矿井供电系统设计煤矿机电专业.doc

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1、职业技术学院成人教育学院毕 业 论 文 姓 名： 层 次： 专业班级：机电一体化设计题目： 矿井供电系统设计 指导教师： 职称： 2014年11月20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

2、，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 设计目录绪 论1第一章 井田概况211 交通位置212 地形、地貌及水文313 气象及地震314 矿区经济状况4第二章 地质特征62、1 地层62、2 构造1023 煤层1324 矿井水文地质1425 矿井开采条件15第三章 供电系统163.1 供电电源163.2 电源线路截面选择163.3 矿井10K

3、V变电所21第四章 采区低压控制电器的选择284.1低压电器电器选择原则284.2、低压电器电器容量及整定计算28第五章 低压保护装置的选择和整定305.1低压电网短路保护装置整定细则规定305、2保护装置的整定与校验30第六章 高压配电箱的选择和整定346、1高压配电箱的选择原则346、2高压配电箱的选择346、3高压配电箱的整定和灵敏度的校验35第七章 井下漏电保护装置的选择367、1井下漏电保护装置的作用36第八章 井下保护接地系统38结 束 语39致 谢 词40参考文献41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

4、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

5、。第一章 井田概况11 交通位置红岩煤矿煤矿位于市昭阳区15方向，直距约20km。属昭阳区靖安乡管辖，矿权区长约1.24Km，平均宽约0.80Km，面积0.9950Km2，为含煤区一小矿。图1 交通位置示意图 其地理坐标为： 东经：10349451035032 北纬：273601273638煤矿有简易公路与213国道相连，距213国道7公里，距市区约44km，距内（内江）昆（昆明）铁路站约47km，交通条件较好,详见交通位置示意图。12 地形、地貌及水文煤矿地处云贵高原北部斜坡地带，境内山峦起伏，沟壑纵横，属高寒山区，地势东高，西低，地形高差较大；山脉走向与地层走向大致相同，为北东至南西向的线

6、状山脉。西部陡峭，东部较缓,山高谷深，地形切割剧烈，沟谷两岸陡峻，多形成“V”谷。最高点为矿区东南部大尖山，海拔高程为3014m，最低点为矿区西北侧的沟谷，海拔高程为1895m，最大相对高差为1119m，地貌类型属高中山构造侵蚀溶蚀地貌。区内沟谷发育，无大的地表水体，仅在矿区外围西南有季节性溪流干海沟、箐沟汇入矿区西侧的百顺小河，百顺小河自南往北汇入大观河。地表水靠大气降雨补给,比降大，流量动态变化大，雨季和强降雨时，河水猛涨；旱季节则流量较小，甚至断流。矿区区域上处于大观河和落泽河分水岭地带，地表水和地下水以分水岭的西界分别流入矿区西侧的大关河上游支流，属大关河流域金沙江水系。13 气象及地

7、震区内属高原性气候区，由于高差较大，气候的垂直分带较为明显。河谷地带常年炎热，高海拔地区则常常阴雨绵绵，雾罩期长。据当地气象资料，全年无云晴天较多，年最多日照可达210220天，而11月至次年的5月为旱季，气候干燥，风沙大；雨季集中511月份，占全年降雨量的89以上,年平均降雨量为8501000mm。11月至次年3月似为霜期，其余月份多为雨雾蒙蒙天气。历年平均气温11.2，1月气温最低，月平均气温2；7月气温最高，月平均气温19.8。极端最高气温35.5,最低气温3.7。刮风时间较多，一般为23级，以西北风为主，东南风次之，其潮湿寒冷气候显示出滇东北高寒山区气候特征。地区位于我国地震活动最强的

8、南北向地震带东翼，境内断裂发育，地震活动频繁。根据云南省地震局资料，有历史记载以来地区发生过多次地震,其中5.0级地震以上有6次。1844年8月在永善的长坪发生过6.5级强烈地震，1917年7月31日在大关县吉利镇发生过6.5级强烈地震；1974年5月10日地区发生过7.1级强烈地震，云南省永善、大关、盐津、绥江等县和四川省的雷波县受到不同程度的破坏。地区2003年11月27日曾发生5.1级地震，波及镇雄、威信两县；地区2003年8月10日下午6时26分，在鲁甸县桃源一带发生5.6级强烈地震，全市十一县区均有震感；2004年8月10日，市鲁甸县发生5.6级地震，造成鲁甸、昭阳等地受损；2006

9、年7月22日，市盐津县发生5.1级地震，建筑物损坏较为严重，内昆铁路中断。地震波及市盐津县大部分乡镇和邻近的大关、彝良、永善等县，周围其他县区也有强烈震感。根据云建抗1993第44号，本区抗震设防基本烈度为七度，设计地震高峰加速度值为0.15g。14 矿区经济状况云南省昭阳区人口众多，是市经济较为发达的地区，交通相对方便，平坝河谷地区经济发展相对较快，工业基础较好；但山区自然条件较恶劣，经济较落后，工矿企业单一且不发达，是国家重点扶持的县区。为此，云南省市昭阳区政府在未来的发展战略中着重把丰富的煤炭资源开发列在优先位置，以实现资源优势转化为经济优势，并将其培育为全区经济发展的支柱产业，以此带动

10、其他产业的发展，实现全区经济的快速发展。矿区为偏远山区，以汉族为主，有少量的苗族、彝族、回族等杂居，人口较多，劳动力较充沛，工农业不发达，经济条件较差。主产玉米、洋芋、荞麦，主要经济作物为油菜籽，产野生天麻、三七、杜仲等名贵中药材。1、5 水源和电源目前矿井正在建设双回路供电，电源来自靖安乡供电所，供电距离9km；矿井备用电源配备了两台备用柴油发电机组，（一台300KW，型号：JSI300,专供地面用电；另一台500KW，型号：JSI500-14，专供井下用电）型号为BFV626，功率为456kW。发电机供电能够满足井下通风、提升、排水、运输等需求。拟扩矿区位于北顺村的箐沟,该沟为季节性溪沟,

11、水量不稳定；主平硐探井（D3）岩溶含水层涌水量平均为10342。08m3 /d，最大为13065 m3 /d。水质清澈，水化学类型为HCO-3-Ca2+.Mg2+。目前由于尚未进行建井和开采，用水量较少，矿井水直接排放未于利用，在今后建井和开采时，可将矿井水直接利用为生产和生活用水，水量足以满足矿山使用，但在作为生活用水使用时，建议定期做水质化验。第二章 地质特征2、1 地层区内出露地层由新至老有：新生界第四系（Q）及古生界二叠系上统峨眉山玄武岩组（P2）；古生界二叠系下统茅口组（P1m）、栖霞组（P1q）、梁山组（P1l）；石炭系中统威宁组（C2Wn）、石炭系下统摆佐组（C1b）、上司+旧司

12、组（C1sh+js）、万寿山组（C1w）、金子沟组（C1j）；泥盆系上统（D3）泥盆系中统曲靖组（D2 q）。(详见表2)。表2 区 域 地 层 表时代地层名称厚度(m)岩 性 简 述Q第四系0-30为坡积物、残积物和冲积物。不整合于以下各地层。P2峨眉山玄武岩组18-516以暗绿色杏仁状玄武岩为主，夹凝灰岩薄层。与下伏地层呈假整合接触。P1m茅口组112-641为灰、灰白色灰岩夹泥灰岩。与下伏地层呈整合接触。 P1q栖霞组76-430为浅灰、灰白色夹白云岩及生物碎屑灰岩。与下伏地层呈整合接触。P1l梁山组2-100为灰黑、黄绿、紫红色泥质粉砂岩、粉砂岩、泥岩夹煤线。与下伏地层呈假整合接触。C

13、2Wn威宁组33-386为灰、灰白色灰岩夹生物碎屑灰岩。与下伏地层呈整合接触。C1b摆佐组63-182为灰、灰白色灰岩夹白云岩。与下伏地层呈整合接触。C1sh上司组68-129为灰黑、灰色灰岩，含燧石灰岩、泥岩。与下伏地层呈整合接触。C1js旧司组32-94为灰、灰黑色灰岩、燧石灰岩夹泥岩，与下伏地层呈整合接触。C1w万寿山组35-145为灰黑、褐黄色砂岩、粉砂岩、泥岩夹煤层。与下伏地层呈整合接触。C1j金子沟组41-609为灰白、深灰色灰岩含燧石灰岩及白云岩。与下伏地层呈整合接触。D352-289为灰、深灰色结晶白云岩，灰色灰岩。与下伏地层呈整合接触。D2q曲靖组137-1081为浅灰色白云

14、岩、生物碎屑灰岩夹紫色细砂岩、泥岩。照片3 煤矿区地层剖面示意图一、第四系（Q）主要由坡、残积和冲、洪积物等构成，多分布在坡麓、低洼地、沟谷及河床边滩部位。成份为玄武岩碎石、杂色粘土、亚粘土、砂粒等，一般厚030m，与下伏各地层呈不整合接触。二、二叠系（P）一）二叠系下统峨眉山玄武岩组（P2）主要分布在勘探区东部，地形上多形成缓坡地带。火山喷发熔岩，灰绿色、深灰色，风化后呈黄褐黄绿色，致密、坚硬，气孔状、杏仁状玄武岩。局部含孔雀石，偶见细小长石斑晶。其成份主要由基性斜长石和玻璃质组成，次为绿泥石、方解石等，与下伏地层假整合接触。出露厚度约630m。二）二叠系下统茅口组（P1m）广泛分布于勘探区

15、中部和东南部，地形上呈带状分布，多形成陡岩。常见溶蚀形成的洼地、漏斗等。为一套浅海相碳酸盐沉积，以深灰、灰黑色细晶质厚层状灰岩为主，夹灰白色隐晶中厚层状灰岩及生物碎屑灰岩，局部含较多筵类、珊瑚、腕足类、瓣腮类动物化石：Neoschwagerina sp.，Verbeekina verbeeki（Geinitz），Yabeina sp.，V.（Armenina） ？ sp.，Schwagerina sp.，Verbeekina sp.，Chusenlla ？ sp.等。与下伏地层呈整合接触；厚度242.13371.25 m，平均厚度287.67m。三）二叠系下统栖霞组（P1q）分布于勘探区中部和

16、东南部，地形上呈带状分布，多形成陡岩。为浅海相碳酸盐沉积，以灰、灰白色隐晶细晶质厚层状灰岩为主，夹生物碎屑灰岩和少量白云岩、钙质白云岩、假鲕状灰岩薄层，显水平层理。局部灰岩具白云岩化，显虎斑状构造，局部含燧石结核；上部含筵类、珊瑚、苔癣等化石。底部夹灰白色薄中厚层状粉砂岩。含蜓：Misellina sp.，Nankinella cf.inflata,Staffella sp., Pisolina sp.；珊瑚:Protomichelinia sp.,Wentzelella sp.,Yatsengia sp.；腕足类:Dictyoclostus sp.,Linoproductus sp.；瓣鳃类

17、：Auiculopecten sp.；苔藓类：Pseudobatostomella sp.等化石。与下伏地层呈整合接触，厚196.69233.62m，平均厚度209.65m。四）二叠系下统梁山组（P1l）主要分布于勘探区西部，地形上呈带状分布，由于抗风化能力弱，地表多形成缓平台。为陆相沉积，以浅灰、紫红色泥岩、粉砂岩、细砂岩为主，下部为紫红色薄中厚层状粉砂岩、泥岩夹泥质灰岩，粉砂中含少量的钙质结核；上部为浅灰色薄中厚层状粉砂岩、泥岩及煤线，并含黄铁矿结核及植物化石Lepidodendron。勘探区北部局部地段见厚约2m左右的菱铁矿层。与下伏地层呈假整合接触。该组地层厚9.4838.53m，平均

18、厚度28.77m。三、石炭系（C）一）石炭系中统威宁组（C2wn）主要分布于勘探区西部，地形上呈带状分布，多形成陡岩。为一套浅海相碳酸盐沉积，为灰、灰白色厚层状细晶粗晶质灰岩、白云岩(见图版：照片3-1-5)夹生物碎屑灰岩、块状微粒灰岩薄层，底部含少量燧石团块。含珊瑚Lithosthotionanellatingi Chi， Carinophyllum sp.；蜓Staffella sp.，Profusulinella rhoboisdes(Lee et Chen)，P.sp化石。与下伏地层呈整合接触；该组地层厚47.1265.89m，平均厚度59.51m。二）石炭系下统摆佐组（C1b）主要分

19、布于勘探区西部，地形上呈带状分布，多形成陡坎。为海相碳酸盐沉积。下部为灰白色带肉红色厚层状隐晶质块状钙质灰岩夹黄绿色泥岩薄层(见图版：照片3-1-6)；中部灰白色中厚层状灰岩及紫红色粗晶钙质白云岩；上部灰白色厚层状生物碎屑灰岩、白云岩。含白色燧石团块，局部见假鲕状构造，含珊瑚:Caninia sp.， Syringopora sp.； 蜓Eostaffella sp.， Millerella sp., 腕足类：Linoproduclus sp.化石。与下伏地层呈整合接触；地层厚77.92165.79m，平均厚度146.80m。三）石炭系下统上司、旧司组（C1sh+js）主要分布于勘探区西部，地

20、形上多形成斜坡地带。为浅海相碳酸盐沉积。下部为灰黑色中厚层状隐晶质生物碎屑灰岩夹黑色燧石薄层及黄色钙质页岩薄层，中部为灰色厚层状细晶生物碎屑灰岩夹灰色泥岩薄层；上部为灰黑色中厚层状粗晶质鲕状灰岩，夹黄色钙质砂岩薄层。含蜓Eostaffella sp.，珊瑚: Palaeosmilia cf .sororia(reed)，Syringopora sp.；Arachnolasma sp.； Millerella sp.，腕足类：Pugilis cf. humanesis（Ozaki）化石。与下伏地层呈整合接触；地层厚87.39106.98m，平均厚度92.19m。四）石炭系下统万寿山组（C1w）为

21、勘探区内主要含煤地层，地形上呈带状分布，由于抗风化能力弱，多形成缓平台。主要为灰色、灰黑色、深灰色薄中厚层状泥岩、粉砂质泥岩、粉砂岩、细砂岩、钙质粉砂岩、炭质泥岩及煤组成。局部含蜓Eostaffella sp.，珊瑚: Palaeosmilia cf .sororia(reed)，Syringopora sp.；Arachnolasma sp.； Millerella sp，腕足类：Pugilis cf. humanesis（Ozaki）化石。由南向北地层有变薄现象。含煤38层，其中可采煤层1层，一般厚约2m，可采煤层赋存于下部。与下伏地层整合接触；地层厚36.8047.17m，平均厚度42.

22、80m。五）石炭系下统金子沟组（C1j）分布于勘探区西部，下部深灰、灰白色厚层状灰岩及块状含燧石钙质白云岩，含燧石结核；上部灰、灰白色薄层灰岩夹白云岩，产珊瑚：Sgringopora cf . gracilis Keyserling ；腕足类:Camarotoechia cf . xuanchengensis Ching等化石。与下伏地层假整合接触；地层厚22.233.02m，平均厚度27.61m。四、泥盆系（D）泥盆系上统（D3）分布于勘探区西部，出露不全。为浅海、海湾相沉积，下部为黑灰色厚层状粗晶质白云岩、灰色中厚层状灰岩夹黄色泥岩、灰黑色中粒中厚层状白云岩。中部深灰色厚层白云岩、灰黑色中

23、厚层状粗晶白云岩；上部灰色、灰白色中厚层状白云质灰岩，夹薄层状灰岩及灰黑色硅质岩。产腕足类: Yunnanella sp.，Camarotoechia sublivoniforms，Productella. sp.，Chsikua-ngshanensis var. bifurcata；珊瑚：Disphy-llumirr Yoh，D.cf.longiseptatum Yoh，Pexiphyllum；瓣鳃类：Posidonia? Sp化石。与下伏地层整合接触。2、2 构造本区构造位于川滇南北向构造带北段东缘与滇东北北东向构造带的交接部位，大地构造单元属扬子准地台（一级）滇东台褶带（二级）滇东北台褶

24、束（三级）。主要构造格架为燕山期运动的产物，以南北向构造、北东向构造最为明显，二者以明显的联合、复合关系交织在一起。构造总体以北东向展布为主，北西南东向展布次之。构造形式主要表现为断裂和褶皱，详见区域构造示意图（图4）。现将与矿区相关的构造简述如下：五寨向斜：自唐家沟起往北东经五寨至老君山北。该向斜两翼出露不对称，南东翼被新寨子断裂所切，北西翼保存完好。地层走向北东，倾角较平缓，为1015，中段变陡，为3550，南西段被上第三系及第四系不整合覆盖。枢扭起伏不大，轴线方向为北东向，为一舒缓开阔的向斜，煤矿位于五寨向斜的北西翼。矿区位于五寨向斜的北西翼，地层走向为北东向，倾向东南（80135），倾

25、角1436之间，一般为25。为一单斜构造。含煤地层沿走向和倾向有一定起伏变化，形成次级小褶曲。在矿井中未发现大的断层，仅见落差小于10m的正断层1条（见照片8），对煤矿开采影响不大。地表共发现落差15m以上断层3条，详见断层特征一览表（表321）。各断层特征简述如下：表5 煤矿断层特征一览表断层编号断层性质延伸长度(km)产状（度）两盘接触关系(上盘/下盘)对采煤影响程度控制程度倾向()倾角()落差(m)有效控制结论F1正断层2.5030-6070-7550上盘P1m、P2与下盘P1m、P1I+q直接接触对深部煤层开采影响较大地面12个点基本查明F2逆断层0.701806520下盘P1q与上盘

26、C2wn直接接触对深部煤层开采影响不大地面8个点基本查明F3正断层0.452206015上盘C1j与下盘C1w直接接触对浅部部煤层开采有影响地面3个点，井下1个点查明f1正断层0.209570I=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-350型钢芯铝绞线单位负荷矩电压损失百分数；当cos=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%=0.654480.824%=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%=0.654430.8

27、24%=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-350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

28、称电压（V）数量（台）设备容量（kw)需要系数costg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 kvarkvA一、井下负荷1刮板输送机6602260600.680.71.0240.841.6239601615682煤电钻127424.82.40.50.61.331.21.606607923刮板转载机6601122220.680.71.0214.9615.26396059241.64提升车绞车6603366660.60.71.0239.640.40660261365局部通风机6604244220.90.80.7519.814

29、.8518.007920156816506乳化液泵6601155550.70.80.7538.528.881320508207探水钻66011440.40.71.021.61.638潮式喷浆机660115.55.50.40.71.022.22.249信号及照明127220.90.90.481.80.87792014256小计2117365.5341.1230.54207.51310.172*400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costg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 kv

30、arkvA二风井负荷1主要通风机380213001500.90.80.75135101.25876013140002空压机38021150750.80.80.756045.0033002475003其他380/22010100.70.71.0277.14180018000小计636103100.8265.8201.20333.33补偿后0.93265.8105.20285.862400补偿电容96三地面负荷1提升绞车380111101100.80.71.028889.7833003630002木工加工房380/22012.812.80.40.61.335.126.831980253443矿灯充电2204.54.50.80.80.753.62.704620207904生活设施380/22025250.90.850.6222.513.942310577505机修车间380/2206636360.40.61.3314.419.2237606其他380/22020200.50.71.021010.202165033000合计1010246.3246.30.760.86165162.75231.82460204补偿后0.9316566.75178.02250补偿电容96