中央变电所设计.doc

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泰丰煤矿

中央变电所硐室及设备电缆设计

工作面名称：

中央变电所硐室

编制人：

张扬

施工负责人：

施工单位：

掘进工区

编制日期:

2011年11月

执行日期:

2011年11月

目录

第一章概况 2

第一节概述 2

第二节编写依据 2

第二章地面相对位置及水文地质情况 3

第一节地面相对位置及邻近采区开采情况 3

第二节岩层赋存特征 3

第三节地质构造 5

第四节水文地质 5

第五节存在问题及建议 5

第三章巷道布置及支护说明 6

第一节巷道布置 6

第二节支护设计 6

第三节支护工艺 11

第四章井下供电系统…………………………………….….12

第一节井下电力负荷和电压等级…………..………………………12

第二节井下电缆……………………………………….……15

第三节井下电气设备及变电所……………………….……15

第五章井下电气设备保护接地………..……………….…16

第六章井下照明……………………………………….…..17

第一章概况

第一节概述

一、巷道名称

本《设计》施工巷道为中央变电所，硐室，

二、掘进目的及巷道用途

掘进目的：

作矿井下中央变电所硐室，

三、巷道设计长度及服务年限

巷道设计长度：

30米。

服务年限：

10年

四、预计开、竣工时间

本掘进工作面自2011年12月中旬开工，预计2013年1月上旬竣工。

第二节编写依据

一、采区设计说明书及批准时间

设计名称：

《泰丰煤矿开采设计方案》（30万吨/年）

二、《煤矿安全规程》

三、《煤矿安全技术操作规程》

四、《泰丰煤矿储量核实报告》

第二章地面相对位置及水文地质情况

第一节地面相对位置及邻近采区开采情况

地面相对位置及邻近采区开采情况表

表一

水平名称

中央变电所

地面标高（m）

965～968

井下标高（m）

965-968

地面的

相对位置

及建筑物

该巷地面为荒山，有零星民房

井下位置及

掘进对地面设施的影响

本巷沿茅口灰岩掘进，距轨道上山口

邻近采区

开采情况

以前习东煤矿采空区

走向

北东～南西

巷道方位

241000′49〞

坡度

+5‰

长度

155.33m

294052′30〞

4033′31〞

42.66M

第二节岩层赋存特征

本层岩层为茅口灰岩，位于C12煤底部2—3m，为强含水层，但本巷道上部是原有老风井、老风井施工时，已进行本区域的探放水工作，施工时也无渗水、淋水现象。

附图1：

柱状图

第三节地质构造

本区位于毕节北东向构造变形区中部的桑木背斜北西翼东部，其总体构造形态呈单斜。

地层走向北东—南西，倾向北西，倾角35-40度。

矿区内含煤地层为二叠系上统龙潭组（P31），下伏地层茅口组（P2m），上覆为二叠系上统长兴组和下三迭统夜郎组（T1y）及第四系（Q）。

矿区为一单斜构造，地层倾向341°～353°，一般为345°，倾角36°～42°，地质构造简单且茅口灰岩水为管道形式形成径流。

第四节水文地质

本巷地表无大型水体，矿井充水水源主要为大气降雨，岩溶不发育，据原井巷揭露，井下涌水水源主要为碎屑岩裂隙水，矿井水文地质条件中等。

根据施工三条上山时，无涌水、淋水现象，本巷距老风井落差为10m，故施工时不需要进行探水作业。

第五节存在问题及建议

本巷从上部原回风巷井底部贯通，在施工时，加强顶板管理，严禁冒顶现象发生。

第三章巷道布置及支护说明

第一节巷道布置

在原有965大巷向西转弯点点以磁方位241000′49〞沿茅口灰岩掘进。

掘至155m时以磁方位294052′30〞掘进，掘至21m。

附图2：

巷道布置图

第二节支护设计

一、巷道断面

本巷设计掘进断面11.8m2，净断面11m2。

采用光爆锚喷网支护，三心拱断面。

断面尺寸为：

净宽5m，墙高1.8m，拱高1.2m；喷厚100mm。

附图3：

断面图

二、支护方式

（一）临时支护

采用吊挂前探支架做为临时支护，前探梁用2根3寸的钢管制作，长度不小于4m，间距1m，每根前探梁不少于2个固定点。

前探梁上方用规格为：

长×宽×厚：

2000×200×150mm小板梁或板枇接顶，用木楔固定牢固。

附图4：

前探临时支护平面图。

（二）永久支护

本巷以锚喷为主，局部破碎地段挂网锚喷或砌碹。

支护参数计算如下：

本巷道采用光爆锚喷网支护，喷厚为100mm，锚杆为Φ20×2000mm的螺纹钢，间排距800mm，托盘为正方形，规格为150×150mm，用厚度为5mm优质钢材轧制而成；顶板破碎时锚网喷支护，金属网为正方形网片，金属网的搭接长度为200mm。

按悬吊理论计算锚杆参数：

1、锚杆长度计算：

L=KH+L1+L2

式中：

L—锚杆长度，m；

H—冒落拱高度，m；

K—安全系数，一般取K=2；

L1—锚杆锚入稳定岩层的深度，一般按经验取0.5m；

L2—锚杆在巷道中的外露长度，一般取0.04m；

其中：

H==3.0/10=0.30（m）

式中：

B—巷道开掘宽度，取3.0m；

f—岩石坚固性系数，取5；

则L=2×0.3+0.5+0.04=1.14m＜2m

2、锚杆间距、排距计算，通常间排距相等，取a：

a2=

式中：

a—锚杆间排距，m；

Q—锚杆设计锚固力，30KN/根；

H—冒落拱高度，取0.3m；

R—被悬吊砂岩的重力密度，取25.48KN/m3；

K—安全系数，一般取K=2；

a2=30/（2×0.3×25.48）=1.96（m2）a=1.4＞0.8

通过以上计算，选用直径20mm、长度2000mm的螺纹钢锚杆，锚杆间排距为800mm满足要求。

若围岩破碎时，采用锚杆紧跟迎头的支护方式，前排锚杆距迎头超过800mm时及时补打锚杆。

2）锚杆直径计算：

d=35.52=0.02025m，故取直径为20mm

σt——杆体抗拉强度380MPa（选用A3钢）；

Q——锚杆的锚固力取125kN

3）锚杆间距：

参照采矿设计手册和矿井的实际经验，锚杆间距取800mm能达到支护强度。

4）喷浆厚度为100mm。

项目

质量标准（mm）

部位

巷道规格及名称（mm）

巷

道

净

宽

左

帮

≮50

≯150

拱基线

1200

墙中

1800

墙脚

1800

右

帮

拱基线

1800

墙中

1800

墙脚

1800

巷道净高

均不＜30

腰线以上≯150

拱基线至拱顶

1200

拱基线以下

1400

锚固力

顶

30KN/根

两帮

30KN/根

喷浆及混凝土强度

C20

喷射厚度

墙

局部＜10%

左

100

右

100

拱

局部＜10%

左

100

右

100

锚杆布置

±100

拱

800×800

左

800×800

右

800×800

防水特殊要求

顶部水大时可下导水管

锚杆规格

￠20×2000

锚杆安装

机械安装

喷射质量

优良

水沟

±30

深度

300

宽度

300

±15

腰线距水沟底

1500

±50

中线至内沿

1500

锚杆距迎头

≯800

初喷距迎头

及时初喷

复喷距迎头

10000

水沟距迎头

15000

工业卫生

三无一畅清洁卫生

锚杆支护巷道工程质量规定

表2

第三节支护工艺

一、支护材料：

1、锚杆及锚固剂：

锚杆采用20＃螺纹钢制成的锚杆，直径为20mm，长度为2000mm，每根锚杆均用树脂药卷固定，锚固长度不少于800mm，锚杆外露长度为10～40mm，托盘为正方形，规格为150×150mm，用厚度为5mm优质钢材轧制而成。

网片为正方形金属网片，搭接长度为200mm，锚杆均使用配套标准螺母紧固，每根锚杆锚固力不小于30KN。

二、安装锚杆、挂网、喷浆工艺

1、打锚杆眼

打眼前，首先按照中、腰线严格检查巷道断面规格，不符合作业规程要求时必须先进行处理；打眼前要先敲帮问顶，仔细检查顶帮围岩情况，找掉活矸、危岩，确认安全后、方可开始工作，锚杆眼的位置要准确，眼位误差不得超过100mm，角度不得小于75度。

锚杆眼深度应与锚杆长度相匹配，打眼时应在钎子上做好标志，严格按锚杆长度打眼，深度1.85～１.8８m，锚杆眼打好后，应将眼内的岩渣、积水清理干净。

打眼时，必须在前探支架的掩护下操作。

打眼的顺序，应由外向里先顶后帮的顺序依次进行。

2、安装锚杆及挂网

安装前，应将眼孔内的积水、岩粉用压风吹扫干净。

操作人员应站在孔口一侧，眼孔方向不得有人，吹净后，把2块树脂锚固剂送入眼底，把锚杆插入锚杆眼内，使锚杆顶住树脂锚固剂，外端头套上螺帽，用锚杆机带动杆体旋转将锚杆旋入树脂锚固剂，对锚固剂进行搅拌，直至锚杆达到设计深度，搅拌旋转大于35秒后，方可撤去锚杆机，卸下螺帽，挂好网，上好托盘，拧上螺帽，12分钟之后，拧紧螺帽给锚杆施加一定预紧力，拧紧力矩不小于120N·M。

3、喷浆工艺

1）喷浆顺序：

先墙后拱，从墙基开始自下而上进行，喷枪头与受喷面应尽量保持垂直。

喷枪头与受喷面的垂直距离以0.8～1.0m为宜。

人工拌料时采用潮拌料，水泥、沙子和石子应混合均匀。

喷射时，喷浆机的供风压力在0.4MPa，水压应比风压高0.1MPa左右，加水量凭射手的经验加以控制，最合适的水灰比是0.4～0.5之间。

喷射过程中应根据出料量的变化，及时调整给水量，保证水灰比准确，要使喷射的湿混凝土无干斑，无流淌，粘着力强，回弹料少，一次喷射混凝土厚度50～70mm，并要及时复喷，复喷间隔时间不得超过2小时，否则应用高压水重新冲洗受喷面。

2）喷射工作：

喷射（喷厚100mm）工作开始前，应首先在喷射地点铺上铁板或塑料彩条布，以便收集回弹料。

喷射工作结束后，喷层必须连续洒水养护28天以上，7天内每班洒水养护1次。

一次喷射完毕，应立即收集回弹物，并将当班拌料用净。

当班喷射工作结束后，立即将喷射设备清洗干净。

开机时必须先给水、后给风、再开机，最后上料；停机时，要先停料、后停机、再关水，最后停风。

喷射工作开始后，严禁将喷枪头对准人员，喷射中突然发生堵塞故障时，喷射手应紧握喷头并将喷口朝下。

喷浆回弹率：

边墙小于10%，拱部小于20%；喷浆时必须采用潮料，喷浆时作业场所总粉尘最高浓度为2mg/m3，呼吸性粉尘最高浓度为0.5mg/m3。

喷射质量：

喷射开始前必须清洗岩帮，清理浮矸，喷射均匀，无裂隙，无“穿裙、赤脚”现象，表面平整度小于50mm/㎡；喷层厚度不小于设计。

第四节井下供电系统

一、井下电力负荷和电压等级

1、井下电力负荷

井下变压器不少于两台，应有两回及以上供电，并引至不同的母线段，当一台故障时，另一台必须保证全部负荷。

电缆截面的选择，应在任何一回路停止供电时，其余电缆仍能保证全部负荷用电。

设计采用高压下井，下井电缆沿主斜井敷设，采用矿用橡套电缆或屏蔽电缆，总回风巷和专用回风巷不敷设电缆，井下共安装设备52台（件），其中工作设备38台（件）；设备总容量1655.30kW，其中工作容量1415.30kW；计算有功负荷为936.82831.3kW，无功负荷979.23kar，视在负荷1355.19kVA。

2、电压等级

（1）低压1140V、660V；

（2）手持式电气设备、照明、信号127V；

（3）远距离控制线路的额定电压36V。

二、井下电缆

电缆的选择及电缆的敷设必须符合《煤矿安全规程》规定。

井下电缆必须是经检验合格并取得煤矿矿用产品安全标志的阻燃电缆。

1、井下电缆的选用应遵守下列规定：

（1）确定电缆类型、绝缘水平、铠装形式

1）井下高压选用MYJV22压型煤矿用交联聚乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套电力电缆。

2）低压动力电缆

①固定敷设的应采用应采MVV铠装铅包纸绝缘、铠装聚氯乙烯电缆或不燃性橡套软电缆。

②移动式和手持式电气设备都应使用专用橡套软电缆。

③采掘工作面的660V电气设备必须使用不燃性橡套软电缆。

3）照明、通信、信号和控制用的电缆，应采用铠装电缆、不燃性橡套电缆或矿用塑料电缆。

4）高瓦斯、煤与瓦斯突出矿井井下使用的电缆芯线全部采用铜芯。

（2）电缆的截面选择

1）从井下变电所供掘进局扇线路

有功负荷:

54.0kW

Ij=54÷（×0.66×0.8）=59.34（A）

选择MY-0.38/0.66-3×35+1×16电缆1回路，35mm2矿用绝缘电缆在25℃时的1kV长期容许电流为138A,则回路允许载流量为：

Ix2=1×138=138（A）＞Ij=59.34（A）

MY-3×35+1×16-400/600m电缆单位负荷矩时电压损失百分数：

当cosφ=0.75时单位负荷矩时为0.158%kw.km（查表），则电源线路电压降为：

ΔU2%=（54×0.05×0.158%）÷1=0.42%＜5%

电压降符合要求。

2）从井下变电所供掘进线路

有功负荷:

55.5kW

Ij=55.5÷（×0.66×0.8）=60.98（A）

选择MY-3×35+1×16电缆1回路，35mm2矿用绝缘电缆在25℃时的1kV长期容许电流为138A则回路允许载流量为：

Ix2=1×138=138（A）＞Ij=60.98（A）

MY-3×35+1×16-300/500mm电缆单位负荷矩时电压损失百分数：

当cosφ=0.75时单位负荷矩时为0.158%kw.km（查表），则电源线路电压降为：

ΔU2%=（60.98×0.05×0.158%）÷1=0.36%＜5%

电压降符合要求。

3）从井下变电所供采煤工作面回风巷负荷线路

有功负荷:

12.12kWIj=12.12÷（×0.66×0.8）=30.51（A）

选择MY-0.38/0.66-3×16+1×16电缆1回路，35mm2矿用绝缘电缆在25℃时的1kV长期容许电流为138A,则回路允许载流量为：

Ix2=1×138=138（A）＞Ij=30.51（A）

MY-3×16+1×16-600m电缆单位负荷矩时电压损失百分数：

当cosφ=0.75时单位负荷矩时为0.158%kw.km（查表），则电源线路电压降为：

ΔU2%=（11.12×0.2×0.158%）÷1=0.32%＜5%电压降符合要求。

5）从地面至井下变电所高压线路有功负荷:

936kW

Ij=936÷（×10×0.8）=67.53（A）选用MYJV22-8.7/10-3×50型矿用交联聚乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套电力电缆，50mm2矿用绝缘电缆在25℃时的10kV长期容许电流为173A，则回路允许载流量为：

Ix2=1×173（A）＞Ij=67.53A

MYJV22-3×50+1×16-500m电缆单位负荷矩时电压损失百分数：

当cosφ=0.75时单位负荷矩时为0.66％/Mw.km（查表），则电源线路电压降为：

ΔU2%=0.936×0.5×0.66%=0.31%＜5%电压降符合要求。

由以上校验可知下井主电缆选择、载流量、线路压降均符合要求。

2、电缆敷设路径及方式

（1）电缆在井筒、采区上下山、水平大巷等地点的敷设

1）井筒内敷设的高压、照明、信号、通讯、安全监测监控等电缆采用金属钩悬挂于巷道的顶帮或两侧，两个电缆钩之间的距离不大于3m。

2）采区上下山、水平大巷敷设的高压、低压动力、照明、信号、通讯、安全监测监控等电缆采用金属钩悬挂于巷道的顶帮或两侧，两个电缆钩之间的距离不大于3m。

（2）电缆在井下其他巷道的敷设采掘巷道、运料斜巷、运输斜巷敷设的低压动力、照明、信号、通讯、安全监测监控等电缆采用金属钩悬挂于巷道的顶帮或两侧，两个电缆钩之间的距离不大于3m。

3、电缆敷设与管路、电缆与电缆之间的距离

（1）电缆与管路

电缆与管路应敷设在巷道的不同一侧，不得遭受淋水。

如特殊原因必须敷设在巷道的同一侧时，电缆必须敷设在管路上方并保持0.3m以上的距离。

（2）电缆与电缆

井筒和巷道内的通信、信号、安全监测监控电缆应与电力电缆分挂在井巷的两侧，如果受条件所限；在井筒内，应附设在距电力电缆0.3m以外的地方：

在巷道内，应敷设在电力电缆的上方0.1m以上的地方。

高、低压电力电缆敷设在巷道一侧时，高、低压电缆之间的距离应大于0.1m，高压电缆之间、低压电缆之间的距离不得小于50mm。

井下巷道内的供电线路，沿线每隔一定距离、拐弯或分支点以及连接不同直径电缆的接线盒两端、穿墙电缆的墙的两边都应设置注有编号、用途、电压等级和截面的标志牌。

（3）电缆的连接电缆的连接必须遵守下列规定：

1）电缆与电气设备的连接，用与电气设备性能相符的接线盒；电缆线芯必须齿

形压线板（卡爪）或线鼻子与电气设备进行连接。

2）不同型型号规格的电缆之间严禁直接连接，应采用符合要求的接线盒、连接

器或母线盒进行连接。

3）相同型号规格电缆之间直接连接时，应采用符合要求的接线盒、连接器或母

线盒进行连接。

4）橡套电缆的修补连接（包括绝缘、橡套、电缆）采用阻燃材料进行硫化热补或与热补有同等效能的冷补，并经浸水耐压试验，合格后方可下井使用。

4、安全措施

（1）下井及井下电缆的安装、使用、维护措施

1）在回风斜井和专用回风巷内不应敷设电缆，在机械提升的进风的倾斜井巷（不

包括输送机上下山）敷设电缆时，必须有可靠的安全措施。

2）溜放煤、矸、材料的溜道中严禁敷设电缆。

3）电缆敷设地点的水平差应与电缆允许敷设水平差相适应。

4）橡套电缆必须具有保护接地芯线，其截面满足保护接地的要求；高压电缆必须具有供保护接地用的金属外皮或接地芯线，其截面满足保护接地的要求。

电缆接地

芯线及接地外皮除用作接地回路监测外不得兼作他用。

5）高瓦斯矿井、突出矿井井下严禁使用铝芯电缆。

6）必需选用经检验合格的并取得煤矿矿用产品安全标志的阻燃电缆。

7）电缆主线芯的截面应满足供电质量的要求。

8）矿井设专电气设备、设施防爆性能检验员，所有的下井电气设备、设施必须经防爆性能检验员检查、验收合格后方可下井。

不符合防爆性能要求的电气设备、设

施严禁下井及在井下使用。

（2）下井及井下电缆的检查、试验措施

1）固定敷设的电缆每周由专职电工对电费的外表及悬挂情况进行一次检查；对

电缆的绝缘每季度检查测试一次，发现隐患及时处理。

2）移动电气设备的橡套电缆每班由专职电工或当班司机对电费的外表及悬挂情况进行一次检查；对电缆的绝缘每月由专职电工检查测试一次，发现隐患及时处理。

3）接地网的接地电阻每季度由专职电工检查测试一次，发现隐患及时处理。

4）新安装的电气设备绝缘电阻及接地电阻投入运行前由专职电工检查测试一次，

其值必须符合要求。

5）高压电缆的泄漏和耐压试验每年进行一次。

三、井下电气设备及变电所

1、电气设备防爆等级

（1）本矿按煤与瓦斯突出矿井进行设计和管理。

根据《煤矿安全规程》规定，矿井井下所有电气设备（包括照明、信号）和电机均选用矿用隔爆型。

井下通讯、监测监控、自动化系统设备选用本质安全型。

（2）无油真空化情况

井下高压开关选用PJG9L-10型矿用隔爆型高压真空配电装置，低压馈电开关选用KJZ自带检测漏电保护系列隔爆真空开关，磁力起动器选用QBZ系列真空磁力起动器。

动力变压器选用KBSG系列矿用隔爆型干式变压器。

煤电钻选用ZBZ-2.5型煤电钻综合保护装置；照明选用ZBZ-4.0型照明综合保护装置。

水泵、刮板输送机、采煤机选用QJR-315防爆磁力软启动器。

（3）所选电气设备具备“煤矿矿用产品安全标志”。

2、电气设备的继电保护

（1）井下中央变电所的高压馈电线上，必须装设有选择性的单相接地保护装置；供移动变电站的高压馈电线上，必须装设有选择性的动作于跳闸的单相接地保护装置。

（2）井下动力变压器的高压控制设备，应具有短路、过负荷、接地和欠压释放保护。

低压电动机的控制设备，应具备短路、过负荷、单相断线、漏电闭锁保护装置及远程控制装置。

（3）井下配电网路（变电器馈出线路、电动机等）均应装设过流、短路保护装置。

井下由采区变电所、移动变电站或配电点引出的馈电线上，应装设短路、过负荷和漏电保护装置。

3、井下变电所

（1）井下变电所位置

在965运输大巷一侧布置变电所，具体位置见图3开拓系统平面图。

（2）电器主接线

井下10KV变电所采用铠装电缆进线，单母线分段联接。

（3）井下变压器

井下变电所安装两台KBSG-100/10/0.69kv变压器向井下局扇供电；安装两台KBSG-800/10/0.69kv变压器向井下采面运输巷运输设备、掘进工作面设备、采煤工作面设备供电。

在绞车房附近安装一台KBSG-200/10/0.69kv变压器向提升绞车、架空人车设备供电，井下供电变压器中性点严禁接地。

（4）供电安全分析

井下变电所设有两回电源线路，当任一回路发生故障停止供电时，另一回路应能担负矿井全部负荷。

（5）灭火器具设置

硐室内配备CO2灭火器2个，8kg干粉灭火器2个，灭火沙袋2个。

4、局部通风机的供电方式及风电瓦斯闭锁

本矿属于煤与瓦斯突出矿井，掘进工作面的局部通风机采用三专（专用变压器、专用开关、专用线路）供电，且实行双风机、双电源并自动切换；掘进工作面实行风电闭锁和瓦斯电闭锁。

第五节井下电气设备保护接地

一、保护接地的设置范围

电压在36V以上的电气设备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，铠装电缆的金属外皮、铅皮、高压电缆接线盒、屏蔽电缆屏蔽护套、电缆的接地芯线等均设保护接地。

二、接地网

电压在36V以上的电气设备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，铠装电缆的金属外皮、铅皮、高压电缆接线盒、屏蔽电缆屏蔽护套、电缆的接地芯线和局部接地极与主接地极连接成一个接地系统称接地网。

1、主接地极

在965运输大巷中部设置一个水窝，在水窝中埋设一块主接地极。

主接地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。

2、局部接地极

低压