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矿井供电系统设计
中国矿业科技大学
毕业设计（论文）
题目：
矿井供电系统设计
姓名：
姓名
专业：
矿山机电
班级：
教学班
指导教师指导老师
完成日期2012年7月1日
摘要
本设计讲述供电系统中各电气设备的设计过程，如高压配电箱、变压器、电缆的选择方法，并对其的整定及校验，书中详细叙述了电缆及设备的选择原则，井下供电系统采取各种保护的重要性。
本设计方案根据《煤矿安全规程》、《煤矿工业设计规范》，坚持从实际出发、联系理论知识，在设计过程中，通过各方面的考虑，选用新型产品，应用新技术，满足供电的可靠性、安全性、经济性及技术合理性。
通过设计并与本矿实际相结合，了解了煤矿供电系统运行和供电设备管理情况和煤矿生产管理的基本知识，使自己具有一定的理论知识的同时，又具有较强的实际操作能力及解决实际工程问题的能力，根据矿井的实际情况，在老师和单位技术员的指导下，并深入生产现场，查阅了有关设计资料、规程、规定、规范。
听取并收录了现场许多技术员的意见及经验，对矿所需设备的型号及供电线路等进行设计计算。
关键词：
矿井供电系统设计
绪论
一、本设计的目标
通过矿井的技改扩能，让我们知道矿井原供电系统不能满足技改后矿井的需要，为了有一个更完善的供电系统，并在“以风定产”“一通三防”的前提条件下，我们深深地清楚供电对矿井的重要性，以致通过供电系统的优化设计，来实现安全高效矿井；供电系统全以技改后进行设计。
二、本设计内容体系结构
通过供电理论方面的学习并与我矿矿井供电系统实际相结合，对矿井供电系统资料的掌握，来优化原有不足的供电系统，使设计出的供电系统达到最大优化。
设计内容体系具体如下：
1）矿井概况。
介绍矿井的地理位置、生产现状、通风结构、劳动组织等。
2）矿井电气设备的设计过程，如高压配电箱、变压器、电缆的选择方法，并对其的整定及校验，
3）概算供电费用。
本着经济合理的原则，以最低的成本来换取最丰厚的利益。
4）井下供电系统各种保护的整定及校验。
第一章井田概况
1．1交通位置
荥经县皇仪乡六合煤厂位于荥经县皇仪乡渔泉河南岸，行政区划属荥经县皇仪乡杨湾村梁纸厂社，矿井位于渔泉公路旁，距荥经县城24km，荥经县至雅安市约45km，雅安市至成都约130km，有高速公路和二级公路相通，交通较为方便。
图1-1-1荥经县皇仪乡六合煤厂交通位置图
1、2地形、地貌及水文
矿区地处扬子准地台坳川西台陷之雅安凹褶束与龙门山宝兴褶断束的结合带边缘，为地质构造较复杂区。
矿区及其周边地形地貌属构造侵蚀中至高山丘陵地貌，地貌分区为构造剥蚀串珠状中、高丘。
地势南东高、北西低，顺层坡与陡坎交互，地形反差极大，地形切割中等—强。
区内海拔多在+950m以上，最高点位于井田中部，海拔+1402m，最低处位于主井西侧，海拔+950m，相对高差452m。
地形坡度一般20°左右，最大坡度约45°。
在矿区范围内无大的河流，均为溪流。
地表水主要接受大气降水，其丰、枯取决于大气降雨量。
矿区大气降雨较为丰富，地表水除部分沿岩石裂隙或层间渗入地下外，大部分地表水是通过片流的形式汇入溪水，再汇入荥河，最终流入长江。
地表水排泄为区内的重要排泄途径。
1、3气象及地震
矿区地处四川盆地西缘，属中纬度偏南地带，为亚热带大陆性温湿季风气候区。
其气象特征是：
夏季炎热期长，冬季寒冷期短，潮湿多雨、雨量充沛。
据县气象站的资料统计：
多年平均降雨量为1267mm，6～8月为雨季，月平均最大降雨量为856.6mm（7月份），月平均最小降雨量为0.2mm（12月份），湿度大、云雾多、霜期短、日照少、秋雨连绵。
冬春与夏秋，白天与早晚温差较大。
荥经县多年平均气温15.3℃，最高气温为7月，达34.7℃，最低气温为1月，为-4.2℃，历年12月～2月为冰冻降雪期。
多年平均相对湿度85%，最小为37%。
矿区所在荥经县是一个地震多发区，地震震级一般为2.5-3.5级，震中多在荥经县城北及北西，最大一次地震为5.5级，自2002年至今，有小于3.5级地震记录5次。
荥经县及附近地区，历史地震活动虽较频繁，但震级小，危害较轻，在四川省地震危险性强度分区表和地震烈度分区图上，该区划为危险性较小的C区，地震基本烈度区划属小于Ⅵ度区。
据历史记载，区内未发生过灾害性地震，仅受到过少量微弱地震波及，震中远离矿区范围。
1、4矿区经济状况
区内居住居民均为汉族，主要从事种植和采矿业。
农作物以玉米、高梁、土豆、薯类等为主，经济作物有油菜籽、水果、茶叶等。
1、5水源和电源
距该矿井8km有荥经县木梯岩电站，距该矿井3km有荥经县皇仪乡岗上电站。
荥经县木梯岩电站（属荥经县石滓皇仪供电所管理）和荥经县皇仪乡岗上电站己并入荥经县电网，六合煤矿己与荥经县皇仪乡岗上电站和荥经县石滓皇仪供电所签订了供电协议。
本矿工业和生活用水水源取自主斜井侧溪沟水作为水源，该水源水质较好，经校核满足矿井扩建后的用水需要。
第二章地质特征
2、1地层
区内出露地层不齐全，最老为中三叠系雷口坡组，最新为侏罗系及第四系松散堆积物，仅有4个正式地层单位。
由老至新分述如下。
（一）中三叠统雷口坡组（T2l）
为区内出露的最老地层体。
分布于西部（向斜西翼）武同庙、余家湾、红茶园一线，呈近南北向展布，与上覆须家河组平行不整合接触，厚约250m（未见底）。
岩性为：
下部灰色细—粗粒砂岩、砂砾岩、粉砂岩、砂质泥岩及泥岩夹煤线；中部灰色灰岩；上部紫色钙质粉砂岩薄层泥灰岩、灰色薄至中厚状泥灰岩与灰岩互层。
（二）上三叠统须家河组（T3xj）
分布于大部分地区，是区内的主要含煤地层，总厚约253～811m，平均厚564m，与下伏雷口坡组平行不整合接触，与上覆自流井组整合接触。
共划分为三段，各段岩性特征分别为：
一段（T3xj1）：
厚约105m左右，假整合于下覆雷口坡组之上。
岩性为灰、黄灰色中至厚层粗——细粒长石石英砂岩为主，次为粉砂岩、砂质泥岩及泥岩夹煤层。
旋回结构多而明显，下部各旋回的砂岩粒度粗，含砾石。
个别具斜层理，旋回间冲刷接触明显，由于冲刷作用使两旋回合为一体的现象时可见及，上部砂岩粒度变细，各旋回的泥质岩增多，此段含煤6-8层，多分布于中部及上部，均为局部可采煤层。
二段（T3xj2）：
厚约180m与一段整合接触，为区内主要含煤段。
岩性为灰、深灰、黄灰色薄至中厚层中至细粒长石石英砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、泥岩和煤层组成。
上部岩性稳定，以泥岩、砂质泥岩及粉砂岩为主，夹细砂岩及泥质细砂岩。
下部砂岩层居多，粒度粗，发育斜层理及水平层理、波状层理，由具粗至细的旋回结构构成，岩相变化较大（常见河流向河床相横向接触）。
此段含煤10余层，区域可采煤层主要是双龙和三荒四炭两层，其余均为局部可采煤层或煤线。
在砂质泥岩、粉砂岩及泥岩中常见含结核状或似层状菱铁矿，含新芦木、苏铁及蕨类等化石。
三段（T3xj3）：
发育于全区，且物质成份近似，厚约270m，与上覆及下伏二段整合接触。
一般由灰、浅灰、黄灰、深灰色中至厚层中细粒长石石英砂岩、石英砂岩、粉砂岩、砂质页岩等组成多个沉积旋回。
中下部产淡水瓣鳃化石，偶见煤线或团块。
（三）中下侏罗统自流井组（J1-2z）
出露于向斜核部，由紫、灰色泥岩、砂质泥岩及灰色砂岩、钙质砂岩等组成。
与下覆须家河组三段整合接触，厚192-257m，厚度、岩性较稳定。
以紫、紫灰色中至厚层状长石石英砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、泥岩为主，砂岩与砂质泥岩或泥岩常互为夹层。
（四）中侏罗统新田沟组（J2xt）
为区内除第四系外的最新地层，出露于向斜核部（矿区东部），与中下侏罗统自流井组整合接触，厚约360m。
岩性为灰色中至厚层状细粒长石石英砂岩、薄层钙质细砂岩、紫色泥岩夹灰绿色薄层粉砂岩或泥质粉砂岩。
上部砂岩中夹泥灰岩，砂岩具斜层理。
（五）第四系：
主要为现代坡、残积层及冲洪积层，后者普遍发育于各级沟、河谷地带，其厚度不等，一般5m左右。
现代坡、残积层分布于较缓坡地带，地形较为平缓，以残积为主，为灰色含角砾砂土、亚粘土层，厚0.5～1m。
有庄稼地及少量居民点。
2、2构造
井田位于四川盆地西缘北端，区域上地处扬子准地台四川台坳川西台陷之雅安凹褶束与龙门山宝兴褶断束的接合带边缘，地质构造较复杂。
区内为荥经大向斜南段倾伏端，两翼为断裂切割。
主要构造线为北西～南东向、近南北向，部分北东向褶皱、断裂，褶皱背斜紧密，向斜开阔平缓。
2、3煤层
区内含煤地层为上三叠统须家河组（T3x），含煤层位是须家河组第一、二段，共含煤九层，由上而下分别为：
蛮炭、三荒四炭、大双龙、双龙、上连、下连、独连子、硬板炭和宽沙炭。
其中三荒四炭、双龙煤层为区域可采煤层，其余为局部可采煤层。
三荒四炭煤层层位全区稳定，上距蛮炭17.88m，下距大双龙煤层70.30m；双龙煤层位于煤组的中段，上距大双龙煤层28.04m，下距上连煤层6.27～35.51m；下连煤层仅居于上连煤层之下，上距上连煤层4.63m，下距宽砂炭116.67m。
本矿井批准开采双龙煤层，该煤层赋存于须家河组第二段地层中，为全区可采煤层。
煤层倾角8～12°，一般由2个煤分层组成。
上分层厚0.06～0.59m，平均0.42m；下分层厚0.06～0.47m，平均0.26m。
开采区域煤层平均厚0.56m。
夹矸多为泥岩及粉砂质泥岩，厚0.03～0.70m，平均厚0.33m。
煤层顶板为薄层砂质泥岩夹粉砂岩，底板为砂质泥岩及粉砂岩
2、4矿井水文地质
1、地表水
在矿区范围内无大的河流，均为溪流。
地表水主要接受大气降水，其丰、枯取决于大气降雨量。
矿区大气降雨较为丰富，地表水除部分沿岩石裂隙或层间渗入地下外，大部分地表水是通过片流的形式汇入溪水，再汇入荥河。
地表水排泄为区内的重要排泄途径。
2、地下水
矿区地下水主要含水层各特征分别如下：
1）、第四系孔隙含水层
矿区第四系堆积物遍布全区，主要为坡残积层，由风化砂质粘土及岩石碎屑组成，厚度多在5米以内，其位置较高者为透水层，反之则为弱含水层。
地下水多由此层分散泄出。
2）、中—下侏罗统自流井组、新田沟组孔隙、裂隙含水带
主要由厚层状长石石英砂岩含水，厚度大于300米，其内泉水流量小于2公升/秒，呈下降泉泄出。
水源主要由降水补给，本层整合于下伏煤系地层之上，其地下水可直接补给煤系层含水带。
3）、上三叠统（须家河组）煤系层孔隙、裂隙含水带
为矿区的含煤地层，主要由页岩、细砂岩、中粒长石石英砂岩组成，总厚大于300m，为一背斜构造，有数层不透水的页岩、泥质砂岩。
深部断裂不发育，形成自流水，接近地表处裂隙较发育，形成风化裂隙潜水带。
埋深一般小于10m，其水主要由大气降水补给，并排泄于低洼地及沟谷。
在下部中粗粒砂岩形成孔隙含水带，厚约200m。
该层中地下水出露普遍，泉水流量一般小于3公升/秒，多沿层面裂隙或构造裂隙涌出。
4）、中三叠统雷口坡组
以泥质类岩为主，夹砂质页岩，结晶泥质灰岩厚大于50m，未见喀斯特现象，只有雨季在局部见有泉水流出，流量2.5公升/秒，旱季无水，属微弱至不含水层。
上述岩层中，细砂岩、长石石英砂岩为含水层，页岩、泥质砂岩、泥岩为隔水层。
综上所述，地下水类型主要为坚硬裂隙、孔隙水，由大气降水补给，水文地质条件属简单类型。
据我矿测定，矿井+818m水平正常涌水量10m3/h，最大涌水量20m3/h，矿井水主要来自斜井揭穿含水层水；+775m水平涌水量极少，正常涌水量0.3m3/h，最大涌水量0.6m3/h。
2、5矿井开采条件
1、瓦斯
依据雅市安监【2010】340号雅安市安全生产监督管理局对该市2010年度矿井瓦斯等级鉴定结果的批复：
矿井CH4绝对涌出量为6.19m3/min，相对涌出量为53.03m3/t，属高瓦斯矿井。
2、煤尘
根据四川省煤炭产品质量监督检验站检测报告，本矿开采的双龙煤层煤尘无爆炸危险性。
3、煤层自燃倾向性
根据四川省煤炭产品质量监督检验站检测报告，本矿开采的双龙煤层自燃倾向性等级为Ⅲ级，属不易自燃煤层，历年开采未发生过煤层自燃现象。
4、地温
矿井地温正常，无热害影响。
5、冲击地压
根据本矿井及周边矿井开采情况，矿井无冲击地压。
第三章供电系统
3.1供电电源
设计矿井采用两回路电源供电。
一回来至荥经县木梯岩电站（属荥经县石滓皇仪供电所管理），电压10KV，供电距离8km，采用一趟架空线路输送至地面变电所。
另一回来至荥经县皇仪乡岗上电站，电压10KV，供电距离3km，采用一趟架空线路输送至地面变电所。
正常情况下。
矿井电源应采用分列运行方式。
若一回路运行，另一回路必须带电备用，以保证供电的连续行和可靠性。
带电备用电源的变压器应热备用；若冷备用，必须保证备用电源能及时投入正常运行。
3.2电源线路截面选择
1、按经济电流密度选择电源线路截面:
开采后期井下最大负荷时计算有功电力负荷654.4KW.电源线路截面;
A1=In/J
=41.98/1.15
=36.5mm2
式中：
A——电源线路计算截面,mm2；
In——电源线路中正常负荷时持续电流，In=SB1/（
×Ue×cosφ）=654.4/（
×10×0.9）=41.98；
J——经济电流密度，A/mm2,，钢芯铝绞线取J=1.15A/mm2
由《设指》查取电源线路型号为：
LGJ-3×50型钢芯铝绞线
2、校验方法：
（1）、按持续允许电流校验电缆截面：
查表得线路LGJ-3×50型钢芯铝绞线安全载流量；环境温度为25℃时为220A,考虑环境温度40℃时温度校正系数0.81，则IX2=220×0.81=178.2（A）,
IX=178.2A>I=41.98A,电源线路安全载流量符合要求。
（2）、按电压损失校验电源线路截面：
查表得线路LGJ-3×50型钢芯铝绞线单位负荷矩电压损失百分数；当cosφ=0.9时为0.824%/MW.KM.计算有功电力负荷654.4KW.
来至荥经县木梯岩电站电源线路电压降（长度8Km）
U1%=0.6544×8×0.824%=4.31%<5%.合格
来至荥经县皇仪乡岗上电站电源线路电压降（长度3Km）
U2%=0.6544×3×0.824%=1.62%<5%.合格
根据以上计算结果，矿井双回路电源线路选用LGJ-3×50型钢芯铝绞线，并能为矿井后期扩能留有余量。
矿井采用双回路电源线路，当任一回路出现故障或检修时，另一回路可承担井下所供范围内全部负荷用电。
3.2电力负荷
设备总台数：
43台
设备工作台数：
34台
设备总容量：
1383.3kW
设备工作容量：
1006.4kW
有功负荷：
654.4kW
无功负荷：
396.24kVAR
功率因数：
0.76
补偿用电容器总容量：
150kVAR
补偿后无功负荷：
246.24kVAR
补偿后功率因数：
0.94
吨煤耗电量：
37.9kW.h/t
附电力负荷统计表。
电力负荷计算表
序号
用电设备名称
电压（V）
数量（台）
设备容量（kw）
需要系数
cosφ
tgφ
计算负荷
最大负荷利用小时数
年耗电量（kw.h）
选用变压器（kvA）
总数
工作
总容量
工作容量
有功
无功
视在
kw
kvar
kvA
一、井下负荷
A、带区变电所
1
刮板输送机
660
2
2
60
60
0.68
0.7
1.02
40.8
41.62
3960
161568
2
煤电钻
127
4
2
4.8
2.4
0.5
0.6
1.33
1.2
1.60
660
792
3
刮板转载机
660
1
1
22
22
0.68
0.7
1.02
14.96
15.26
3960
59241.6
4
带式输送机
660
1
1
40
40
0.68
0.7
1.02
27.2
27.75
3960
107712
5
提升车绞车
660
3
3
66
66
0.6
0.7
1.02
39.6
40.40
660
26136
6
局部通风机
660
4
2
44
22
0.9
0.8
0.75
19.8
14.85
18.00
7920
156816
50
7
截煤机
660
2
2
60
60
0.7
0.8
0.75
42
31.50
1980
83160
8
乳化液泵
660
1
1
55
55
0.7
0.8
0.75
38.5
28.88
1320
50820
9
探水钻
660
1
1
4
4
0.4
0.7
1.02
1.6
1.63
10
泥浆泵
660
1
1
2.2
2.2
0.4
0.7
1.02
0.88
0.90
11
潮式喷浆机
660
1
1
5.5
5.5
0.4
0.7
1.02
2.2
2.24
12
信号及照明
127
2
2
0.9
0.9
0.48
1.8
0.87
7920
14256
小计
21
17
365.5
341.1
230.54
207.51
310.17
2*400
B、中央水泵房
1
水泵
660
3
2
135
90
0.75
0.8
0.75
67.5
50.63
3300
222750
2
信号及照明
127
2
2
0.9
0.9
0.48
1.8
0.87
7920
14256
C、+775m水泵房
1
水泵
660
3
2
22.5
15
0.75
0.8
0.75
11.25
8.44
3300
37125
2
信号及照明
127
2
2
0.9
0.9
0.48
1.8
0.87
7920
14256
B、C合计
6
4
161.5
109
82.35
60.81
102.37
948889
2×200
井下合计
27
21
527
450.1
0.759
312.89
268.31
412.18
电力负荷计算表
序号
用电设备名称
电压（V）
数量（台）
设备容量（kw）
需要系数
cosφ
tgφ
计算负荷
最大负荷利用小时数
年耗电量（kw.h）
选用变压器（kvA）
总数
工作
总容量
工作容量
有功
无功
视在
kw
kvar
kvA
二
风井负荷
1
主要通风机
380
2
1
300
150
0.9
0.8
0.75
135
101.25
8760
1314000
2
瓦斯抽放泵
380
2
1
150
75
0.85
0.8
0.75
63.75
47.81
3300
247500
3
空压机
380
2
1
150
75
0.8
0.8
0.75
60
45.00
3300
247500
4
其他
380/220
10
10
0.7
0.7
1.02
7
7.14
1800
18000
小计
6
3
610
310
0.8
265.8
201.20
333.33
补偿后
0.93
265.8
105.20
285.86
2×400
补偿电容
96
三
地面负荷
1
架空乘人器
380
1
1
30
30
0.5
0.7
1.02
15
15.30
3300
99000
2
提升绞车
380
1
1
110
110
0.8
0.7
1.02
88
89.78
3300
363000
3
木工加工房
380/220
12.8
12.8
0.4
0.6
1.33
5.12
6.83
1980
25344
4
矿灯充电
220
4.5
4.5
0.8
0.8
0.75
3.6
2.70
4620
20790
5
生活设施
380/220
25
25
0.9
0.85
0.62
22.5
13.94
2310
57750
6
煤翻车机
380
1
1
4
4
0.8
0.8
0.75
3.2
2.4
1320
5280
7
矸翻车机
380
1
1
4
4
0.8
0.8
0.75
3.2
2.4
1320
5280
8
机修车间
380/220
6
6
36
36
0.4
0.6
1.33
14.4
19.2
23760
9
其他
380/220
20
20
0.5
0.7
1.02
10
10.202
1650
33000
合计
10
10
246.3
246.3
0.76
0.86
165
162.75
231.8
2460204
补偿后
0.93
165
66.75
178.0
2×250
补偿电容
96
全矿合计
43
34
1383.3
1006.4
0.76
743.7
440.26
864.2
有功×0.88
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