煤矿机电基础知识(一).ppt

煤矿机电基础知识 主讲人 陈世明二0一三年十月二十九日 一 煤矿供电知识简介 1 用户对供电的基本要求 煤矿企业是电能的重要用户 由于井下生产环境特殊 对供电的主要要求如下为 供电可靠 供电安全 供电质量 供电经济 供电可靠 A 供电可靠 对煤矿企业重要负载 如主排水泵 主扇机等 一旦中断供电 就可能发生矿井淹没或瓦斯爆炸事故 采掘 运输 提升 压气 机修及照明等中断供电 也会造成不同程度的经济损失和人身事故 因而 根据对供电可靠性要求的不同 煤矿将电力用户分为以下三类 供电可靠 一类用户 凡因突然中断供电 可能会发生人身伤亡事故或重大经济损失者 这类用户主要有矿井主通风机 主排水泵 主副提升绞车等 对这一类用户 应采用不同电源的双回路进行供电 供电可靠 二类用用户 凡因突然中断供电造成较大减产者 如集中提煤设备 矿山空压机及采区变电所等 对中小型煤矿企业而言 二类用户一般由一回路供电 备有一定数量的变压器呼电缆 便于临时更换 大型煤矿的二类用户一般采用双回路或者环形供电 供电可靠 三类用户 凡不属于一 二类用户的 均为三类用户 这类用户对突然中断供电时对生产没有直接影响 例如机修厂或生活用电等 对他们的供电 技术上没有特殊要求 对煤矿企业的电力负荷进行有效的分类 便于合理的供电 对于重要负荷 保证供电的可靠性和连续性 电网运行中一旦出现故障需要切除部分负荷时 就根据情况 先切一类负荷 有必要时再切二类负荷 确保一类负荷的供电安全 供电安全 B 供电安全 煤矿生产主要是地下作业 工作环境特殊 必须严格按照 煤矿安全规程 的有关规定进行供电 确保安全生产 供电安全 煤矿安全规程 对安全供电的主要要求如下 两回路电源线路 当任一回路发生故障停止供电时 另一回路应能担负起矿井全部负荷 两回路电源线上不得分接任何负荷 保证主要通风机等重要负荷在10分钟之内能可靠起动 在正常情况下 矿井电源应采用分列运行方式 另一回路必须带电备用 以保证供电的可靠行和连续性 10千伏及其以下的矿井架空电源线路不得共杆架设 矿井电源线路上严禁装设负荷定量器 直接向井下供电的高压馈电线上 严禁装设自动重合闸 手动合闸时 必须事先同井下联系 供电安全 煤矿安全规程 对安全供电的主要要求如下 主要通风机 提升人员的立井绞车 抽放瓦斯泵等主要设备机房应各有两回路直接由变电所馈出的的供电线路 线路上不应分接任何负荷 控制回路和辅助回路必须有与主要设备同等可靠的备用电源 局部通风机应设有 三专两闭锁 供电安全 煤矿安全规程 对安全供电的主要要求如下 严禁井下配电变压器中性点直接接地 严禁由地面中性点直接接地的变压器或发电机直接向井下供电 这一要求主要是保证矿井和人员的安全 因为煤矿井下空间狭窄 黑暗 潮湿 并有煤尘 瓦斯 如果采用中性点接地系统 当人身触及一想导体时 便接触到想电压 有致使危险 同时 在中性点拦系统中如出现接地故障 可能会产生火花 有点燃井内瓦斯或煤尘的危险 中性点接地并非防止电弧接地的危险 而是防止高压窜入低压系统时增加人身触电的危险性 供电安全 煤矿安全规程 对安全供电的主要要求如下 井下不得带电检修 搬迁电气设备 电缆 电线 认真执行停电 验电 放电和打接地线制度 认真履行好倒闸工作票制度 必须坚持谁停电谁送电原则 坚决杜绝电话停送电 预约停送电 停电时必须悬挂 有人工作 停止送电 的警示牌 必要时开关处要有人值守 检修或搬迁前 必须切断电源 检查瓦斯 在其巷道风流中瓦斯浓度低于1 0 时 再用与电源电压相适应的验电笔检验 检验无电后 方可进行导体对地放电 控制设备内部安有放电装置的 不受此限 所有开关的闭锁装置必须能可靠地防止擅自送电 防止擅自开盖操作 开关把手在切断电源时必须闭锁 并悬挂 有人工作 不准送电 字样的警示牌 只有执行这项工作的人员才有权取下此牌送电 供电安全 煤矿安全规程 对安全供电的主要要求如下 操作井下电气设备应遵守下列规定 一是非专职人员或非值班电气人员不得擅自操作电气设备 二是操作高压设备主回路时 操作人员必须戴绝缘手套并穿绝缘靴或站在绝缘台上 三是手持式电气设备的操作手柄和工作中必须接触的部分 必须要有良好的绝缘 供电质量 C 供电质量 用电设备在额定值下运行性能最好 交电频率在50HZ 赫兹 的基础上允许偏差为0 2 0 5HZ 即0 4 1 电压的允许偏差为正负5 供电经济 D 供电经济 主要考虑三个方面 一是尽量降低矿山变电所与电网的基本建设投资 二是尽量降低设备材料的消耗量 三是注意降低供电系统中的电能损耗及维护费用 一 煤矿供电知识简介 2 电力系统的基本概念及矿山供电的电压等级 电力系统是指由发电厂 升降压变电所及各种不同电压等级的输电线路组成的一个整体 所有的矿山电气设备都是按统一的标准电压设计制造的 被称为电气设备的额定电压 矿山供电高压 不超过10000V 低压 不超过1140V 照明 信号 电话和手持式电气设备的供电额定电压 不超过127V 远距离控制线路的额定电压 不超过36V 电压等级 为了方便统一供电 我国规定了矿山的供电电压等级 电压等级 应符合下列要求 交流分为 36V 用于低压开关的控制回路和信号回路127V 220 井下有于照明 信号等 括号内为地面照明660 380 井下低压动力 括号内为地面低压动力电源1140井下大型采煤机组动力电源3 6 10KV地面大型机械的动力电源或输送电电压35 60KV主要用于高压输电110 154 220 330 500KV主要是超高压输送电 电压等级 直流电压在矿山的主要用途为架线式电机车动力电源以及蓄电瓶 矿灯充电等 主要由以下几种电压等级 110 220 440V主要提供一般动力电源250 550提供架线式电机车动力电源40 80 110 120主要为蓄电瓶电机车充电用2 5 4V矿灯 一 煤矿供电知识简介 3 起弧原因 电弧危害及灭弧方法当开关的触头部分切断电力回路时 触头间会产生电弧 电弧存在时 不仅电路没有断开 而且电弧产生的高温会酿成重大事故 起弧的原因 起弧的原因当用开关电器断开电流时 如果电路电压不低于10 20伏 电流不小于80 100mA 电器的触头间便会产生电弧电弧的形成是触头间中性质子 分子和原子 被游离的过程 开关触头分离时 触头间距离很小 电场强度E很高 E U d 当电场强度超过3 10 6 V m时 阴极表面的电子就会被电场力拉出而形成触头空间的自由电子 这种游离方式称为 强电场发射 起弧的原因 从阴极表面发射出来的自由电子和触头间原有的少数电子 在电场力的作用下向阳极作加速运动 途中不断地和中性质点相碰撞 只要电子的运动速度足够高 电子的动能足够大 就可能从中性质子中打出电子 形成自由电子和正离子 这种现象称为碰撞游离 新形成的自由电子也向阳极作加速运动 同样地会与中性质点碰撞而发生游离 碰撞游离连续进行的结果是触头间充满了电子和正离子 具有很大的电导 在外加电压下 介质被击穿而产生电弧 电路再次被导通 起弧的原因 触头间电弧燃烧的间隙称为弧隙 电弧形成后 弧隙间的高温使阴极表面的电子获得足够的能量而向外发射 形成热电场发射 同时在高温的作用下 电弧中心部分维持的温度可达10000 以上 气体中性质点的不规则热运动速度增加 当具有足够动能的中性质点相互碰撞时 将被游离而形成电子和正离子 这种现象称为热游离 随着触头分开的距离增大 触头间的电场强度E逐渐减小 这时电弧的燃烧主要是依靠热游离维持的 在开关电器的触头间 发生游离过程的同时 还发生着使带电质点减少的去游离过程 灭弧方法 灭弧方法A 增大近极电压降 主要方法是把电弧分隔为许多串联短弧 若利用金属片将长弧切成若干短弧 则电弧上的电压降将近似增大若干倍 电弧就不能维持燃烧而迅速熄灭 B 增大弧柱电压的顺轴梯度 主要方法是加强对电弧的冷却 具体方法有 迅速拉长电弧 让电弧在固体介质所形成的狭沟中燃烧 利用外力吹动电弧 将粗大的电弧分成若干平行的细小电弧 上述具体方法除能达到增大电弧冷却面积 加强热交换 加速电弧的冷却 实现增大弧柱电压的顺轴梯度的目的外 还因电弧冷却了能使触头温度下降 从而又可达到增大近极电压降的目的 C 增大电弧长度 主要方法是增大触头的开距 利用外力吹动 拉长 电弧 D 改善灭弧介质 增大弧隙间的电绝缘强度 隔离开关和断路器的正确使用 4 隔离开关和断路器的正确使用合闸时必须先合隔离开关 然后才能合断路器 分闸时必须先分断路器 然后再拉隔离开关 隔离开关用于检修设备时隔离电压或用来进行电路的切换 使检修人员能够直观感受到开关的通断状态 因为隔离开关没有灭弧装置 不能用来切断负载电流的电路 否则会产生强大的电弧 断路器在正常工作情况下用来接通或切断带负荷电流的高压电路 在事故情况下 能够快速动作 切断电路 矿山常用的断路器有多油断路器 少油断路器和真空断路器三种 多油断路器一般用在35千伏及以下电压等级中 矿用电气设备和隔爆原理 5 矿用电气设备和隔爆原理 瓦斯与煤尘爆炸的条件瓦斯爆炸的条件是当瓦斯在空气中的含量达到5 16 又遇到650 750 以上的高温热源时就会发生爆炸 煤尘的爆炸条件是当煤尘粒度达到0 001 1mm以下的范围内 飞扬在空气中的含量达到30 3000g 立方米时 又遇到700 800 高温热源时 也会发生爆炸 隔爆原理 隔爆原理A 隔爆外壳 将电气设备置于壳内 当壳内瓦斯爆炸时 不致使外壳破裂 也不致引燃壳外的瓦斯或煤尘 所以隔爆外壳必须要有耐爆和隔爆性能 机械强度 能承受8个大气 避免压力叠加 冷却电弧产生的高温 防爆面接合面的间隙不大于0 5 结合面宽度不小于25mm 光洁度不低于 5时 能很好的起到冷却的作用 隔爆原理 B 安全火花系列是指电路系统或设备在正常及故障状态下产生的电火花和温度都不能点燃煤尘 电火花的能量在于与0 2焦耳以下时不会点燃瓦斯或煤尘 C 超前切断电源当电气设备一旦出现危险情况 要可能点燃瓦斯或煤尘之前就利用自身切断装置将电源断开 矿用电气设备的类型 矿用电气设备的类型A 矿用一般型 KY 适用于无瓦斯和煤尘喷出的井底车场与主要进风巷道中B 矿用安全型 KA 在正常运行中不产生电火花和点燃温度的电气设备 如电动机C 矿用隔爆型 KB 可使用在突出瓦斯矿井在任何地点 D 矿用安全火花型 KH 可使用在矿井任何地点 E 矿用隔爆兼安全火花型 KBH 主体为隔爆型 某些部件为安全火花电路 F 防爆充油型 KC 将电气设备所产生的火花或电弧浸在绝缘油里 G 防爆通风型 HF 此类设备大多用在有爆炸危险的厂房中 H 防爆特殊型 KT 采取特殊防爆措施的电气设备 井下供电必须做到 三无 四有 两齐 三全 三坚持 以及 三大保护 三无 是指 无鸡爪子 无羊尾巴 无明接头 四有 是指 过电流和漏电保护 有金属圈和弹簧垫 有密封圈和挡板 有接地装置 两齐 是指 电缆吊挂整齐 设备硐室清洁整齐 三全 是指 防护装置全 绝缘用具全 图纸资料全 三坚持 是指 坚持使用检查漏电器 坚持使用煤电钻 照明 信号综合保护 坚持使用风电和瓦斯电闭锁 三大保护 是指 过电流保护 接地保护 漏电保护 矿灯的管理和使用 6 矿灯的管理和使用 矿井完好的矿灯总数 至少应比经常用灯的总人数多10 矿灯的红灯率不超过0 5 矿灯应集中统一管理 每盏矿灯必须编号 经常使用矿灯的人员必须专人专灯 矿灯应保持完好 出现电池漏液 亮度不够 电线破损 灯锁失效 灯头密封不严 灯头圈松动 玻璃破裂等情况时 严禁发放 发出的矿灯 最低应能连续正常使用11h 矿灯的管理和使用 严禁使用矿灯人员拆开 敲打 撞击矿灯 人员出井后 地面领用矿灯人员 在下班后 必须立即将矿灯交还灯房 在每次换班2h内 灯房人员必须把没有还灯人员的名单报告矿调度室 矿灯必须装有可靠的短路保护装置 高瓦斯矿井应装有短路保护器 接地系统和接地极 7 接地系统和接地极 电压在36V以上和由于绝缘损坏可能带有危险电压的电气设备的金属外壳 构架 铠装电缆的钢带 或钢丝 铅皮或屏蔽护套等必须有保护接地 接地网上任一保护接地点的接地电阻值不得超过2 每一移动式和手持式电气设备至局部接地极之间的保护接地用的电缆芯线和接地连接导线的电阻值 不得超过1 接地系统和接地极 所有电气设备的保护接地装置 包括电缆的铠装 铅皮 接地芯线 和局部接地装置 应与主接地极连接成1个总接地网 主接地极应在主 副水仓中各埋设1块 主接地极应用耐腐蚀的钢板制成 其面积不得小于0 75m2 厚度不得小于5mm 在钻孔中敷设的电缆不能与主接地极连接时 应单独形成一分区接地网 其接地电阻值不得超过2 接地系统和接地极 下列地点应装设局部接地极 A 采区变电所 包括移动变电站和移动变压器 B 装有电气设备的硐室和单独装设的高压电气设备 C 低压配电点或装有3台以上电气设备的地点 D 无低压配电点的采煤机工作面的运输巷 回风巷 集中运输巷 胶带运输巷 以及由变电所单独供电的掘进工作面 至少应分别设置1个局部接地极 接地系统和接地极 连接高压动力电缆的金属连接装置 局部接地极可设置于巷道水沟内或其他就近的潮湿处 设置在水沟中的局部接地极应用面积不小于0 6m2 厚度不小于3mm的钢板或具有同等有效面积的钢管制成 并应平放于水沟深处 设置在其他地点的局部接地极 可用直径不小于35mm 长度不小于1 5m的钢管制成 管上应至少钻20个直径不小于5mm的透孔 并垂直全部埋入底板 也可用直径不小于22mm 长度为1m的2根钢管制成 每根管上应钻10个直径不小于5mm的透孔 2根钢管相距不得小于5m 并联后垂直埋入底板 垂直埋深不得小于0 75m 接地系统和接地极 连接主接地极的接地母线 应采用截面不小于50mm2的铜线 或截面不小于100mm2的镀锌铁线 或厚度不小于4mm 截面不小于100mm2的扁钢 电气设备的外壳与接地母线或局部接地极的连接 电缆连接装置两头的铠装 铅皮的连接 应采用截面不小于25mm2的铜线 或截面不小于50mm2的镀锌铁线 或厚度不小于4mm 截面不小于50mm2的扁钢 二 矿井主要机电设备简介 煤矿机械和设施是煤矿生产的基础 井工开采的煤矿机电设备主要包括提升设备 通风设备 压风设备 压力设备 排水设备 采掘设备 支护设备 运输设备 供电及电气设备 安全监测监控及瓦斯抽放设备 二 矿井主要机电设备简介 1 电动机的调速原理电动机的调速公式 n 60f1 1 S pp 为电机磁极的对数f1 电源频率s 电机的转差率所以电动机的速度调整分为变极调速 p 变频调速 f1 和串变阻调速三类 二 矿井主要机电设备简介 2 流体力学简介流体力学是专门研究液体的平衡和运动规律的科学 并且应用这些规律去解决工程实际中问题 如扇风机 水泵 压风机等 二 矿井主要机电设备简介 3 绞车的结构及工作原理 二 矿井主要机电设备简介 3 绞车的结构及工作原理 二 矿井主要机电设备简介 3 绞车的结构及工作原理矿井提升设备是联系地面和井下的 咽喉 其任务是沿井筒提升煤炭和矸石 升降人员 物料和设备 它是矿井生产系统中重要的机电设备之一 煤矿提升设备由提升容器 包括罐笼 箕斗 矿车和人车 提升纲丝绳 天轮 井架 装载设备 卸载设备和提升机 绞车 组成 目前使用较多的斜井串车提升系统 斜井串车提升用矿车做提升容器 钢丝绳的一端与若干个矿车组串车的连接 另一端绕过天轮缠绕并固定在提升机的滚筒上 滚筒旋转带动串车组在井筒中往复运动 进行提升工作 二 矿井主要机电设备简介 4 矿用主扇机的功用 结构及工作原理 功能 通风和降温 给空气增加能量 保证井下有新鲜气流的一种机械设备 是矿井当之无愧的肺脏 通过风的流动 给井下降温 组成 叶轮 螺线形机壳 进风口 出风口 锥形扩散器 传动装置 电动机等组成 工作原理 叶轮转动时给空气增加动力 因而对进风侧形成低压 形成空气源源不断的被排出 矿用主扇机 矿用主扇机 主排水泵 5 主排水泵的功用 结构及工作原理 主排水泵 5 主排水泵的功用 结构及工作原理 功能 将井下废水到地面 结构 水泵 电动机 起动设备 管路符件和仪表等部分组成 主排水泵 工作原理 水泵启动后 叶轮中的水在离心作用下从叶轮的进口流向出口的过程中 其速度和压力都瞬间增加 被叶轮排出的水经过螺线形扩散室大部分速度转换成压力能 然后由排水管输送出去 这时叶轮的进口因水的排出而形成真空 吸水井中的水在大气压力的作用下 被压入叶轮的进口 于是旋转着的叶轮就连续不断的将水吸入和排出 主排水泵 汔蚀现象和吸水高度A 汽蚀现象水泵在工作时 叶轮入口处的压力愈低 吸水高度就越大 实际上叶轮入口处的压力不能过低 若叶轮入口处压力低于该温度下的饱和蒸汽压力p 水就开始汽化 溶解在水中的气体也从水中逸出 形成许多蒸汽与气混合的小汽泡 这些小汽泡随水流进入叶轮内成饱和蒸汽压p的区域时 汽泡中的蒸气又突然凝结成水 结果在汽泡消失处形成空洞 周围的水急速的冲入空洞 就会造成极大的水力冲击 由于汽泡不断的形成和凝结 强大的冲击力以极高的频率反复地作用在叶轮上 时间过长 就会使金属表面逐渐因疲劳而破坏 通常被称为剥蚀 同时 在所产生的汽泡中还杂有一些活泼气体 如氧气 借助汔泡凝结时所放出的热量 对金属起化学腐蚀作用 在剥蚀和腐蚀两种作用下 使金属表面很快形成蜂窝状麻点 并逐渐形成空洞 造成水泵的损坏 汽蚀现象的危害还表现在因汽泡的阻塞 使水泵的各项技术数据显著下降 主排水泵 B 吸水高度为了消除汽蚀现象 就要使叶轮入口处的压力大于当时水温下的饱和蒸汽压 为了达到这个目的 除了降低吸水管水的流速 减小吸水管的阻力外 最重要的在于正确地选择水泵的吸水高度 根据我矿所在海拔高度 我矿适用的吸水高度为8米左右 空气压缩机 6 空气压缩机功用 结构及工作原理 功能 主要是向各类风动工具提供动力 结构 压缩机构 传动机构 冷却机构及排气量和压力调节机构 润滑系统等六部分构成 压缩机构 由汽缸 吸气阀 排气阀 和活塞等部件组成 传动机构 由皮带轮 曲轴 连杆 十字头 和轴承等组成 润滑机构 由齿轮油泵 注油器 和滤油器等组成 冷却机构 由冷却水泵 中间冷却器 后冷却器和润滑油冷却器等装置组成 排气量和压力调节机构 主要由减压阀 压力调节器 等组成 空气压缩机 空气压缩机 工作原理 由曲轴带动活塞上下快速移动 将从吸气阀进入的空气加压后送入二极气缸二加压后由排气阀排出 空气压缩机 对压风机的技术要求 A 空气压缩机必须有压力表和安全阀 压力表必须定期校准 安全阀和压力调节器必须动作可靠 安全阀动作压力不得超过额定压力的1 1倍 使用油润滑的空气压缩机必须装设断油保护装置或断油信号显示装置 水冷式空气压缩机必须装设断水保护装置或断水信号显示装置 空气压缩机 B 空气压缩机的排气温度单缸不得超过190 双缸不得超过160 必须装设温度保护装置 在超温时能自动切断电源 空气压缩机吸气口必须设置过滤装置 空气压缩机必须使用闪点不低于215 的压缩机油 空气压缩机 C 空气压缩机的风包 在地面应设在室外阴凉处 在井下应设在空气流畅的地方 在井下 固定式压缩机和风包应分别设置在2个硐室内 风包内的温度应保持在120 以下 并装有超温保护装置 在超温时可自动切断电源和报警 空气压缩机 风包上必须装有动作可靠的安全阀和放水阀 并有检查孔 必须定期清除风包内的油垢 新安装或检修后的风包 应用1 5倍空气压缩机工作压力做水压试验 在风包出口管路上必须加装释压阀 释压阀的口径不得小于出风管的直径 释放压力应为空气压缩机最高工作压力的1 25 1 4倍 三 主要运输设备简介 1 皮带输送机功用 结构及工作原理 皮带输送机 皮带输送机 胶带输送机是一种连续动作式运输设备 可用于水平及倾斜运输 受倾角限制 上运时倾角不大于20度 块煤不大于18度 下运时 允许倾角为向上运输的80 优点 运行速度高 长度大 300 400米 运输能力大 且工作阻力小 耗电量低 约为刮板机的20 25 节省设备和人力 缺点 机身高 不便装载 胶带昂贵且易于损坏 一般不能适应弯曲的巷道 皮带输送机 结构 胶带输送主要由胶带 托辊 滚筒 主副滚筒等 传动装置 拉紧装置和清扫装置 制动装置等组成 分为绳架式 可伸缩式 嵌钢丝绳芯式及钢丝绳牵引式等几类 工作原理 滚筒在电动机带动旋转时 根据滚筒与胶带的摩擦将胶带向前传送 刮板输送机 2 刮板输送机功用 结构及工作原理 功能 刮板输送机是煤矿最主要的运输设备之一 在煤矿采面 掘面以及受巷道断面限制的区域得到广泛应用 皮带输送机 结构 如下图 皮带输送机 刮板输送机一般由机头部 机尾部 溜槽 刮板 刮板链等几部分组成 使用范围及优缺点 刮板输送机可用于水平及倾斜运输 上运时 最大倾角不得超过25度 下运时 不得超过20度 否则煤会自行下滑 优点 运输能力不受货载的块度和温度影响 机身高度小 便于装载 机身伸长或缩短方便 移置容易 机体坚固 能适用于爆破装煤的工作面 也能与采煤机和自移式液压支架组成综采工作面 缺点 工作阻力大 耗电量大 溜槽磨损严重 维修和使用不当易断链 皮带输送机功用 结构及工作原理 胶带输送机是一种连续动作式运输设备 可用于水平及倾斜运输 受倾角限制 上运时倾角不大于20度 块煤不大于18度 下运时 允许倾角为向上运输的80 优点 运行速度高 长度大 300 400米 运输能力大 且