1 ) 中 2 ． 1 条规定电动机起动时．其端子电压应能保证机械要求的 起动转矩 ，且在配电系统中引起的电压波动不应妨碍其他 用电设备的工作。设计过程中应校验潜水泵启动时电机端 电压、配电母线电压、启动转矩以及启动时间，选择可靠 地启动方式 。 李雅庄矿井潜水泵供 电距离超过 2 ． 5 k m，电机端启动 压降超过规范要求 ，设计采用可控硅固态软起动方式，生 产过程中潜水泵启动顺利 、运行正常。 6 )电动液控闸阀供电：电动液控闸阀属于抗灾排水系 统辅助设备，应按一类负荷设计。电动液控 闸阀供电可采 用井下供电或 由地面直接供电。根据工艺要求。电动液控 闸阀在平时为常开状态，排水时不需操作，仅在检修和调 试时使用。国内暂无防水型矿用闸阀电控装置，当矿井发 生突水事故时，阀门电控装置可做到进水后 自动切断其 电 源．保持电动液控闸阀处于打开状态，保证阀门无误动作。 因此认为电动液控闸阀由井下双回电源供电即可保证其供 电可靠性。李雅庄煤矿电动液控闸阀，设计两回6 6 0 V低压 电源引自六采区中部变电所不同6 6 0 V母线，在进线处设双 电源切换装置，采用阀门电控装置分别向电动阀门供电。 3 控制系统设计 《 煤矿防治水规定》 中规定受水威胁 严重的矿井 ，应当 实现井下泵 房无 人值 守和地 面远程 监控 ，因此抗灾 排水 控 制系统不仅需要实现潜水泵的远程启停控制，还需要实现 对潜水泵电机保护、辅机的监控以及远程监控功能。 目前国内矿井抗灾排水系统控制方式主要有两种：①保 护器方式．通过配电柜面板安装潜水泵智能保护器直接对泵 进行启停和保护功能；②后台监控方式，除上述控制功能 外 ，增设上位监控系统，可实现潜水泵和运行环境的全面监 视 ，同时将数据上传至矿井调度室，实现远程监控功能。 抗灾潜水泵除在应急排水和定期试验时运行 ，平时处 于待机状态 ．采用无人值守方式可减少值班人员，因此李 雅庄煤矿控制系统采用 P L C控制技术实现对抗灾排水系统 的在线监测 、智能控制、远程监控、运行管理、数据上传 等功能，并设置上位机 ，通过光缆与矿井工业以太网连接， 将控制系统采集到的各类信息送到矿井调度中心。 1 )保护设置：保护系统应包括电动机保护、潜水泵保 护两部分。潜水泵高压电动机保护由高压保护装置实现， 包括短路 、过负荷、接地和低电压释放保护。潜水泵保护 包括电动机温度、轴承温度、电机内腔贫水监测 、动静态 绝缘监测、水仓水位 、排水管流量等在线监测，并在控制 系统后 台集 中显示 ，具有超 限报警功能 。 2 )控制功能：可根据水仓水位 自动开停抗灾潜水泵， 如矿井设水害监控预警系统，应与其联动，实现 自动化 排水。 3 )控制电缆选择：潜水泵本体配套 5台传感器 ( 电机 温度传感器 2台，采用三线制接线 ；贫水保护传感器 1台； 开机水位和停机水位传感器各 1 台) ，共需 1 2芯控制电缆。 抗灾排水控制系统需在水仓设液位计 l台和排水管路压力 变送器 1台。井下电动阀门采用远程集中控制方式，每台 阀门控制箱需 1 2芯控制电缆，将就地阀门控制箱信号引至 地面控制室。统一考虑下井控制电缆的芯数和备用芯线要 求 ．地面至井下每台潜水泵控制电缆建议采用 3 0芯控制电 缆一根。 4 )流量计设置，为监测潜水泵运行状态，对于多台水 泵共用 1回排水管路，一般在井 口排水管路出口处设置 1 台超声波流量计 ．并将测量信号传输至控制系统。 5 )控制系统温度信号多为4 ～ 2 0 m A模拟量信号 ，当传 输距离超过长时，信号衰减较大，在设计时应注意修正测 量数据或采用四线制接线。 ( 下转第2 4页) 21 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 煤炭工程 2 0 1 6年第2 期 3工艺布置 3 ． 1 工 艺 总平 面布 置 工艺总平面布置 必须 在完 成工艺 线路 技术方 案及 主要 生产建筑物布置的基础上进行。工艺总平面应分 区明确， 便于生产管理，煤流简单、顺畅、中转环节少、占地省是 工艺总平面布置的重要原则，同时还应充分考虑项 目后期 的发展余地 3 ． 2受煤 系统布置 煤储运装置设计有 2条 1 ／ 3列车长度 的火车底开门受 煤线，每条受煤线坑容为 5 6 0 0 t ，每条受煤坑下布置有 4台 叶轮给煤机 ；受煤坑长 3 2 7 m，宽 1 6 m，地下部分高 1 1 ． 5 m， 局部 1 8 ． O m，地上部分高 8 ． 1 m；两股道受煤坑铁路中心线 间距为 7 ． 5 m 受煤坑布置时要对坑容进行计算，充分考虑叶轮给煤 机检修空间和场地，以及通风、除尘、排水、供电等相关 设施的布置。 3 ． 3 圆形料场布置 圆形料场直径为 9 0 m，侧壁挡煤墙高 1 7 m，圆形料场 的正下方设有一条带式输送机地道和三个落煤坑 ．其中 1 个在中心立柱下布置，上部由刮板取料机给煤。另外 2个 对称布置在圆形料场的两侧，上部采用 自然落煤漏斗落煤． 可作为事故备用或辅助配煤。 3 ． 4 缓 冲仓布 置 缓冲煤仓为 3 个 3 0 m圆筒仓，仓体高5 6 ． 5 m．每个仓 容积为 2 ． 7万 m ，按照堆密度 0 ． 7 5 Wm 考虑．约可存放 2 ． 0万 t 原燃料煤。仓上布置有 2台可逆移动配仓带式输送 机 ，可把厂外来煤分配给任意一个缓冲仓内储存 ，每个仓 下布置有 8台甲带给煤机及两条收集带式输送机 ，为便于 生产及管理缓冲仓配有 1 台 3 t 防爆型客货两用电梯。 4结语 大型煤化工项 目煤 储运 装置 在T 艺设计 中要 充分 考虑 ( 上接第2 1页) 4结语 来煤方式、种类及煤质特性，充分结合化工装置对供煤的 各种工艺要求 ，综合考虑各种制约因素，制定合理的工艺 技术方案，神华宁煤煤炭间接液化项 目煤储运装置在工艺 设计上具有如下特点： 1 )工艺总平面分区合理 ，分为厂外和厂内煤储运两个 部分 ，工艺系统简洁、顺畅、完善、可靠，厂外煤储运仅 有 5个转运站，厂内8个转运站。 2 )底开门受煤坑卸煤能力大 ，受煤坑采用双线设计 受煤坑长度为 1 ／ 3 列车长度( 整列为 6 0节) ，整列车从进入 铁路咽喉区至离开咽喉区只需 6 8 ra i n ．考虑 1 ． 5的富裕系 数 ，按照每天 1 6 h计算 ，两条受煤线每天可完成 2 0列车卸 煤工作 。 3 )6个 中9 0 m圆形料场分两条线串联布置，火车来煤 可以进入到任意一个圆形料场内．通过配煤专家系统及相 关检测设备，实现配煤功能。 4 )厂内缓冲仓仓下至气化及动力站装置均按双系统配 置，按照年工作 8 0 0 0 h设计，系统可靠性高，保证了化工 装置对供煤的连续性要求。 5 )主要 工艺 设备 均 选 自技 术先 进 、处 理 能 力 大 、高 效、性能可靠 的国产设备，设备及其配件的通用性、互换 性很强．便于生产管理及维护。 参考文献： [ 1 ] 戴少康． 选煤工艺设计实用技术手册 [ M] ． 北京：煤炭工 业 出版社 ．2 0 1 0 ． [ 2 ] G B 5 0 6 6 --~ 1 1 ，大中型火力发电厂设计规范 [ S ] ． [ 3 ] 李 志 勇，刘 汉 刚 ，等．神 华 宁 夏 煤业 集 团有 限 责任 公 司 4 ． O M W a 煤炭间接液化项 目基础工程设计 [ R ] ． 北京：北京 华宇工程有 限公司 ．2 0 1 3 ． [ 4 ] 张信龙．宁东煤化工基地配煤中心一期工程设计 [ J ] ． 煤炭 工程 ，2 0 1 2 ，4 4 ( 5 ) ：2 卜 2 3 ． [ 5 ] 刘仲松． 煤炭出口 码头底开门卸车工艺的探讨 [ J ] ． 港工技 术 ，2 0 1 1 ( 4 ) ：1 3 —1 5 ． ( 责任编辑杨蛟 洋) 李雅庄矿井抗灾排水系统安装调试一次顺利完成，设 备运行情况 良好，实现了无人值守、自动运行，有效的提 高了矿井抵抗水害的能力 ，实践证明是可靠稳定的电控系 统 。 抗灾排水系统是矿井预 防突水灾害的最后一道防线， 在煤矿突水事故中起到保障井下生产人员疏散、延迟事故 发展速度、缩小事故影响范围的巨大作用。随着 《 煤炭矿 井防治水设计规范》 编制和 《 煤矿井下排水泵站及排水管 路设计规范》的修订，抗灾排水 电控系统将 向着标准化、 高可靠性、高适应性 、高度集成化的方向发展。 参考 文献 ： [ 1 ] 孙炳科 ．煤矿抗灾潜水泵 自动控 制系统设计 [ j ] ．工矿 自动 化 ，2 0 1 5 ( 2 ) ：5 6 - 5 7 ． [ 2 ] 王 卫东 ，李 士 明．潜 水 泵 强排 系 统 自动 控 制研 究 与 应 用 [ J ] ． 中国矿业 ， 2 0 1 2 ( 1 ) ： 7 6 — 7 8 ． 『 3 1 赵 书忠 ，张晓四．矿用潜水泵在煤矿抗 灾强排系统 中的应用 [ J ] ． 煤炭工程， 2 0 1 2 ( 6 ) ： 7 7 - 7 9 ． 『 4 1 中华人民共和国住房和城 乡建设部．煤炭矿井 防治水 设计规 范 『 M] ．北京 ：中国计划出版社 ，2 0 1 4 ． 『 5 1 李永强 ，崔汉涛．大型潜水泵在矿井排水 中的优势 和设计应 注意的问题[ J ] ．煤矿机械 ，2 0 1 2 ( 9 ) ：1 3 4 - 1 3 6 ． [ 6 ] 凌志军，矿井新增潜水泵排水系统设计 [ J ] ．煤矿机械， 2 0 1 5 ( 7 ) ：1 2 3 — 1 2 5 ． ( 责任编辑赵巧芝) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m