浅谈我国煤矿供电及矿用电气产品的发展前景

论文提要：提高煤炭产量，降低成本，必须发展机械化采煤技术，首先应大力开发高电压大功率综采成套设备，提高采区工作面电压，同时发展相应的供电设备及配套防爆电气产品，提高采区工作面机电设备自动化水平。探讨了随着电压提高，解决隔爆外壳内电弧短路造成的外壳先爆的预防措施。关键词：电压成套设备电弧烘矿供电矿用电气产品1浅谈我国煤矿供电及矿用电气产品的发展前景一、前言（一）我国煤矿机械设备的发展在我国的能源结构中，煤炭资源仍占据相当重要的地位，在整个能源结构中约占60%，而且在一个相当长的时间内，煤炭资源将仍是我国能源消费的主要部分。2007年，我国煤炭产量为25.23亿吨尽管产量位居世界第一，但仍然出现煤炭产量相对紧张的趋势，呈供小于需的现象，从而制约了我国国民经济的发展。现以我国煤炭矿山机械设备为分析研究对象，分析煤矿机械设备使用、研发中存在的问题；根据煤矿机械设备使用、研发现阶段存在的问题，指出煤矿机械设备的发展与展望。（二）我国煤矿机械的现状经过几十年的发展，我国煤炭工业取得了长足的进步。且煤矿机械的制造、使用也取得了较大的成绩。随着经济的发展和对煤炭资源的需求的增加，我国的煤矿机械逐渐暴露出很多不尽如人意的问题。1、设备体积过大、笨重体积大、重量大是煤矿机械设备最大的特点。以单体液压支柱为例，每根重量在60~80Kg，体质稍差的工人单独根本无法处理；而液压支架、采煤机等大型设备更是在数吨以上。设备过于笨重，不但导致运转不灵活，而且使设备的搬迁受到限制，从而限制生产能力的发挥。此外，煤矿机械还存在着能耗大、使用寿命短、国产化低等诸多问题。2、适应性差在我国矿山中，部分矿井实现了机械化采煤，但部分矿井仍采用放炮落煤，这不仅不利于煤炭块度的保持且容易导致瓦斯、顶板事故的发生，对井下工人的生命安全也造成严重危害。纠其原因是因为煤矿机械对地质条件的适应性很差，地质条件稍有变化，现有机械化设备就无法展开使用，从而造成煤矿机械化水平的落后，制约煤矿生产能力的提高。3、智能化低当今世界是一个智能化的世界，各个行业的现代化、智能化都在不断提高。但是，我国煤炭行业的现代化水平明显滞后于时代的发展，特别是煤矿机械更是可怜，大部分机械设备仍是机械动力或机械控制，仅有少数小型设备实现了数字化和智能化，这必定成为制约我国煤矿生产能力提高的瓶颈。4、生产能力受束缚目前，我国煤炭产量已经达到了25.23亿吨，但与满足2国民经济发展需要的煤炭资源还有很大差距，而其中部分煤炭资源是矿井超产增加的产量；如按正常煤矿机械生产能力定产生产，则年煤炭产量将远远小于这一值。同时，在我国煤矿生产现场，单工作面产量500万吨/年的矿井仍为数不多，这也多受煤矿机械设备生产能力的束缚所致。（三）机械设备的发展趋势提高煤炭产量，是我国国民经济持续发展的需要；尽快实现煤矿现代化，是社会发展的需要；实现煤矿机械设备现代化、智能化是煤矿工人的热切需要。因此，煤矿机械设备如何发展，成为事关煤炭行业兴衰成败的重中之重。1、使用灵活化矿山机械设备的灵活化是指机械设备的适应性强，一台机械设备可以适应多种复杂的地质条件和矿井生产条件。如能够实现矿山机械设备的灵活化，则赋存条件较差的煤矿的生产能力也将被极大挖掘，从而提高整个煤炭行业的生产能力。2、功能综合化这里的综合化是指机械设备功能的综合化，即实现一台设备多项功能的综合。如煤电钻功能与凿岩机械功能的综合、单体液压支柱与顶梁功能的综合等。实现机械设备功能综合化，有利于节约人力资源、有利于提高设备的利用效率、有利于煤矿机械设备生产能力的发挥。3、设备的国产化煤矿机械经过几十年的发展，取得了相当大的成绩，常用设备基本实现了现代化。但是一个高精度、大能力、高技术的设备仍不能实现国产化，从而制约煤矿机械的发展。因此实现矿山设备的全部国产化也将是我国煤矿行业的发展趋势之一。此外，煤矿机械设备在发展的过程中还应注意与煤矿生产实际的结合、机械设备的人性化设计、机械设备的环保节能性及机械设备的可持续使用等方面的需求，及时调整机械设备发展的方向，以适应各个不同的需求。4、设备的现代化、智能化现阶段，社会在飞速发展；各行各业都在迅速的实现现代化、智能化。煤炭机械也不例外，也应该紧跟时代潮流，尽快实现现代化、智能化，解决制约我国煤炭行业生产能力发展的瓶颈。【案例】《煤矿机械成套设备项目可行性研究报告》主要是通过对煤矿机械成套设备项目的主要内容和配套条件，如市场需求、资源供应、建设规模、工艺路线、设备选型、环境影响、资金筹措、盈利能力等，从技术、经济、工程等方面进行调查研究和分析比较，并对煤矿机械成套设备项目建成以后可能取得的财务、经济效益及社会影响进行预测，从而提出该煤矿机械成套设备项目是否值得投资和如3何进行建设的咨询意见，为煤矿机械成套设备项目决策提供依据的一种综合性的分析方法。可行性研究具有预见性、公正性、可靠性、科学性的特点。二、矿用电气设备矿用电气设备是专为煤矿井下条件生产的不防爆的一般型电气设备，这种设备与通用设备比较对介质温度、耐潮性能、外壳材质及强度、进线装置、接地端子都有适应煤矿具体条件的要求，而且能防止从外部直接触及带电部分及防止水滴垂直滴入，并对接线端子爬电距离和空气间隙有专门的规定。适用于矿井条件的各种电气设备,如矿用变压器、电动机、开关设备、照明灯具以及通信、信号、控制检测装置等。井下空间狭小，环境潮湿，粉尘含量大，常有岩石和矿物冒落；有的存在沼气（瓦斯）、矿尘等爆炸的危险，有的还有腐蚀性矿水和霉菌寄生。因此，矿用电气设备在材质和结构等方面应考虑防潮、防尘和防爆的特殊要求。按使用环境的爆炸危险程度，矿用电气设备可分为下列数种。矿用一般型电气设备标志为KY。特点是：外壳结构牢固，具有较好的防潮、防尘性能，内部导体间空气间隙和漏电距离大，门上盖有机械联锁装置，只在设备断电的情况下，才能打开，以防触电。该型设备只能用于无瓦斯、煤尘爆炸危险的矿井或无瓦斯突出矿井中的井底车场和主要进风巷。矿用防爆型电气设备包括隔爆型、本质安全型、增安型、充油型、正压型、防爆特殊型和上述类型的复合型设备。隔爆型电气设备标志为KB。20世纪初最先出现于德国,现为各国广泛采用。其原理以间隙隔爆为基础,除符合矿用一般型电气设备要求外，对其外壳的材质和强度、隔爆接合面间隙宽度、长度和加工光洁度等，都有严格规定。外壳不仅承受壳内部可燃性混合物可能产生的最大压力，还能使爆炸的生成物和火焰经过接合面向外传播时逐渐冷却，不致引燃壳外可燃性混合物。适用于容易产生瓦斯、煤尘爆炸危险的场所。本质安全型电气设备标志为KH。以前称安全火花型,最早出现于英国,1939年就有制造本质安全型电气设备的有关规定。原理是适当选择电气参数，使电气回路在正常工作或规定的故障状态下产生的电火花和热效应均不致引燃爆炸性混合物。这种设备无需隔爆外壳，可用于经常存在爆炸危险的环境中。但受最小点燃能量的限制，只能在通信、信号、仪器仪表和控制回路中使用。4增安型电气设备标志为KA。超源于德国，曾称安全型或防爆安全型。在正常运行时不产生电弧、火花或危险温度的电气设备上，采取提高安全程度的措施，防止内部发生短路及接地故障,严格控制外壳表面温度,达到防爆目的。该型设备不需要笨重的隔爆外壳，成本低，维护简便，在联邦德国已广泛应用于鼠笼式电动机、照明灯具及接线盒等设备上，中国目前尚少使用。充油型电气设备标志为KC。将可能产生火花、电弧或危险温度的带电部件浸在油中，使其不与油面上的爆炸性混合物接触，防止点燃引爆。该型设备仅适用于装设在有防火措施同室内的固定电气设备，如交流断路器和变压器等。正压型电气设备标志为KF。密封外壳内导入正压新鲜空气或充入惰性气体，保持一定正压，以阻止壳外爆炸性混合物进入的电气设备。该型属于化工厂防爆类型，煤矿井下未采用。防爆特殊型电气设备标志为KT。结构上不属于上述各型规定,而采取其他防爆措施的设备,如耐腐蚀、耐燃性较好的网罩或微孔隔爆结构等。复合型防爆电气设备设备的不同部分属于不同防爆类型的电气设备，如一台隔爆型磁力起动器，其控制回路可为本质安全型，称隔爆兼本质安全型。所有矿用电气设备都必须由国家指定的检验机构按照有关规程的要求进行检查，合格后才准许在井下使用。三、发展高电压大功率综采成套设备【案例】全国第一批综采设备MXA—300型系列采煤机在这里诞生；整机性能达到国际先进水平的大功率、全机载交流变频MG2×160/710（730）－AWD型薄煤层交流电牵引采煤机在这里问世；全国煤炭行业首个被列入国家863计划的项目——煤矿井下采掘装备遥控关键技术“采煤机远程控制技术及监测系统”在这里落户；为章村矿薄煤层综采工作面量身定做的首台MG2×160/710AWD大功率采煤机组从这里走出；从MG750/1910-WD（GWD）型、MG900/2210-WD（GWD）型、MG900/2290-WD（GWD）型到目前世界功率最大的MG1000/2550-WD研制开发成功，一个个高品质、高可靠性、高附加值的产品从这里投向市场；第五届中国榆林国际煤炭暨能源产业博览会，西安煤矿机械有限公司研制的世界首台大功率重型薄煤层采煤机（MG2×200/925－AWD）以其功率大（925KW）、机身矮（0.85M）和记忆截割等功能吸引了众多业内人士的高度关注。这也是西安煤机公司继成功研制MG200/456－AWD、5MG2X160/710-AWD型采煤机后为我国复杂地质条件下薄煤层综采提供的又一利器。在建厂60年之日，来自全国各地的28名采煤机操作能手在这里参加一场操作维修技术比武。一位远道而来的技术人员说，参加比赛不是惟一目的，更想亲身感受一下“传说中”的西安煤矿机械有限公司；西安煤矿机械有限公司（原西安煤矿机械厂），在全国煤机制造业内有着鲜为人知的许多传奇故事。作为原煤炭部直属的老牌煤机厂之一，在共和国煤机行业的发展史册上，西安煤矿机械有限公司已走过了60多年艰辛科技创新纪录的历程。从世界首台大功率重型薄煤层采煤机到总装机功率达2550千瓦的我国最大的采煤机，目前，西安煤矿机械有限公司的采煤机产品覆盖了0.85米薄煤层到7.1米大采高，市场占有率达30%以上，产品出口俄罗斯、印度、孟加拉等国，成为我国煤机行业的佼佼者。然而，一路走来，并不轻松。从上世纪80年代初的天之骄子，到90年代的一度沉寂；从2002年的奋起直追，到现在的行业翘楚……回眸西煤机的过往，困难与挑战同在。惟一不变的，是他们在坚守中创新的那股子精神。让我们翻看这60多年的历史画卷，共同走进西煤机，感受我国“采掘先锋”的精神所在。（一）高压电器国际上公认的高低压电器的分界线交流是1kV（直流则为1500V）。为交流1kV以上为高压电器，1kV及以下为低压电器。有时也把变压器列入高压电器西安高压电器研究所是1958年在规划的西安开关整流器厂中央试验室基础上由一机部批准成立的，因该所当时明确为西安建设中的开关、电瓷、电容、绝缘和变压器厂开展研究开发、试验服务，涉及开关、变压器、保护电器、量测电器等各专业，因此定名为高压电器研究所，该名称一直延续至今。（二）矿用变电器变压器是一种将交流电压升高或降低，并且保持电压频率不变的电气设备。发电厂要把大量的电能输送到远处的用电地区，就必须用升压变压器把电压升高，以降低线路上的损耗；在用电地区，又必须用降压变压器把电压降低，以适应各种用电设备和安全用电的需要。变压器还可以用来改变交流电流，变换阻抗和相位。四、煤矿机电防爆电器设备防爆标准（一）防爆电气设备标准防爆电气设备是指按国家标准设计、制造、使用的不会引起周围爆炸性6混合物爆炸的电气设备。现行的防爆电气设备国家标准是GB3836系列。它的主要内容是把防爆电气设备分为隔爆型(d)、增安型(e)、本质安全型(i)、正压型(p)、充油型(o)、充砂型(q)、无火花型(n)、浇封型(m)、气密型(h)、特殊型(s)并对其防爆技术及试验方法进行了规定。国家标准主要包括以下几点。1、电气设备的允许最高表面温度。表面可能堆积粉尘时为150℃，采取防尘堆积措施时为450℃，防爆电气设