Автоматизация производственных процессов в условиях ОАО 'Шахта 'Большевик'

Вид работы:

Дипломная (ВКР)
Предмет:

Геология
Язык:

Русский
,
Формат файла:
MS Word

457,26 Кб
Опубликовано:

2015-08-21

Скачать дипломную работу Читать текст online Заказать дипломную
*Помощь в написании! Посмотреть все дипломные работы

Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.

Автоматизация производственных процессов в условиях ОАО 'Шахта 'Большевик'

Аннотация

Кожевников В.Ю. Автоматизация производственных процессов в условиях ОАО «Шахта «Большевик»: Дипломный проект по специальности «Электромеханика» (140601). - Новокузнецк, 2007. - 147 с. Табл. 32, ил. 13, источников 12, чертежей 4 листа.

Разработан проект Автоматизации производственных процессов в условиях ОАО «Шахта «Большевик». Приведены характеристики горно-геологических условий проектируемой шахты. Произведен расчет лавы 30-48 в условиях шахты ОАО «Шахта «Большевик».

Рассмотрены вопросы механизации добычи угля на основе использования комплекса «МКЮ-4У» с применением комбайна К500Ю. Выполнен расчёт электроснабжения шахты и участка. Рассчитаны технико-экономические параметры добычного участка шахты.

Рассмотрены вопросы охраны труда и охраны окружающей среды на производстве.

Исполнитель Калёнов С.Р.

Annotation

The Project of complex mechanization and automation of productions in conditions of mine(shaft) "Bol’shevic".

The Degree project on a speciality «Electromechanics»of mountain - geological conditions and improvement of a layer 30-48 in conditions of mine(shaft) " Bol’shevic " Are carried out(spent).of mechanization of a coal mining Are considered on the basis of use of a complex " МКЮ-4У " with application of a combine К500Ю.of electrosupply of mine(shaft) and a site Is executed. Are given technico-economic parameters a site of mine(shaft).of a labour safety and ecology of manufacture Are considered.Kalenov S.R.

Введение

Угольная промышленность занимает важное место в хозяйстве стран, располагающих запасами угля. Она является главнейшим поставщиком первичного сырья и топлива. Угольные месторождения на территории 63 угледобывающих стран мира характеризуются исключительным разнообразием сложнейших условий, не имеющих места ни в одной другой отрасли промышленности, связанной с добычей топлива. Основной проблемой угольной отрасли в настоящее время является увеличение глубины ведения горных работ и, как следствие, ухудшение горно-геологических условий залегания угольных пластов.

Современное горное предприятие - это крупное механизированное и автоматизированное хозяйство, характеризующее многообразием технологического оборудования, в работе которого в оптимальных режимах требуется согласованность и взаимодействие между его отдельными звеньями.

Рациональное использование материальных и трудовых ресурсов, перевооружение угольных предприятий на базе новой высокопроизводительной техники, внедрения прогрессивных технологий и способов управления дают возможность резко повысить производительность труда и качество продукции.

Рост добычи полезных ископаемых в горной промышленности достигается главным образом в результате технического перевооружения предприятий на базе комплексной механизации и автоматизации производственных процессов и повышения производительности труда, а также улучшение экономической эффективности производства.

1. Технология и комплексная механизация

геологический шахтный аккумуляторный кабельный

1.1 Горно-геологическая характеристика шахтного поля

Поле шахты ”Большевик” расположено на севере Байдаевского геологоэкономического угленосного района Кузбасса. В административном отношении Байдаевское месторождение относится к Новокузнецкому району Кемеровской области и непосредственно примыкает к черте города Новокузнецка. Месторождение занимает водораздельное пространство между реками Томь и Абашева, границы его: на юге и западе - река Томь, на востоке река Абашева, на севере - антиклинальный перегиб между Байдаевской и Кушеяковской брахисинклиналями.

Район - экономически развит. На его территории действуют 6 шахт угольных компаний: ”Южкузбассуголь”, ”Облкемеровоуголь” и ш/у «Антоновское».

Все шахты соединены с г. Новокузнецком железными и асфальтированными дорогами.

Шахтное поле занимает водораздел между реками Томь и Есаулка, изрезанный многочисленными долинами мелких рек и их притоками. Наиболее высокие отметки рельефа приурочены к средней части водораздела (+400м), а самые низкие - в пойме Есаулки (+200м).

Сейсмичность района- 7 баллов.

Шахта имеет лицензию на право пользования недрами (основное поле и части Восточного блока), согласно которой, в пользование «Владельцу лицензии предоставлена часть Байдаевского месторождения (геологические участки Антоновский 1-2 и Есаульский 3-4)». В пределах участков Антоновский 1-2 расположено так называемое «Основное поле», дорабатываемое шахтой, а в пределах участков Есаульские 3-4 - «Восточный блок» (прирезка).

Угленосные отложения Восточного блока относятся к ленинской свите ерунаковской подсерии кольчугинской серии Кузбасса верхнепермского возраста.

Литология Восточного блока типична для угленосных формаций. Соотношение литологических типов пород в интервале пластов 38-26а приведено в табл. 1-1. Изменение литологического состава по площади не существенно. Общая мощность свиты немногим превышает 500 м.

Общая угленосность разреза ленинской свиты имеет довольно выдержанное значение, составляя 4,4%.

Таблица 1-1 - Литологический состав ленинской свиты (в %) по Восточному блоку

Наименование пород	Содержание пород, %
Песчаник среднезернистый	1,9
Песчаник мелкозернистый	13,9
Алевролит крупнозернистый	12,7
Алевролит мелкозернистый	29,4
Алевролит глинистый	8,6
Аргиллит	23,4
Аргиллит углистый	0,9
Уголь	4,4
Углисто-карбонатная конкреция	0,2
Переслаивание всех типов пород	4,6
Всего, %	100
Мощность свиты, м	569

Угленосные отложения повсеместно перекрыты отложениями четвертичного возраста (суглинки, глины) мощностью 4-22 м.

Пласты угля залегают в форме брахисинклинальной асимметричной складки. Ось складки имеет северо-западное простирание и очень полого погружается в данном направлении. Дно складки широкое, пологое (порядка 2-5°), осложненное волнистостью. Северо-восточное крыло складки очень короткое, т. к. срезано взбросами, падение его пологое - 2-5°. Юго-западное крыло складки - полное, с изменчивыми углами падения в сторону севера и севера-востока. От выходов пластов угля под наносы и до глубины 250-280 м. (гор. ±0 м.) падение пластов круто-наклонное (от50° до 30°), ниже - пологое (15-5°). Пласты угля рассматриваемого Восточного блока разбиты множеством дизъюнктивных нарушений (порядка 20 нарушений различной протяжённости и амплитуд).

По сложности тектонического строения Восточный блок относится к усложненному типу, хотя здесь можно выделить участки с интенсивной нарушенностью и более спокойные. Четких границ между участками не существует.

В границах Восточного блока шахты залегают пласты 34, 33, 32, 31, 30, 29а.

На выходах пластов в зоне аэрации и колебания уровня подземных вод угли окислены. Глубина зоны окисления не везде одинакова: наибольшая отмечается на водоразделах, наименьшая - в пониженных частях рельефа. Средняя глубина зоны окисления наибольшей величины (39 м) проявляется на водоразделах; на склонах уменьшается до - 24 м, в логах до - 13 м.

Вмещающие породы представлены, в основном, алевролитами разнозернистыми, а также песчаниками и аргиллитами.

Пласты угля газоносны. Глубина залегания метановой зоны в пониженных формах рельефа составляет 25-40 м, на склонах и водоразделах - 50-170 м. Метанообильность угольных пластов на горизонтах +200, +100, ±0, -100,-200 изменяется в пределах соответственно 2,8-8,7; 7,8-13,2; 12,2-16,1; 13,8-17,8; 17,1-20,5 м3/т.

Пласты участка имеют выход летучих от 36,2 до 38,4 % и являются опасными по взрываемости угольной пыли.

Угли относятся к каменным спекающимся гумусового ряда, сложены, в основном, витринитом.

Угли пластов 34, 33, 32, и 30 относятся к марке ГЖО, а угли пласта 29а - к марке ГЖ.

Средняя температура горных пород равна на горизонтах, м (абс.) ±0, -100,-200 соответственно 13,1°, 15,9°, 18,7°.

Естественная радиоактивность пород и угля по данным гаммакаротажа - фоновая и слабо надфоновая.

Угли всех пластов относятся к опасным по самовозгоранию

Общая характеристика всех пластов шахтного поля в границах Восточного блока приведена в таблице1-2.

Таблица 1.2 - Характеристика рабочих пластов

№ пласта	Мощность, м	Угол падения, град.	Мощность породных прослоев, м	Кровля	Почва
32	0,82¸2,85	5¸10	0,05-0,25	алевролит мелкозернистый очень редко алевролит крупнозернистый и песчаник	алевролит мелкозернистый меньше песчаник и алевролит крупнозернистый
30	0,47¸3,94	5¸10	0,01¸0,45	алевролит мелкозернистый очень редко алевролит крупнозернистый и песчаник	алевролит мелкозернистый редко песчаник и алевролит крупнозернистый
29а	1,02¸7,50	5¸10	0,03-0,10	алевролит мелкозернистый	алевролит мелкозернистый и крупнозернистый

Не утверждены запасы каких-либо полезных попутных ископаемых и полезных попутных компонентов в породах и углях пластов, в подземных водах поля шахты “Большевик” .

Содержание редкоземельных элементов в углях, в том числе германия и галлия, не превышает фоновых значений и не представляет промышленного интереса.

Вмещающие породы содержат свободную двуокись кремния в пределах 26,5-41,9% и являются силикозоопасными.

.2 Категория шахты по газу и пыли

Природная газоносность угольных пластов изменяется от 2,8 м3/т до 20,5 м3/т.

Метаноносность пластов угля по горизонтам приведена в табл.1.3.

Таблица 1.3

Горизонт	+200	+100	±0	-100	-200
Газоносность, м3/т.	2,8-8,7	7,8-13,2	12,2-16,1	13,8-17,8	17,1-20,5

В данный период шахта относится ко второй категории по естественному выделению газа метана.

.3 Запасы полезного ископаемого

Промышленные запасы добываемого угля в восточном блоке составляют 23410 тыс. тонн. Срок службы шахты при принятой производственной мощности с учетом развития и затухания горных работ составит 18 лет.

.4 Проектная и фактическая мощность шахты

Проектная мощность шахты составляет 1,5 млн. тонн в год. Фактически за 2006 год добыто около 1,6 млн. тонн угля.

.5 Схема вскрытия шахтного поля

В настоящее время пласт 30 вскрыт квершлагами №19 и №20 с основного поля шахты. На них предусматривалась отработка лав 30-45 и 30-46 (в настоящее время уже отработаны).

Пласт 29а с основного поля шахты не вскрыт. Проходка квершлага №22 остановлена на расстоянии 20-30 м до пласта.

В связи с большой отдалённостью восточного блока от основной площадки (5 км по горным выработкам) возникают трудности с обеспечением его воздухом, транспортом угля, доставкой материалов и оборудования, а также людей. Поэтому данным проектом предусматривается обособленное вскрытие и отработка восточного блока.

Вскрытие и подготовка пласта 30 предусматривается путевым и конвейерным наклонными стволами, существующим бремсбергом 30-46, тремя штреками и тремя уклонами (путевым, конвейерным и вентиляционным) и двумя фланговыми уклонами. Шахтное поле условно делится фланговыми уклонами на две части: пологую (0° - 10°) и наклонную (11° - 45°).

Для организации запасного выхода на фланге уклонной панели в соответствии с требованиями ПБ намечается проведение флангового наклонного ствола.

Вскрытие и подготовка пласта 29а предусматривается двумя наклонными квершлагами с пласта 30, двумя магистральными штреками пласта 29а, соединяющими уклоны и фланговые уклоны пласта 29а, двумя уклонами пласта 29а, проходимыми с наклонных квершлагов, и двумя фланговыми уклонами пласта 29а, проходимыми с магистральных штреков, (для всех выработок: одна - путевая, другая - конвейерная). На фланге уклонной панели намечается проведение флангового наклонного ствола. Подача свежего воздуха намечается по вентиляционному гезенку с пласта 30. Для запасного выхода (пока не будет пройден фланговый наклонный ствол) с флангового путевого уклона пласта 29а проходится гезенк-запасной выход на фланговый путевой уклон пласта 30.

Вскрытие и подготовка пласта 32 осуществляется двумя стволами (путевым, конвейерным) и двумя фланговыми стволами. На фланге уклонной панели намечается проведение флангового наклонного ствола (восток). Подача свежего воздуха намечается по вентиляционном гезенку с пласта 30. Передача угля на пласт 30 с пласта 32 намечается по угольному бункеру.

Сечение вентиляционных штрека и уклона пласта 30 принято 20,0 м2, путевого и конвейерного наклонных стволов и фланговых уклонов всех пластов - 15,6 м2, путевого и конвейерного уклонов - 18,4 м2. Крепление вентиляционных выработок, путевого и конвейерного уклонов - анкерное с решётчатой затяжкой, путевого и конвейерного наклонных стволов и фланговых уклонов - металлической арочной крепью из СВП с железобетонной и решётчатой затяжкой.

Подготовка выемочных столбов всех пластов намечается спаренными (конвейерным и вентиляционным) штреками, проходимыми встречными забоями от основных и фланговых уклонов. Сечения штреков приняты из условия размещения в них необходимого транспортного оборудования, подачи необходимого количества воздуха в очистные и подготовительные забои и составляют 14,2 м2. Крепление штреков принято сталеполимерными анкерами с решетчатой затяжкой.

В связи с тем, что вскрытие и подготовка пластов намечается без вертикальных стволов при полной конвейеризации транспорта угля, сооружение околоствольных дворов не предусматривается.

Отработка выемочных столбов по пластам намечается в нисходящем порядке.

Для уменьшения зон повышенного давления проектом предусматривается приведение краевых частей лав и межлавные целики в неудароопасное состояние путём глубинного увлажнения через скважины, гидрорыхления и гидровымывания;

Длина выемочных столбов в пределах рассматриваемых границ шахтного поля по простиранию составляет 500 - 2200 м.

Подготовка выемочных столбов на пластах 29а и 32 аналогична пласту 30 - проходкой спаренных подэтажных штреков.

Порядок отработки выемочных полей - обратный, от фланговых наклонных уклонов к основным.

.6 Проветривание шахты

Система проветривания шахты принята единая. Схема проветривания - центральная. Способ проветривания - нагнетательный.

Для проветривания шахты предусматривается нагнетательная вентиляторная установка типа ВDК-8-№26А, располагаемая у устья вентиляционного канала (бывший бремсберг 30-46).

Учитывая невысокую газообильность принята возвратноточная схема проветривания выемочных участков с восходящим проветриванием и выдачей исходящей на вентиляционный штрек лавы и далее на конвейерный уклон.

Подача свежего воздуха производится вентиляторной установкой типа ВDК-8-№26А по вентиляционному каналу, расширенной части квершлага 19, путевому штреку пл. 30 и вентиляционному уклону до гор. -35 м и далее по вентиляционному штреку 30-49 поступает к потребителям: лаве 30-48. и 1-му подготовительному забою. Ко 2-му подготовительному забою свежий воздух подаётся с устья путевого наклонного ствола.

Исходящая струя воздуха из очистного забоя и подготовительных забоев по конвейерному и фланговому уклонам, конвейерному и путевому наклонным стволам выдается на поверхность.

Проветривание очистного забоя осуществляется за счет общешахтной депрессии. В подготовительные забои, находящиеся в этот период в работе, свежий воздух подается вентиляторами местного проветривания, устанавливаемыми на свежей струе воздуха.

Параметры работы вентиляторной установки главного проветривания составляют: производительность 166,9 м3/сек; депрессия - 123,74 мм в. ст.

Данные о вентиляторных установках приведены в таблице 1.4, данные о потребителях воздуха - в табл. 1.5.

Таблица 1.4

Номер ветви	Тип вентилятора	Угол лопаток	Расход воздуха, м3/с	Депрессия, мм вод.ст.	Место установки вентилятора
44	ВDК-8-№26А	30	166,9	123,74	Б. бремсберг 30-46
74	ВDК-8-№26А		1,6	128,00	Б. бремсберг 30-46
65	ВМЭ-8	20	10,2	181,87	Путевой наклонный ствол
70	ВМЭ-8	20	10,2	181,87	Путевой наклонный ствол
89	ВМЭ-8	20	9,9	198,61	Вентиляционный уклон
93	ВМЭ-8	20	9,9	198,63	Вентиляционный уклон

Таблица 1.5

Номер ветви	Требуемый расход, м3/с	Расчетный расход, м3/с	Обеспеченность, %	Наименование
1	17,37	17,4	100,2	Очистной забой
72	8,76	9,0	102,7	ПЗ-Фланговый уклон
73	23,73	26,8	112,9	Вентиляционный уклон
77	8,76	9,0	102,7	ПЗ-Вентиляционный штрек
88	8,74	8,9	101,8	ПЗ-Конвейерный штрек
97	8,74	8,9	101,8	ПЗ-Вентиляционный штрек

Применения осевых вентиляторов встречного вращения типа BDK производства КНР обосновано тем, что по сравнению с отечественными вентиляторами типа ВОД данные вентиляторы имеют меньшую металлоёмкость, низкие объёмы строительно-монтажных работ, а также более высокий К.П.Д.

.7 Водоприток шахты

Шахтой “Большевик” отрабатываются угольные пласты 32, 30, 29а. Условия отработки в целом благоприятные. Приток воды поступает в выработки в виде слабого капежа. При небольших по площади брахисинклинальных структурах вода собирается в мульдах, где и устанавливается насосное оборудование.

Зоны тектонических нарушений не представляют опасности при отработке и встреча их не вызывает повышения притоков воды. Участок “горельников” расположен на южном выходе пласта 29а и в силу высокого гипсометрического положения практически безводен.

В пределах шахтного поля выделяются две основные группы подземных вод:

воды четвертичных отложений;

воды пермских (угленосных) отложений.

К четвертичным отложениям приурочена «верховодка». Верховодка имеет сезонный характер проявления, на водопритоки в шахту практического значения не оказывает.

Подземные воды пермских отложений имеют напорно-безнапорный характер, распространены в зонах активного водообмена и затухающей трещиноватости, глубина распространения зон достигает 100-150 м. Водоприток из этих зон обуславливает основную обводненность горных выработок, так как ниже породы практически безводные.

Подземные воды пресные гидрокарбонатно-натриевые с минерализацией 0,3-0,98 г/л, из анионов преобладает гидрокарбонат, из катионов в различных соотношениях присутствует кальций, натрий, магний. Подземные воды могут быть использованы для питьевых (после обработки) и хозяйственных нужд.

Поле шахты находится на водораздельной площади, и поэтому гидрогеологические условия освоения являются благоприятными.

Среднегодовые притоки в горные выработки восточного блока по данным шахты:

при отработке запасов угля пласта 30 - нормальный - 80 м3/час, максимальный - 240 м3/час;

при отработке запасов угля пласта 29а - нормальный - 143 м3/час, максимальный - 350 м3/час.

1.8 Применяемая система разработки

Пласты имеют углы падения от 0 до 50°, что затрудняет отработку этих пластов. Поэтому предусматривается разделение полей пластов на две части: пологую и наклонную. Отработка как пологой, так и наклонной частей предусматривается системой разработки длинные столбы по простиранию с обрушением кровли с выемкой угля механизированным комплексом.

.9 Механизированный комплекс МКЮ-4У с комбайном К500Ю

Далее в проекте рассмотрим вариант отработки запасов лавы 30-48 с помощью механизированного комплекса МКЮ-4У, очистного комбайна К500Ю и забойного конвейера КСЮ-381.

Крепь выбирают исходя из соответствия ее технической характеристики и области применения горно-технологическим условиям эксплуатации.

Выбранная крепь МКЮ-4У 18/38 является крепью поддерживающе-оградительного типа.

При выборе типа крепи для конкретных условий нужно установить класс устойчивости непосредственной кровли и тип основной кровли по нагрузочным свойствам.

.10 Проверка крепи по допустимой скорости воздушной струи

На пластах с относительной газообильностью более 10 куб.м/т необходимо сделать проверку возможности принятого типа крепи обеспечить необходимое по условиям проветривания проходное сечение рабочего пространства лавы. Для этого необходимо сопоставить фактическую площадь сечения рабочего пространства данной крепи Sф с полученным расчетным путем Sр. При этом должно соблюдаться следующее условие:

Sр ≤ Sф, (1.1)

(1.2)

(1.3)

где m - мощность пласта (3,40 м);

r - ширина захвата комбайна (0,8 м);

- плотность угля (1,28 т/);

Vп - возможная скорость подачи комбайна (5 м/мин);

Кq - коэффициент естественной дегазации пласта (0,7);

q - относительная газообильность пласта (14 );

Vмах - максимально допустимая скорость движения воздуха (4 м/с);

d - допустимая концентрация метана в исходящей струе (1%);

Kв - коэффициент, учитывающий движение воздуха по выработанному пространству (1,3).

Тогда

т/мин,

,46 ≥ 8.

Выбранная крепь удовлетворяет данному условию, поэтому нет необходимости применять мероприятия по повышению эффективности проветривания очистного забоя (дегазация, бурение скважин и т.п.).

.11 Расчет нагрузки на очистной забой

В технической характеристике любого механизированного комплекса указывается один-два типа комбайнов, которые могут работать с данной крепью. Поэтому задача выбора типа комбайна сводится к анализу соответствия конструкции и параметров этих комбайнов условиям применения их в данном пласте.

В комплекте с механизированным комплексом МКЮ-4У установим очистной комбайн К500Ю и забойный скребковый конвейер КСЮ-381.

Необходимо сделать проверку лавного конвейера по производительности и по допустимой длине.

С учетом влияющих факторов паспортная производительность конвейера определяется

к = 60 · Qм · Кк · Кн · Ку · Кг (1.4)

где Qм - минутная машинная производительность комбайна, т/мин (12 т/мин);

Кк - поправочный коэффициент, учитывающий снижение скорости отбора материала от выемочной машины при попутном движении комбайна и цепи конвейера, определится как

(1.5)

где Vц - скорость движения сребкового конвейера;

Кн - коэффициент неравномерности загрузки желоба (1,4);

Ку - коэффициент, учитывающий угол падения пласта (1,3);

Кг-коэффициент снижения производительности вследствие отказов (0,9).

Подставим значения в формулу и получим, что

Qк = 60 · 12 · 1,063 · 1,4 · 1,3 · 0,9 = 1254 т/час.

Номинальная производительность конвейера КСЮ-381 по паспортным данным составляет - 1500 т/час.

Выполним проверку выбранного конвейера по возможной длине Lк

(1.6)

где Р - тяговое усилие привода, Н (согласно технических параметров

Р - 200000 Н);

go - масса 1 м тягового органа, кг (121 кг);

g - масса 1 м транспортируемого материала (255 кг);

f - коэффициент сопротивления движению тягового органа (0,8);

В - угол наклона конвейера (5 град.);

w - коэффициент сопротивления движению угля (0,5).

м.

Допустимая длина конвейера 610 м, что при длине лавы 30-48 196 м является подтверждением правильного выбора типа лавного конвейера по длине.

Длина очистного забоя является одним из основных параметров системы разработки, влияющих на технико-экономические показатели работы участка. Необходимо подтвердить правильность предварительного выбора длины очистного забоя.

Во многих случаях оптимальная длина, зависящая от конкретных условий, не всегда совпадает с длиной комплексов в поставке; в ряде случаев целесообразно удлинить (реже сократить) механизированный комплекс на 10-20 %. Ориентировочно длину очистного забоя при односторонней выемке можно определить по формуле

(1.7)

где Тсм - продолжительность смены (360 мин);

tпз - время на подготовительно-заключительные операции в одну добычную смену (20 мин);

tк - время на выполнение концевых операций цикла (15 мин);

Nц - количество циклов в смену(2);

Кк - коэффициент готовности комбайна (0,85-0,93);

Vвп - возможная скорость подачи комбайна в зависимости от

энергозатрат на разрушение угля (5 м/мин);

Vм - маневренная скорость комбайна (до 6 м/мин);

tз - время на замену одного зубка (0,6 - 0,85 мин);

F - площадь торца вынимаемой полосы (F = m1 ∙ r = 3,4 ∙ 0,8 = 2,72 м2);

Z - расход зубков на 1 куб.м отбитого угля (0,05 - 0,15 шт/куб.м);

tв - удельные затраты времени на вспомогательные операции (0,03 - 0,06 мин/м).

м.

Можно говорить о том, что выбранная предварительно длина лавы (196 м) при проверке оказалась верной.

Длина очистного забоя должна быть проверена по газовому фактору

(1.8)

где Sл - площадь сечения забоя при минимальной ширине призабойного пространства, кв.м;

Vдв - допустимая по ПБ скорость движения воздуха по лаве (4 м/с);

d - допустимая по ПБ концентрация метана (1%);

Квп - коэффициент, учитывающий движение воздуха по выработанному пространству (1,1 - 1,5);

nц - количество циклов в сутки (6 шт.);

Кд - коэффициент естественной дегазации в период отсутствия работ по выемке угля (0,65 - 0,75);

qCH4 - относительное газовыделение (14 куб.м/т)

м.

Данная проверка показала, что применение систем дегазации не требуется, лава 30-48 проходит по длине.

После определения длины комплексно-механизированного очистного забоя рассчитывается суточная нагрузка на забой с учетом горнотехнических факторов (скорость подачи комбайна)

(1.9)

где Асут.н. - нормативная суточная нагрузка на очистной забой, т/сут.

Ац - количество угля с одного цикла, т;

Т - время работы в очистной забое за сутки, мин;

Тц - время, затрачиваемое за цикл, мин.

(1.10)

т.

Время работы в очистном забое за сутки Т, мин,

(1.11)

мин.

Время работы за один цикл

(1.12)

где Vп - скорость подачи комбайна по выемке (5 м/мин);

Vз - скорость комбайна по зачистке (5 м/мин);

Tв - время на вспомогательные операции цикла (0,15 мин/м);

Ко - коэффициент, учитывающий норматив времени на отдых (1,1);

Кк -коэффициент, учитывающий затраты времени на концевые операции (1,1).

мин.

При этом суточная нагрузка на забой определяется

т/сут.

Уточним рабочую скорость подачи комбайна по энергозатратам на выемку угля с учетом сопротивляемости угля резанию и других технических факторов

(1.13)

где Nуст - устойчивая мощность двигателя комбайна, кВт, в расчете можно принять Nуст = 0,9 · Рдв = 0,9 · 500 = 450 кВт;

А = 120 · fу = 120 · 0,9 = 108 (- коэффициент крепости угля по шкале проф. Протодьяконова, 0,9).

м/мин.

Необходимо скорректировать суточную добычу с учетом полученной рабочей скорости подачи комбайна.

мин.

По полученному значению продолжительности цикла суточная нагрузка на забой определяется

т/сут.

Суточная нагрузка на очистной забой должна быть проверена по фактору проветривания (газовыделению)

(1.14)

где Sл - площадь сечения забоя при минимальной ширине призабойного пространства, кв.м;

Vдоп - допустимая по ПБ скорость движения воздуха по лаве (4 м/с);

d - допустимая по ПБ концентрация метана (1%);

Ку - коэффициент, учитывающий движение воздуха по выработанному пространству (1,1 - 1,5);

Кед - коэффициент естественной дегазации в период отсутствия работ по выемке угля (0,65 - 0,75);

Кнг - коэффициент неравномерности газовыделения в лаве (Кнг = 1,9).

т/сут.

Полученное значение суточной нагрузки по фактору проветривания показывает, что необходимы дополнительные меры по дегазации призабойного пространства для достижения суточной нагрузки на забой согласно горно-технических условий. Для этого на шахте применяется изолированный отвод метана за пределы выемочного участка.

При известной суточной добыче Асут.н. и относительной газообильности пласта qCH4 можно определить абсолютную газообильность очистного забоя qабс, /мин

(1.15)

/мин.

Необходимое количество циклов для обеспечения принятой суточной нагрузки составляет

(1.16)

цикла.

Примем окончательно количество циклов - 8 шт.

т/сут.

В дальнейшем полученную суточную нагрузку на забой нужно принимать как плановую суточную нагрузку на забой.

Теперь можем уточнить часовую нагрузку на лавный конвейер.

, т/час (1.17)

т/час.

Полученная величина нагрузки на конвейер более чем в 3 раза меньше паспортной нагрузки. Можем сделать вывод, что по фактору нагрузки забойный конвейер выбран верно.

.12 Технология ведения очистных работ

Отработка запасов лавы 30-48 производится на мощность пласта 3,20-3,60 м. Выемка угля в лаве 30-48 производиться с помощью крепи МКЮ-4У 18/38 комбайном К-500Ю и конвейером “ПС 281”. Комбайн оснащен шнековыми исполнительными органами с резцами типа РГ-501. При выемки угля комбайн перемещается по ставу забойного конвейера, расположенного на почве пласта, параллельно груди забоя. Перемещение комбайна осуществляется перекатыванием зубчатых колес блоков движителей механизма подачи по рейке РКД, или цевочной рейке, закрепленной на борту забойного конвейера. На забойном конвейере комбайн устанавливается с помощью завальных и забойных лыж. Завальные лыжи оснащены захватами, которыми охватывается направляющая конвейера. Крепление сопряжения лавы с конвейерным штреком осуществляется штрековой крепью КСПЮ-04, с вентиляционным штреком индивидуальной крепью.

1.13 Техника безопасности при ведении очистных работ

Все работы в очистных забоях производятся согласно паспорта выемочного участка.

Из каждой очистной выработки обязательно есть два ничем не загроможденных выхода: один на вентиляционный и другой на конвейерный штрек.

В случае остановки работ в очистной выработке на время свыше суток должны быть приняты меры по предупреждению обрушения кровли в призабойном пространстве и загазирования. Возобновление работ допускается с разрешения технического директора шахты или его заместителя после осмотра очистной выработки инженерно-техническими работниками участка.

В процессе работы производится проверка устойчивости кровли и забоя путем осмотра и остукивания. При наличии признаков опасности обрушения кровли, забоя производится оборка отслоившейся горной массы и устанавливается дополнительная крепь.

Ведение очистных работ и крепление очистных выработок от разрезной печи до первичной посадки основной кровли, а также сама посадка очистной кровли производятся по мероприятиям, предусмотренным паспортом выемочного участка, проведения и крепления подземных выработок. Первичная посадка основной кровли производится под руководством начальника участка или его заместителя.

Во всех очистных выработках применяется механизированная крепь с характеристикой, соответствующей горно-геологическим условиям. Размеры проходов для людей в лавах определяются конструктивными размерами механизированных крепей.

В лавах вдоль конвейера оборудованы линии громкоговорящей связи с приемопередающими устройствами, установленными через каждые 10 м, а также в верхнем и нижнем штреках.

Посадка кровли производится под непосредственным руководством инженерно-технического работника участка. Рабочие, занятые на посадке кровли, находятся в закрепленных местах.

В случае задержки обрушения кровли свыше установленного паспортом шага посадки применяется искусственное обрушение. В этих случаях запрещается производить работы в лаве по добыче угля до обрушения кровли.

Работы по подготовке к искусственному обрушению кровли производятся в соответствии с дополнительно разработанными мероприятиями, утвержденными главным инженером шахты.

Сопряжения очистных выработок с конвейерными и вентиляционными штреками закрепляются механизированной передвижной крепью.

Разрешается вести работы в лаве при концентрации метана не более 1%. Допускается местное скопление метана у комбайна до 2%.

Скорость движения воздушной струи допускается до 4 м/с.

1.14 Численность и производительность труда рабочего очистного забоя

Численность рабочих очистной бригады необходимо планировать с учетом перевыполнения норм выработки. Явочное число рабочих Nяв.гроз принимается обычно ниже полученного по нормам выработки общего числа человеко-смен с таким расчетом, чтобы нормы выработки выполнялись на 110 процентов.

Явочный состав рабочих по выемочному участку на сутки составит

(1.18)

где - количество смен в сутки по добыче (3 смены).

Явочный состав очистной бригады на сутки

(1.19)

тогда

чел.

Звено по сменам может быть определено следующим образом: 3 - дежурных электрослесаря в каждую добычную смену; 10 электрослесарей выходят в ремонтно-подготовительную смену.

чел.

В добычную смену по одному, а в ремонтную - два, МГВМ. Для обслуживания погрузочного пункта в каждую добычную смену принимается по одному машенисту подземных установок Для безопасной работы участка в добычную смену выходит один человек (подземный горнорабочий) - в обязанности которого входит - доставка инертной пыли, осланцовка горных выработок, возведение и ремонт заслонов и т.д. Кроме этого в каждую смену выходят 2 подземных горнорабочих (вспомогательные работы - доставка материалов, выдача оборудования на поверхность, зачистка горных выработок и т.д.).

Явочный состав рабочих участка на сутки составит

чел.

Списочный состав рабочих выемочного участка на сутки

, (1.20)

где - коэффициент списочного состава, определится

(1.21)

где Др.г - количество рабочих дней в году; принимается от 300 до 305 дней;

Дп.р, Дв, Дотп - соответственно число праздничных, выходных дней и дней отпуска;

Кув - коэффициент, учитывающий неявку на работу по уважительным причинам (Кув = 0,95 - 0,97).

тогда

чел.

Определив явочный и списочный состав, определим производительность труда рабочего очистного забоя на выход, т/вых

т/вых. (1.22)

Производительность труда рабочего очистного забоя за месяц, т/мес∙чел

(1.23)

где - добыча за месяц из очистного забоя.

, (1.24)

где Пр.д.мес - количество рабочих дней забоя за месяц (принимается фактическое число рабочих дней за любой календарный месяц или 25,6).

тогда

т/мес.

тогда

т/мес∙чел

Производительность труда рабочего добычного участка на выход, т/выход

, (1.25)

т/выход.

Производительность труда рабочего добычного участка за месяц

(1.26)

т/мес∙чел

2. Экономическая часть

.1 Выбор режимов работы предприятия, участка рабочих и расчёт трудовых показателей

Согласно тарифным соглашениям между Росуглепромом и Правительством РФ на 1995 и последующие годы продолжительность рабочего времени работников, занятых на подземных предприятиях, не может превышать 30 часов в неделю, для остальных работников 40 часов.

Проектом предусматривается шестичасовая рабочая смена для подземных рабочих, режим работы участка - 6 дней в неделю, трудящихся - 5 дней в неделю.

.2 Определение явочной со списочной численности трудящихся

Коэффициент списочного состава рассчитывается для каждой категории рабочих отдельно исходя из того, что у них разное время отпусков и выходов на работу. Исходя из этих условий коэффициент списочного состава для рабочих составит:

(2.1)

где Тк - календарное число дней в году;

Тпр - количество праздничных дней в году;

Твых - количество выходных дней в году;

Твых. р. - количество выходных дней работника по графику, не

совпадающего с выходными днями предприятия;

Топт - продолжительность отпуска по категориям рабочих.

.3 Расчёт трудозатрат на выполнение работ

Все расчёты по комплексной норме выработки и комплексной расценке сводятся в таблице 2.1.

Явочная численность рабочих принимается из условия выполнения норм выработки на 100% . В этом случае

чел.

Списочная численность рабочих определяется произведением явочной численности на коэффициент списочного состава и ровна:

чел.

Принимается 172 человека по списку.

Комплексная норма выработки рассчитывается по формуле

, (2.2)

т/выход.

Таблица 2.1 - Норма выработок и расценок

Пласт 30 Вид работы: Выемка угля МКЮ, комбайн К 500 Ю
Наименование работ	Тариф, руб	Ед.изм.	Объем работ на смену	Норма выработки, тн	Чел/см на объем работ	Расценка, руб	Основание
1. Выемка угля		тн	1700,0
МГВМ	281,1				1	281,1	ЕНВЛ
ГРОЗ	241,68				10,242	2475,287
2. Демонтаж ставов:
а) п/пожарного Ф114мм	241,68	м	3,99	21,05	0,189	45,764	НВ М т.24 п 2г
б) сливного Ф114мм	241,68	м	1,99	69,8	0,029	6,901	НВ М т.24 п 9г
в) напорного Ф50мм	241,68	м	1,99	47,6	0,042	10,119	НВ М т.59 п.8б
3.Укорачивание 2 ЛТ-100У	241,68	м	1,99	8,33	0,239	57,823	НВ М т.18 п 41б
4. Передвижка ПТК	241,68	м	1,99	20,8	0,096	23,157	т. 62
5. Бурение шпуров руч. элсверлом по углю для передвижки ПТК	241,68	шп/м	1,79	60,4	0,030	7,177	т.95
6. Установка анкеров для крепления цепей передвижки ПТК	241,68	анк	1,20	45,5	0,026	6,352	т.105
7. Бурение шпуров руч. элсверлом по породе для перемонтажа ЛПК 10Б	241,68	шп/м	1,20	21,4	0,056	13,505	т.95
8. Установка анкеров для крепления ЛПК	241,68	анк	0,80	45,5	0,018	4,234	т.105
9 Передвижка энергопоезда на вент.штр. на L=20 м	241,68	тн	2,2	13,2	0,166	40,139	М.т33
10. Перемещение лебедки ЛПК 10Б на 20м	241,68	леб	0,1	0,77	0,129	31,277	НВ М т.5 п 6д
11. Демонтаж монорельсового пути	241,68	м	1,99	6,8	0,293	70,833	М.Н.
12. Крепление сопряжения на конв. штреке	241,68
а)установка стоек ГВКУ под пластину Р=75 кг	241,68	комп	1,00	29,9	0,033	8,055	т.34п.11,г
б) уборка ГВКУ	241,68	ст	3,0	175,8	0,017	4,110	т.36 п11
д) установка рудстоек h=3,2м	241,68	ст	3,99	18,9	0,211	50,970	т.153 п.4г
е) передвижка крепи сопряжения	241,68	м	1,99	48,76	0,041	9,878	т. 39
13. Крепление сопряжения на вент. штреке	241,68
а)установка стоек ГВКУ под пластину	241,68	комп	1,33	29,9	0,044	10,739	т.34п.11,г
б) уборка ГВКУ	241,68	ст	4,0	185	0,022	5,207	т.36 п10
14. Правка секций	241,68	сек	4,98	40,5	0,123	29,732	ЕНВ77 т.56 п4б
15. Разбивка негабаритов	241,68	мз	1,25	0,75	1,661	401,387
16. Доставка леса по лаве	241,68
а) руд стойки L=3,2 м	241,68	м3	0,48	16,83	0,028	6,835	т173 п.15
б) пластины	241,68	м3	0,36	11,88	0,030	7,263	т.173 п21
17. Выдача труб вручную на 40м	241,68	тн	0,07	2,07	0,034	8,098	М т.
Итого:					11,130	3617,721
Комплексная норма выработки по объемам работ на смену и расценка на 1тн				152,75		2,128

Расчёт фонда зарплаты и численности повременщиков и руководителей участка сведён в таблице 2.2.

Таблица 2.2 - Расчёт фонда оплаты труда

Профессия	Раб. числ.	Спис. числ.	Фонд з/п (руб)
ГРОЗ	50	103	2441400
Электрослесари	19	39	840600
МПУ и т/ рабочие	12	25	484800
Поверхностные рабочие	5	5	51800
Итого рабочих по участку	86	172
Итого руководителей	8	8	272000
Итого специалистов	1	1	34400
Итого по участку	95
Доплата за работу
В ночное время
Доплата за управление бригадой			2000
Всего по участку (с ночными и бригадирскими)			3855000

Сменная производительность труда по участку рассчитывается по формуле

, (2.3)

т/выход.

Среднемесячная производительность труда рабочего по участку определяется как

(2.4)

т/мес.

Со всей оплаты труда рабочих и руководителей участка производятся отчисления в фонды в размере 44,1%, что составляет

руб.

Себестоимость 1т добычи угля по элементу «затраты на оплату труда» считается по формуле

т. руб./т. (2.5)

Себестоимость 1 т добычи угля по элементу «отчисления на социальные нужды» определяется как

т. руб./т. (2.6)

В численном виде себестоимость по этим элементам составляет соответственно

руб./т.

.4 Расчёт расходов по элементу «материальные затраты»

Нормы расхода отдельных видов материалов принимаются по расчётным данным шахты, а сам расчёт сводится в табл. 2.3.

Таблица 2.3 Расчёт материальных затрат для обеспечения технологического процесса (вспомогательные материалы )

Наименование материалов	Затраты, тыс. руб.
Лес	114,5
Запчасти	745
ГСМ	317
Малоценные
Прочие
ИТОГО:	1176,5

Материальные затраты для обеспечения технологического процесса на 1т добычи определяются как

руб./т. (2.7)

где - материальные затраты за месяц, руб.

Численно затраты составляют:

руб./т.

.4.1 Определение затрат шахты на оплату электроэнергии

Шахта «Большевик» по тарифу за пользование электроэнергией относится к потребителям 1 группы, то есть к потребителям, при расчёте с которыми взимается плата за заявленную активную мощность предприятия, участвующую в максимуме нагрузки энергосистемы, и потребляемую энергию, так называемый двуставочный тариф. Плата за электроэнергию шахты определяется по формуле.

руб · кВт ·ч/месс. (2.8)

где - заявленный максимум активной мощности предприятия, участвующей в максимуме нагрузки энергосистемы, кВт;

- плата за 1кВт заявленной мощности, руб/мес;

- расход активной энергии шахтой за месяц, кВт× ч ;

- дополнительная плата за 1 кВт · ч израсходованной

электроэнергии, руб./мес.

Расчётный заявленный максимум нагрузки шахты определяется по формуле

кВт (2.9)

где ∑Ра - суммарная расчётная нагрузка шахты, полученная как результат расчёта табл. 2.4;

К∑ - коэффициент участия в максимуме нагрузки по отдельным

группам электроприёмников шахты, согласно ( 5, с.50) К∑ = 0,8.

Таблица 2.4 получена в результате расчётов нагрузки потребителей I и II категорий.

Заявленный максимум нагрузки шахты в численном виде равен

кВт.

Плата за электроэнергию основная и дополнительная соответственно ровна.

= 260руб/мес;

а = 0,828руб/мес.

Таблица 2.4 - Расчёт заявленного максимума активной мощности и расхода электрической энергии шахты.

Группа электроприёмников	Мощность , кВтКоэффициент спроса, Расчётная мощностьЧисло часов работы в суткиСуточный расход активной молщности кВт*ч
					,кВт,кВАр
Подземные потребители
1-ая категория
Водоотлив	630	0.9	0.89	0.51	567	290.47	20	11340
2-ая категория
Высоковольтный конвейерный транспорт	1750	0.7	0.88	0.54	1225	661.5	20	24500
Очистной участок	1134	0.45	0.6	1.33	510.3	680.23	24	12247.2
Подготовительные участки	858	0.35	0.6	1.33	300.3	40.3	24	7207.2
ВШТ	240	0.7	0.7	1.02	168	171.36	24	4032

ИТОГО ПО ШАХТЕ					2770.6	1843.594		59326.4

Затраты шахты на оплату электроэнергии равны.

. руб. · кВт ч/мес.

.4.2 Определение затрат участка шахты на оплату электроэнергии

Расход электроэнергии шахтой распределяется по отдельным участкам энергетиком шахты в зависимости от количества электропотребителей, их мощности и режима работы. Для этого следует определить расчётный максимум нагрузки на проектируемый участок и количество потребляемой им энергии. Этот расчёт сводится в табл. 2.5

Таблица 2.5 - Расчёт максимума нагрузки участка шахты и потребляемого им количества электроэнергии.

Наименование потребителей	Тип электродвигателя	Количество	Номинальная мощность, кВт	Число часов работы в сутки	Суточный расход энергии кВт· ч
К-500Ю	ДКВ-250 АИУМВВ200L4 АИУМВВ200L4	2 2 1	250 35 35	18	10890
КСЮ-381	ДКВ-355L4	2	250	18	9000
УНР БЖ-45 АПШ1 ЛПК-1ОБ УКВШ ЗЛП УНР-01 ДР1000Ю ПС-281	ВР-160-4М ВАО-42-4У5 ВР-180-4S ВР-225-4М ВР-180-4S ВР-160-4М ВР-280-4S ДКВ-385-М4	1 1 1 1 1 1 1 1 1	18 5 4 22 55 22 18 110 200	20 18 24 18 20 18 18 18 18	360 90 96 396 1100 396 324 1980 3600
2ЛТ-100У СНЕ СНЕ ЧЛ-1	ВР-280-4S ЭДКОФ-250 ЭДКОФ-250 ВАО-42-4У5	3 1 1 1	110 110 110 5	20 20 20 18	6600 2200 2200 90
ИТОГО					39322

Расчётный заявленный максимум нагрузки участка определится как

, кВт (2.10)

где Кс- коэффициент спроса для группы потребителей;

∑ Рн - суммарная установочная мощность группы потребителей, кВт.

кВт.

Месячное потребление электрической энергии участок с достаточной для практики мощностью может быть определено как:

(2.11)

Где Кмв - коэффициент машинного времени, для лучших бригад

Кузбасса Кмв = 0,4 - 0,42;с - продолжительность смены по добыче;р, nm - соответственно число добычных смен в сутки и число

рабочих дней в месяце.

кВт ч/мес.

Плата за заявленный максимум нагрузки и плата за израсходованную энергию соответственно находятся

(2.12)

руб·кВт/ мес.

(2.13)

руб·кВт ч/мес.

.5 Расчёт амортизации основных фондов

Для расчёта амортизации основных фондов рассчитывается сумма амортизационных отчислений на полное восстановление основных производственных фондов, счисленных, исходя из их балансовой стоимости и утверждённых норм. Результаты расчёта сводятся в табл. 2.6

Таблица 2.6 - Расчёт «амортизация основных фондов» по участку

Наименование оборудования	Кол.	Балансовая стоимость, т.руб	Общая стоимость, т.руб	Месячная норма аморт., %	Сумма амортизационных отчислений, т.руб
Комплекс МКЮ-У4	1	166568	166568	2,08	3464,6144
Комбайн К-500Ю	1	12909	12909	1,55	200,0895
Конвейер КСЮ-381	1	11142	11142	2	222,84
Перегружатель ПС-281	1	3769	3769	3,2	120,608
Дробилка ДР1000Ю	1	466	466	2,5	11,65
СНЕ-180/32	2	2115	4230	2,9	122,67
Итого			199084		4142,472
Неучтенные расходы 10%					414,247
Всего					4556,72

Себестоимость 1т угля по элементу «амортизация основных фондов» рассчитывается как

руб/т (2.14)

где 3а - сумма амортизации за проектируемый период.

А - объём добычи за этот же период проектируемого участка,т.

руб/т.

.6 Затраты на монтаж и демонтаж оборудования проектируемого участка

Затраты на 1 т. по этим элементам рассчитывается по формуле

тыс. руб./тн, (2.15)

где Зм.д. =29862600 руб. - затраты на монтажные работы всего оборудования по участку составляют 15% от стоимости оборудования.

А - отрабатываемые запасы проетируемого участка.

руб./т

2.7 Затраты на проведение подготовительных выработок оконтуривающих выемочный участок

Все расчёты затрат на проведение подготовительных выработок сводятся в таблице 2.7

Таблица 2.7 Расчёт затрат на проведение подготовительных выработок

Наименование выработок	Сечение выработки в свет, м2	Протяженность, м	Себестоимость 1 т. руб/м	Затраты, руб
Вентиляционный штрек 30-49	13	860	23682	20366520
Конвейерный штрек 3049	16,3	860	24341	20933260
Монтажная камера	20	196	25464	4990944
Всего				46290724

Себестоимость 1т подготовительных запасов по проектируемому участку составляет

тыс.руб./т. (2.16)

где Згв - затраты на проведение подготовительных выработок тыс/руб.

А - обрабатываемые запасы проект. участка.

руб./т.

Таблица 2.8 - Сводная таблица показателей работы по проектируемому участку

№	Показатели	Ед. измерения.	Проектир.	Факт.
1.	Добыча угля.
	Суточная	т	5460	3900
	Месячная	т	139776	100000
2.	Проведение выработок на 1000т добычи	м/1000т	3,34	3,34
3.	Сменная производительность труда	т/см	63,5	59,1
4.	Среднемесячная производительность труда	т/мес	812,651	757,5
5.	Материальные затраты	т.руб/т	12,917	11,72
6.	Затраты на оплату труда	т.руб/т	27,58	28,3
7.	Отчисления в фонды	т.руб/т	12,6	12,9
8.	Амортизация основных фондов	т.руб/т	32,6	34,2
9.	Общие затраты на 1т	т.руб/т	85,697	87,12

.8 Показатели экономической эффективности

В качестве показателя экономического эффекта от внедрения новой техники принято снижение себестоимости:

C=(Cб-С2)(Д2 -Д1) (2.17)

где Cб- средневзвешенная себестоимость 1т добычи по шахте, выполненная с помощью всех видов техники в базовом году, руб.,

С2-себестоимость запроектированной дополнительной по сравнению с базовым годом добычи 1т угля, производимой с помощью внедренной в проекте новой техники, руб.

Д1 и Д2-объемы добычи новой техники соответственно в базовом и проектируемом годах, т.

С=(87,12-85,697)(139776-10000)=56601,25руб

.9 Смета затрат на содержание и эксплуатацию машин и оборудования

Таблица 2.9 - Смета затрат на содержание и эксплуатацию машин и оборудования

№	Виды расходов	Характеристика и содержание расходов, руб./мес.
1	2	3
1	Амортизация оборудования и транспортных средств	3772000
2	Эксплуатация оборудования	2.1. ГСМ - 317400 2.2. Оплата труда - 2620200 2.3. Отчисления в фонды - 864700 2.4. - Электроэнергия - 390600 - Топливо - 68600 - Теплоэнергия - 276700
3.	Ремонт оборудования и транспортных средств	Запчасти - 745000
4.	Прочие расходы	2858200
	ИТОГО:	11913400

3. Электроснабжение

3.1 Выбор схемы питания шахты и величины питающего напряжения

В дальнейшем будут рассматриваться две схемы питания электроприёмников шахты:

· Схема обособленного питания потребителей шахты с применением трёхобмоточных трансформаторов.

Питание шахты «Большевик» района «Есаульский 3-4»будем осуществлять от отпаек линии 110кВ подстанции «Юбилейная», от этой же подстанции питается шахта «Полосухинская», а так же остальные потребители шахты «Большевик» не входящие в район «Есаульский 3-4».

Поэтому, при выборе трансформаторов, будет учитываться суммарная расчетная мощность.

Полосухинская:

кВт, кВАр, тогда кВА.

Большевик(остальные потребители, не входящие в данную схему):

кВт, кВАр, тогда кВА.

3.2 Выбор силовых трансформаторов

Передаваемая расчётная активная мощность шахты определяется по формуле

, (3.1)

где PР.i-расчётная суммарная активная мощность шахты, из таблицы потребителей PР.i=2843,6 кВт;

kΣ-коэффициент участия в максимуме, принимается согласно [5, с. 50, табл. 4.7]. kΣ=0.85.

Тогда

Расчётная мощность ГПП определяется по формуле

(3.2)

где cos φк - коэффициент мощности с учётом компенсации реактивной нагрузки, принимается cos φк=0.97.

Для обеспечения бесперебойного питания потребителей первой и части второй категорий принимается двухтрансформаторная ГПП. Трансформаторы выбираются с учётом того, что один из них может быть выведен из работы, и второй будет обеспечивать электроэнергией потребителей первой и второй категорий.

Мощность каждого силового трансформатора двухтрансформаторной ГПП шахты согласно

Принимается стандартная номинальная мощность трансформатора Sн=25000 кВ.А.

К рассмотрению принимается трансформатор ТДТНШ-25000/110-84У1, техническая характеристика которого приведена в таблице 3.2

Таблица 3.2

Техническая характеристика трансформатора ТДТНШ-25000/110-84У1

Величина	Единица измерения	Значение
Номинальная мощность, Sн	кВ.А	25000
Напряжение с высокой стороны, UBH	кВ	115
Напряжение со средней стороны, UCH	кВ	6,3
Напряжение с низкой стороны, UHH	кВ	6,6
Потери холостого хода, PXX	кВт	42
Потери мощности короткого замыкания, PK	кВт	140
Напряжение между высокой и средней сторонами, UK.BH-CH	%	10,5
Напряжение между высокой и низкой сторонами, UK.BH-HH	%	17,0
Напряжение между средней и низкой сторонами, UK.CH-HH	%	6,0

От обмотки 6,3 кВ будут получать энергию поверхностные потребители шахты, а от обмотки 6,6 кВ - подземные.

Рассчитываем потери мощности в трансформаторах ТДТНШ.

(3.3)

где kз.вн, kз.сн, kз.нн - коэффициенты загрузки соответственно высшей, средней и низшей обмоток.

(3.4)

Потребители поверхности составляют 31.67 % всей нагрузки шахты, а подземные - 68.33 %.

Потери мощности на принудительное охлаждение. В условиях Кузбасса можно принять Pоу=0.

Для трёхобмоточного трансформатора потери короткого замыкания

(3.5)

Тогда

.3 Расчет воздушных и кабельных линий электропередач

Электроснабжение шахты будет осуществляться по двум воздушным линиям. Каждую линию будем рассчитывать на пропуск 75% всей нагрузки и на пропуск 100% нагрузки потребителей I и II категорий.

Максимальная токовая нагрузка ВЛ (КЛ) определяется по формуле

, (3.6)

где Uн-номинальное напряжение в линии;

n-количество цепей линии.

Сечение жил линии

(3.7)

где iэк - экономическая плотность тока в рассматриваемом проводнике, выбирается согласно [5, с. 158, табл. 9.3].

Выбор воздушных и кабельных линий по длительно допустимой нагрузке производится исходя из соотношения

(3.8)

где Iд.д - длительно допустимый ток линии в зависимости от сечения, принимается согласно [2, с. 26, таблица 1.3.15]

Выбранные кабельные линии проверяются по потерям напряжения. Минимально допустимое напряжение у потребителя 5700 вольт, то есть позволительная потеря напряжение в линии от трансформатора до потребителя 900 вольт.

Потери напряжения в кабельных линиях 6 кВ определяются по формуле

(3.9)

где -расчётный ток соответствующего участка сети;

li - длина i-ого участка линии;

r0i, x0i - соответственно удельные активное и реактивное сопротивления i-ого участка линии, определяемые по [5, с. 509, таблица 20.1].

.3.1 Воздушная линия, питающая ГПП

3.3.1.1 Выбор ВЛ по экономической плотности тока

н = 110 кВ,

= 2,

А,

iэк = 1,1,

Полученное сечение округляется до ближайшего стандартного.

Принимается провод АС - 95, S = 95 мм2 с Iдд = 330 А;

В аварийном режиме: n = 1,

А,

.3.1.2 Расчет ВЛ по нагреву

- длительно допустимый ток

- расчетный ток при аварийном режиме работы.

.3.1.3 Проверка ВЛ по потери напряжения

При расчёте потерь напряжения в линии напряжением 110 кВ необходимо учитывать влияние ёмкости сети. Определение потерь напряжения в этой линии ведётся в следующем порядке:

Вычисляются активная и реактивная мощности, передаваемые по одной цепи ВЛ по формулам

где tgφк - коэффициент реактивной мощности с учётом компенсации реактивной нагрузки,

тогда

Определяется активная составляющая напряжения на вводе ГПП по формуле

где U1 - напряжение в начале ВЛ, U1=115 кВ;

r0, x0 - соответственно удельные активное и реактивное сопротивления ВЛ, определяются по [5, с.156, табл. 9.1], r0=0.33 Ом/км, x0=0,429 Ом/км;

lвл - длина ВЛ, lвл=8 км.

Вычисляется реактивная составляющая напряжения на вводе ГПП по формуле

Определяется подводимое к трансформатору ГПП напряжение как

Фактическая величина падения напряжения на ВЛ

ΔUФ.ВЛ=U1-U2=115-114.6134=0.3866 кВ.

.3.2 Воздушная линия, питающая РП-6кВ

.3.2.1 Выбор ВЛ по экономической плотности тока

н = 6,6 кВ,

n = 2,

А,

iэк = 1,1,

Полученное сечение округляется до ближайшего стандартного.

Принимается провод А - 95, S = 95 мм2 с Iдд = 320 А;

В аварийном режиме:= 1,

А.

Для того чтобы уменьшить потери напряжения принимается сечение токоведущей жилы 120 мм2 . Электроэнергия к шахте будет подводиться по ВЛ А - 120, S = 120 мм2 с Iдд = 375 А

.3.2.2 Расчет ВЛ по нагреву

- длительно допустимый ток

- расчетный ток при аварийном режиме работы.

.3.2.3 Проверка ВЛ по потери напряжения

где IРА - расчетный ток соответствующего участка сети;

li - длина i-го участка линии;

r0, x0 - соответственно активное и реактивное сопротивления 1-го км участка линии.

В аварийном режиме работы:

В.

.3.3 Кабельная линия, питающая РП-6 кВ(КЛ 1)

.3.3.1 Выбор КЛ по экономической плотности тока

н = 6,6 кВ,

= 2,

А,

iэк = 2,5,

Полученное сечение округляется до ближайшего стандартного.

Принимается кабель СБн - 3×50, S = 50 мм2 с Iдд = 145 А;

В аварийном режиме:= 1,

А.

.3.3.2 Расчет КЛ по нагреву

- длительно допустимый ток

- расчетный ток при аварийном режиме работы.

Принимается кабель СБн 3×120 с Iдд = 250 А.

С перспективой развития шахты (увеличение очистных и проходческих забоев) окончательно принимается кабель СБн 3×150 с Iдд = 290 А.

.3.3.3 Проверка КЛ по потери напряжения

где IРА - расчетный ток соответствующего участка сети;

li - длина i-го участка линии;

r0, x0 - соответственно активное и реактивное сопротивления 1-го км участка линии.

В аварийном режиме работы:

В.

.3.4 Кабельная линия, питающая ЦПП (КЛ 2)

;

кВ∙А;

кВ∙А.

3.3.4.1 Выбор КЛ по экономической плотности тока

н = 6,6 кВ,

= 2,

А,

iэк = 2,5,

Полученное сечение округляется до ближайшего стандартного.

Принимается кабель СБГ - 3×35, S = 35 мм2 с Iдд = 110 А;

В аварийном режиме:= 1,

А.

.3.4.2 Расчет КЛ по нагреву

- длительно допустимый ток

- расчетный ток при аварийном режиме работы.

Выбранный кабель не проходит по токовой нагрузке.

С перспективой развития шахты (увеличение очистных и проходческих забоев) окончательно принимается кабель СБГ 3×120 с Iдд = 250 А.

.3.4.3 Проверка КЛ по потери напряжения

где IРА - расчетный ток соответствующего участка сети;

li - длина i-го участка линии;

r0, x0 - соответственно активное и реактивное сопротивления 1-го км участка линии.

В нормальном режиме работы:

В.

.3.5 Кабельная линия, питающая участок №1 (КЛ 3)

кВ∙А.

.3.5.1 Выбор КЛ по экономической плотности тока

н = 6,6 кВ,

= 2,

А,

iэк = 2,5,

Полученное сечение округляется до ближайшего стандартного.

Принимается кабель СБн - 3×35, S = 35 мм2 с Iдд = 110 А;

В аварийном режиме:= 1,

А.

3.3.5.2 Расчет КЛ по нагреву

- длительно допустимый ток

- расчетный ток при аварийном режиме работы.

.3.5.3 Проверка КЛ по потери напряжения

где IРН - расчетный ток соответствующего участка сети;

li - длина i-го участка линии;

r0, x0 - соответственно активное и реактивное сопротивления 1-го км участка линии.

В нормальном режиме работы:

В.

Таблица 3.3 - Падение напряжения в линиях

Величина	Формула	Значение, В
ΔUΣ1	ΔUвл2+ ΔU1+ ΔU2	772,327
ΔUΣ2	ΔUвл2+ ΔU1+ ΔU2+ ΔU3	809,75

Характеристики выбранных кабелей приведены в таблице 3.4.

Таблица 3.4 - Характеристики выбранных кабелей

Обозначение линии на схеме	Сечение жил, мм2	Марка кабеля (линии)	Удельное активное сопротивление r0, Ом/км	Удельное реактивное сопротивление x0, Ом/км	Удельное общее сопротивление z0, Ом/км
ВЛ	95	АС-95	0.33	0.429	0.54124
ВЛ№2	120	А-120	0.27	0.327	0.4241
КЛ1	150	СБн 3x150	0.123	0.073	0.143
КЛ2	120	СБГ 3x120	0.176	0.076	0.191708
КЛ3	35	СБн 3x35	0.6	0.087	0.606275

.4 Расчет токов короткого замыкания

Расчёт токов короткого замыкания необходим для правильного выбора и проверки элементов схемы электроснабжения и параметров релейной защиты. При расчёте определяются токи трёхфазного тока короткого замыкания и установившееся значение мощности короткого замыкания.

Рис. 3.1 Схема к расчету токов короткого замыкания

По рис 3.1 составляется схема замещения данной цепи (рисунок 3.2).

Рис. 3.2 - Схема замещения к расчету токов короткого замыкания

Расчётные точки короткого замыкания выбираются на вводе ГПП, на вторичной стороне силовых трансформаторов ГПП, на шинах РП и ЦПП, на первичной и вторичной ПУПП участка (рис.3.2). Для простоты расчётов за базисную величину мощности принимается Sб=100 МВА. За базисное напряжение рассматриваемой ступени принимается величина на 5 % большая номинального напряжения этой ступени. В соответствии с принятыми базисными величинами для рассматриваемой ступени трансформации определяется величина базисного тока, А.

(3.10)

где SБ - базисная мощность, SБ=100 МВ·А;

UБi - базисное напряжение рассматриваемой ступени, UБ=1.05·UН.

Относительные активное и реактивное сопротивления участка линии

(3.11)

(3.12)

Относительное реактивное сопротивление трансформатора

(3.13)

где UК(%) - напряжение короткого замыкания трансформатора, UК(%)=17 %;

Sн.тр - номинальная мощность трансформатора, Sн.тр=10 МВ·А.

Относительное сопротивление

Для каждой точки короткого замыкания определяется полное суммарное сопротивление короткозамкнутой цепи в относительных единицах по формуле

(3.14)

где r*Σi, x*Σi - соответственно сумма относительных значений активных и реактивных сопротивлений всех элементов сети, по которым проходит ток короткого замыкания.

Сопротивление энергосистемы определяется по формуле

(3.15)

где S(3)к - установившееся значение мощности короткого замыкания энергосистемы на шинах головной подстанции, к которой подключена шахта, для сетей 110 кВ принимается S(3)к=10000 МВ·А.

Значения относительных сопротивлений участков линии сводятся в таблицу 3.5.

Таблица 3.5 Относительные сопротивления участков кабельных линий

Участок линии	Базисная мощность, МВ·А	Базисное напряжение кВ	r0 Ом/км	x0 Ом/км	L, км	r*	x*
ВЛ1	100	115.5	0.33	0.429	8	0.0198	0.0257
Трансформатор	100	6.93	-	-	-	0	0.68
ВЛ2	100	6.93	0.27	0.327	5.445	3.0612	3.7075
№1	100	6.93	0.123	0.073	0.015	0.0038	0.0023
№2	100	6.93	0.176	0.076	1.35	0.4947	0.2136
№3	100	6.93	0.6	0.087	0.57	0.1033
ПУПП	100	1.26	-	-	-	0	5.555

Мощность энергосистемы относительно возможной мощности короткого замыкания на вводе ГПП шахты можно считать бесконечной. Исходя из этого, сверхпереходный ток короткого замыкания в рассматриваемых точках определится как

(3.16)

Ударный ток короткого замыкания определяется по формуле

(3.17)

где ку - ударный коэффициент, определяемый как

(3.18)

где Та - постоянная времени затухания апериодической составляющей тока короткого замыкания, определяемая по выражению

(3.19)

Мощность короткого замыкания для каждой точки определится как

(3.20)

Результаты расчёта сводятся в таблицу 3.6

Таблица 3.5

Точка Кз	, МВА, кВ,А, с, А , А, МВА
К1	100	115,5	499.8704	0.0198	0.0257	0.0325	0.244978	1.96	15400.73	42688.69	3080.945
К2	100	6,93	8331.173	0.0198	0.7057	0.706	0.0089305	1.3264	11800.46	22134.74	141.6422
К3	100	6,93	8331.173	3.081	4.4132	5.3823	0.2223359	1.956	1547.886	4281.807	18.57945
К4	100	6,93	8331.173	3.0849	4.4155	5.3864	0.2224981	1.9561	1546.716	4278.641	18.56541
К5	100	6,93	8331.173	3.5796	4.6291	5.8517	0.2462666	1.9602	1423.719	3946.764	17.08906
К6	100	6,93	8331.173	4.2917	4.7324	6.3886	0.2888168	1.966	1304.065	3625.691	15.65284
К7	100	1,197	45821.45	4.2917	10.287	11.147	0.132861	1.9275	4110.758	11205.48	8.971252

.5 Проверка кабельных линий по току короткого замыкания

Проверка кабелей по термической стойкости осуществляется в целях обеспечения пожаробезопасности кабелей при дуговых коротких замыканиях посредством выбранных защитных аппаратов с заданным быстродействием отключения максимальных токов трехфазного короткого замыкания. Проверка производится исходя и условия

(3.21)

где Iп - предельно допустимый кратковременный ток короткого замыкания в кабеле. Он определяется по формуле

(3.22)

где С - коэффициент, учитывающий конечную температуру нагрева жил при коротком замыкании, для кабелей с медными жилами с бумажной изоляцией на напряжение 6 кВ С=147 А∙с1/2/мм. [8, с. 192, таблица 3.14];

Si - выбранное сечение жилы кабеля;

tп - приведённое время отключения, для ячеек типа КРУВ-6 tп=0.17 с; для выключателей, установленных в КРУ общепромышленного применения .

3.6 Компенсация реактивной мощности

С целью уменьшения и полной ликвидации отрицательных последствий повышенного потребления реактивной мощности её следует компенсировать.

Мощность компенсирующего устройства определится

ку=PΣр∙(tgφе-tgφк) (3.23)

где tgφе - естественный коэффициент реактивной мощности, tgφе=QΣр/PΣр,

tgφк - коэффициент реактивной с учётом компенсации реактивной нагрузки, соответствующий cosφк.

Количество компенсирующих устройств определяется по формуле

(3.24)

где Qн - номинальная реактивная мощность компенсирующего устройства, берётся из ряда номинальных мощностей конденсаторных установок (400, 600, 900, 1350, 2700 кВ·Ар).

Для поверхностных потребителей:

Тогда

Принимается n1=2.

Для подземных потребителей:

Принимается n2=2.

К установке на ГПП принимаются 2 компенсирующих устройства мощностью по на поверхностные потребители, на подземные потребители - 2 компенсирующих устройств мощностью по .

.7 Определение потерь мощности и электроэнергии

Потери активной мощности на передачу активной нагрузки предприятия определяется как

(3.25)

где n - число цепей ВЛ.

Потери активной мощности на передачу реактивной нагрузки предприятия определяется как

(3.26)

где QΣр - суммарная реактивная нагрузка, определяемая как

(3.27)

Тогда

Суммарные потери активной энергии на передачу активной и реактивной нагрузки шахты определяются как

(3.28)

где τа - число часов использования максимума активных потерь [5, с.52, таблица 4.10], τа=4000 ч.

Потери активной энергии в трансформаторе

(3.29)

где Тп - полное число часов присоединения трансформатора к сети , определяемое как

Тп=365·24=8760 ч,

Тр - число часов работы трансформатора под нагрузкой за расчётный период, с небольшой погрешностью можно принять Тр=τа=4000 ч.

3.8 Источники оперативного тока

Для питания цепей управления, сигнализации, автоматики и связи, аварийного освещения, приводов выключателей и других систем и механизмов собственных нужд берётся источник оперативного тока.

В качестве последнего принимаются два трансформатора ТМ мощностями по 63 кВт, которые будут подключаться непосредственно к выходным зажимам силовых трансформаторов ГПП на стороне 6.3 кВ.

Техническая характеристика трансформаторов ТМ-63/10-65У1

Номинальная мощность кВ·А,

Номинальное высшее напряжение кВ,

Номинальное низшее напряжение кВ,

Группа соединений обмоток ,

Потери мощности холостого хода Вт,

Потери мощности короткого замыкания Вт,

Напряжение короткого замыкания %,

Ток холостого хода %.

Для питания земляной защиты в сетях 6-10 кВ принимаются трансформаторы тока типа ТЗЛМУЗ.

Его технические данные: наибольший внешний диаметр охватываемого кабеля - 120 мм, односекундный ток термической стойкости - 0,14 кА, масса - 5 кг.

Для питания цепей контроля сопротивления изоляции и подключения счетчиков принимаются трансформаторы напряжения внутренней установки типа НОМ-10-66У3 и НАМИ-10-У3. Их характеристика приведена в таблице 7.

Для защиты трансформаторов напряжения принимаются разрядники типа РВО-6У1. Его техническая характеристика приведена в таблице 3.7.

Таблица 3.7 -Техническая характеристика трансформаторов напряжения

Величина		Значение
		НАМИ-10-У3	НОМ-10-66У3
Класс напряжения, кВ		10	10
Номинальное напряжение обмоток,В	первичной	6000	6300
	основной вторичной	100	100
Номинальная мощность, В·А, при классе точности	0.5	75	75
	1	150	150
	3	300	300
Предельная мощность, В·А		640	640
Схема соединения		Y0/Y0/Δ-0	1/1/10

Для питания выпрямительным током аппаратуры релейной защиты, сигнализации и управления, выполненной на номинальное напряжение 110 и 220 В. и имеющих номинальную мощность до 1500 Вт в кратковременном режиме принимаются блоки питания серии БП-1002 (типов БПН-1002 и БПТ-1002). Техническая характеристика приведена в таблице 3.8.

Таблица 8 - Техническая характеристика БПН-1002 и БПТ-1002

Параметры	БПТ-1002		БПН-1002
Номинальное напряжение
входное	-	-	100			220		380
выходное	110	220	110			220
Среднее значение выходного напряжения не более, в режиме холостого хода
при нагрузке, Ом	136	160	140			280
не менее, А	90	180	80	86			100	172
Сопротивление нагрузки, Ом	10	40	5	10		20		40
Длительно допустимый ток нагрузки, А	7	3.5	6.4			3.2
Допустимый ток в первичной обмотке насыщающегося трансформатора в течении 5 с при указанном сопротивлении нагрузки, А	50		-
Намагничивающая сила первичной обмотки насыщающегося трансформатора блока, при котором наступает феррорезонанс при отсутствии нагрузки,А	840-1000		-
Длительно допустимый ток в первичной обмотке насыщающегося трансформатора при отсутствии нагрузки, А
до наступления феррорезонанса	Не превышает ток феррорезонанса		-
после наступления феррорезонанса	9.5		-
Длительно допустимое напряжение, % номинального входного	-		110
Потребляемая мощность на фазу, ВА:
при холостом ходе, не более	-			25
при нагрузке	750	750	1500		750		1500	750

.9 Выбор оборудования ГПП

.9.1 Выбор КРУ для ГПП

Камеры и шкафы комплектного распределительного устройства (КРУ) изготавливаются различных серий с различными схемами первичных и вторичных цепей. Наличие шкафов с различными схемами первичных цепей позволяет комплектовать их согласно принятой схеме электрических соединений ГПП.

Для установки на ГПП принимаются стационарные камеры серии КМ-1-10 с технической характеристикой, приведённой в таблице 3.9.

Таблица 3.9 - Техническая характеристика КРУ типа КМ-1-10-20УЗ

Величина	Ед. изм.	Значение
Номинальное напряжение	кВ	6
Номинальный ток сборных шин	А	3200
Номинальный ток	А	1600
Номинальный ток отключения выключателя	кА	20
Стойкость главных цепей к токам короткого замыкания - электродинамическая (амплитуда) - термическая (ток/время)	кА кА/с	51 20/3
Тип выключателя		ВКЭ -10

.9.2 Выбор выключателей

При выборе выключателя ориентируются на тип и параметры КРУ. К установке принимается выключатель ВКЭ-10-20/1600У3. Его техническая характеристика приведена в таблице 3.10.

Таблица 3.10 - Техническая характеристика выключателя ВКЭ-10-20/1600У3

Величина	Ед. изм.	Значение
Номинальное напряжение	кВ	10
Наибольшее рабочее напряжение	кВ	12
Номинальный ток	А	1600
Номинальный ток отключения выключателя	кА	20
Полное время отключения	с	0.09
Ток термической стойкости / допустимое время его действия	кА/с	20/3
Предельный сквозной ток - наибольший пик - начальное действующее значение периодической составляющей	кА кА	52 20

Отключающая способность выключателей проверяется по симметричному току отключения по следующему соотношению

(3.30)

где - номинальный ток отключения выключателя;

- ток короткого замыкания в точке установки выключателя.

Для выключателей ВКЭ-10 20 кА > 11,8 кА.

.9.3 Выбор разъединителей, отделителей и короткозамыкателей

Расчётный тепловой импульс в воздушной линии

(3.31)

где - приведённое время действия короткого замыкания, с.

Выбранное оборудование проверяется по соотношению

(3.32)

где - предельный ток термической стойкости;

- номинальное время протекания тока короткого замыкания.

Для установки принимаются разъединители РНДЗ-110/1000У1 с технической характеристикой, приведённой в таблице 3.11.

Таблица 3.11 - Техническая характеристика РНДЗ-110/1000У1

Величина			Значение
Номинальное напряжение, кВ			110
Номинальный ток, А			1000
Стойкость при сквозных токах короткого замыкания	Главных ножей	Предельный сквозной ток, кА	80
		Ток термической стойкости, кА/ допустимое время его действия, с
Масса, кг			231
Тип привода			ПР-У1
2976.75

Для установки на трансформаторной подстанции принимаются отделители типа ОД-110/1000УХЛ1 и короткозамыкатели КЗ-110УХЛ1, характеристика которых приведена в таблице 3.12.

Таблица 3.12 - Техническая характеристика ОД-110/1000УХЛ1 и КЗ-110УХЛ1

Величина			Значение
			ОД-110/1000УХЛ1	КЗ-110УХЛ1
Номинальное напряжение, кВ			110	110
Наибольшее рабочее напряжение, кВ			-	126
Номинальный ток, А			1000	-
Стойкость при сквозных токах короткого замыкания	Главных ножей	Предельный сквозной ток (амплитуда), кА	80	51
		Ток термической стойкости, кА/ допустимое время его действия, с	31.5/3	20/3
Полное время, с		Включения (без гололёда/при гололёде)	-	0.4/0.2
		Отключения (без гололёда/при гололёде)	0.38/-	-
Масса, кг		аппарата	270	150
		привода	80	80
Тип привода			ПРО-1У1	ПРК-1У1
2976.751200

3.9.4 Защита от перенапряжений

Для защиты оборудования от атмосферных перенапряжений на ГПП шахты предусматривается установка вентильных разрядников типа РВС-110МУ1. Его техническая характеристика приведена в таблице 3.13.

Таблица 3.13 - Техническая характеристика РВС-110МУ1 и РВО-6У1

Величина		Значение
		РВС-110МУ1	РВО-6У1
Номинальное напряжение, кВ		110	6
Наибольшее допустимое напряжение (действующее), кВ		100	7.6
Пробивное напряжение при частоте 50 Гц (в сухом состоянии и под дождём) (действующее значение), кВ	не менее	200	16
	не более	250	19
Импульсное пробивное напряжение (при разрядном времени не более 2-20 мкс), кВ		285	32
Наибольшее остающееся напряжение при импульсном токе с длиной фронта волны 8 мкс и амплитудой, А	3000	315	25
	5000	335	27
	10000	367	-
Масса, кг		230	3.1

.10 Выбор оборудования ЦПП

Выбор КРУ

Для комплектации ЦПП принимаются ячейки во взрывобезопасном исполнении КРУВ-6. Техническая характеристика КРУ приведена в таблице 3.14.

Таблица 3.14 - Техническая характеристика КРУ типа КРУВ-6

Величина	Ед. изм.	Значение
Номинальное рабочее напряжение	кВ	6
Наибольшее рабочее напряжение	кВ	7200
Номинальный ток - сборных шин, разъединителей и выключателей - вводных и секционных шкафов КРУ - КРУ отходящих присоединений	А А А	630 100, 160,200,320,400,630 20, 32, 40, 80, 100, 160, 200, 320, 400
Мощность отключения	МВА	100
Номинальный ток отключения	кА	10
Стойкость главных цепей к токам короткого замыкания электродинамическая (амплитуда) термическая (ток/время)	кА кА/с	25 10/1

4. Электроснабжение очистного участка

Для питания электроприемников очистного участка принимаются четыре трансформаторные подстанции.

Потребителем передвижной участковой понизительной подстанции (ПУПП) №1 является очистной комбайн К-500, напряжение сети 1140 В.

Потребителем электроэнергии от ПУПП №2 является скребковый конвейер КСЮ-381, напряжение сети 1140 В.

Потребителем от ПУПП №3 являются два насоса УНР, лебедка БЖ-45, лебедка ЛПК-10, лебедка ЗЛП, лебедка ЭБГП, насос УКВШ, дробильная установка ДР1000, перегружатель ПС-281, два пусковых агрегата АПШ1, напряжение сети 660 В.

Данные три подстанция расположены на конвейерном штреке и периодически перемещается с шагом передвижки до 100 метров.

От ПУПП №4 питаются две насосные станции типа СНЕ, ленточный конвейер 2ЛТ-100У, лебедка ЧЛ-1, напряжение сети 660 В.

Характеристики всех потребителей сведены в таблицу 4.1.

Таблица 4.1 - Характеристика токоприемников всего участка

Обозначение по схеме	Наименование потребителей	Тип электродвигателя	Количество	Номинальная мощность, кВт	Номинальный ток, А	Пусковой ток, А	Коэффициент мощности cosφ	КПД η
ПУПП №1	К-500Ю	ДКВ-250 АИУМВВ200L4 АИУМВВ200L4	2 2 1	250 35 35	159 23 23	972 150 150	0,85 0,86 0,86	0,94 0,91 0,91
ПУПП №2	КСЮ-381	ДКВ-355L4	2	250	160	1120	0,88	0,9
ПУПП №3	УНР БЖ-45 АПШ1 ЛПК-1ОБ УКВШ ЗЛП УНР-01 ДР1000Ю ПС-281	ВР-160-4М ВАО-42-4У5 ВР-180-4S ВР-225-4М ВР-180-4S ВР-160-4М ВР-280-4S ДКВ-385-М4	1 1 1 1 1 1 1 1 1	18 5 4 22 55 22 18 110 200	20,34 6,5 25 62 25 20,34 118,2 227,2	142,4 39 142,5 378,2 142,5 142,4 827,1 1591	0,86 0,88 0,88 0,85 0,88 0,86 0,89 0,87	0,9 0,87 0,885 0,915 0,885 0,9 0,915 0,885
ПУПП №4	2ЛТ-100У СНЕ СНЕ ЧЛ-1	ВР-280-4S ЭДКОФ-250 ЭДКОФ-250 ВАО-42-4У5	3 1 1 1	110 110 110 5	118,2 120 120 6,5	827,1 840 840 39	0,89 0,86 0,86 0.88	0,915 0,932 0,932 0.87

4.1 Расчет ПУПП №1

Потребителем ПУПП №1 является комбайн К-500, напряжение сети 1140 В. Данная подстанция устанавливается на конвейерном штреке и периодически перемещается с шагом передвижки до 100 метров. Характеристика токоприемников ППУП №1 представлена в таблице 4.1.1.

Таблица 4.1.1. - Характеристика токоприемников ПУПП №1

Обозначение по схеме	Наименование потребителей	Тип электродвигателя	Количество	Номинальная мощность, кВт	Номинальный ток, А	Пусковой ток, А	Коэффициент мощности cosφ	КПД η
ПУПП №1	К-500Ю	ДКВ-250 АИУМВВ200L4 АИУМВВ200L4	2 2 1	250 35 35	159 23 23	972 150 150	0,85 0,86 0,86	0,94 0,91 0,91

.1.1 Выбор ПУПП

Схема кабельной сети ПУПП №1 представлена на рисунке 2.1

Рисунок 4.1.1 - Схема кабельной сети ПУПП №1

Определяется расчетная мощность ПУПП по формуле

(4.1)

где - коэффициент спроса;

- суммарная установленная мощность электроприемников участка (без учета резервных);

- условный средневзвешенный коэффициент мощности, для группы электроприемников очистных и подготовительных забоев .

Коэффициент спроса для очистных работ комплексов с механизированной крепью определяется

(4.2)

где - номинальная мощность наиболее крупного электродвигателя в группе.

Так как к данной ПУПП подключен всего один комбайн, то.

Следовательно,

По расчетной мощности выбирается ПУПП, которая должна удовлетворять следующему условию

(4.3)

где - коэффициент, учитывающий нагрузочную способность участкового трансформатора и его использование по мощности.

Условие выполняется, следовательно, выбирается ПУПП типа TСВП-1000/6-1.2 со следующими данными: ; В; В; ; ; ; ; Ом; Ом.

.1.2 Выбор и проверка кабельной сети участка по допустимой нагрузке

Выбор кабелей по допустимой нагрузке производится по условию

(4.4)

где - длительно допустимый по нагреву ток кабеля с соответствующим сечением;

- рабочий ток кабеля.

(4.5)

где - коэффициент спроса для группы потребителей, получающих питание по магистральному кабелю, определяется аналогично вышеприведенным формулам;

- суммарная установленная мощность группы потребителей, получающих питание по выбираемому магистральному кабелю;

- средневзвешенный коэффициент мощности, .

Тогда

Следовательно,

А.

По длительно допустимой нагрузке принимаем 2 кабеля в параллель КГЭШ 3x70+1x10 .

А.

По длительно допустимой нагрузке принимаем кабель КГЭШ 3x70+1x10 .

А.

Выбирается кабель КГЭШ 3x70+1x10, А.

А.

Выбирается кабель КГЭШ 3x16+1x10, А.

Выбор типа и сечений кабелей сводится в таблицу 4.1.2.

Таблица 4.1.2 - Выбор типа и сечения кабелей

Обозначение кабеля по схеме	Коэффициент спроса	Расчетный ток кабеля, А	Принятый тип кабеля	Длительно допустимый ток, А
0.896457.562КГЭШ 3х70+1xl0500
1211,02КГЭШ 3х70+1x10250
0,926222,76КГЭШ 3х70+1xl0250
159.08КГЭШ 3х16+1xl0105

.1.3 Проверка кабельной сети участка по допустимым потерям напряжения при нормальном режиме

Суммарные потери напряжения определяются

(4.6)

где - потери напряжения в трансформаторе;

- суммарные потери напряжения в рассматриваемой кабельной ветви участка.

Относительная потеря напряжения в трансформаторе определяется по формуле

(4.7)

где - коэффициент загрузки трансформатора;

, - относительные величины соответственно активной и реактивной составляющей напряжения короткого замыкания трансформатора, %.

Относительные величины и вычисляются соответственно по формулам

(4.8)

(4.9)

где - потери мощности короткого замыкания в трансформаторе;

- напряжение короткого замыкания трансформатора, %.

Тогда

Следовательно,

% .

Потери напряжения в трансформаторе в абсолютных величинах определятся по формуле

, (4.10)

где - вторичное напряжение трансформатора при холостом ходе, В.

Тогда

Потери напряжения в кабеле определяются по формуле

(4.11)

где - рабочий ток в кабеле;

, - соответственно активное и индуктивное сопротивления рассматриваемого кабеля.

Тогда

Активное сопротивление для температуры +65оС принимается по [7, стр. 178].

Расчет сопротивлений кабелей сведен в таблицу 2.3.

Таблица 4.1.3 - Определение сопротивления кабелей

Обозначение кабеля на схеме	Марка кабеля	Длина, м	Удельное сопротивление, Ом/км	Сопротивление кабеля, Ом

2КГЭШ

3х70+1x10400.1510.03950.006040.00158

КГЭШ

3х70+1x104000.3020.0790.12080.0316

КГЭШ

3х16+1x104000.3020.0790,12080,0316

КГЭШ

3х16+1x104001.320.090,5280,036

Тогда

Допустимая потеря напряжения в сети определяется по выражению

(4.12)

где 0.05 - допустимое отклонение напряжения на зажимах электродвигателей (ГОСТ 13109-87).

Сеть удовлетворяет условиям, т.к. .

.1.4 Проверка кабельной сети по потерям напряжения при пуске наиболее мощного и удаленного электродвигателя

Допустимое минимальное напряжение на зажимах электродвигателя при пуске определяется по формуле

(4.13)

где - номинальный момент электродвигателя;

- номинальный пусковой момент электродвигателя;

- минимальная кратность пускового момента электродвигателя, обеспечивающая трогание с места и разгон исполнительного органа рабочей машины. ( - для добычных комбайнов при пуске под нагрузкой).

Тогда

В.

Напряжение на зажимах электродвигателя при пуске определяется по формуле

где - потери напряжения в сети от остальных работающих двигателей (кроме запускаемого) при номинальном напряжении в тех участках сети, через которые получает питание комбайновый электродвигатель;

- суммарный начальный пусковой ток двигателей включаемых одновременно, согласно таблице 4.1.1.

А,

, - соответственно суммарные активные и индуктивные сопротивления трансформатора и кабелей, по которым проходит пусковой ток запускаемого электродвигателя;

- коэффициент мощности электродвигателя в пусковом режиме, принимается равным 0.5;

Суммарные активные и индуктивные сопротивления трансформатора и кабелей, по которым проходит пусковой ток запускаемого первого электродвигателя, примут значения:

Ом,

Ом.

Потери напряжения в сети от остальных работающих двигателей определяется по формуле

где - средневзвешенный коэффициент загрузки работающих электродвигателей, кроме пускаемого комбайнового ();

- установленная мощность группы ЭД, питающихся по первому фидерному кабелю, через который подключен комбайновый ЭД (кроме комбайнового);

Тогда

Таким образом,

Следовательно, условие выполняется, т.к. .

4.1.5 Проверка кабельной сети по сопротивлению изоляции и емкости

Для устойчивой работы реле утечки должно выполняться следующее условие

(4.14)

где - фактическое сопротивление изоляции фазы относительно земли, кОм/фазу;

- критическое сопротивление изоляции сети, принимаем по паспортным данным реле утечки кОм.

Ожидаемое сопротивление изоляции фазы для всей электрически связанной сети определяется по формуле

(4.15)

где , , , , - соответственно количество двигателей на забойных машинах и на других механизмах, количество защитной и коммутационной аппаратуры (в том числе и пусковых агрегатов), силовых трансформаторов и кабелей;

, , , , - минимальное допустимое сопротивление изоляции этих элементов сети, МОм/фазу.

Тогда

кОм/фаза,

Сопротивление изоляции сети удовлетворяет условию (4.14).

Расчет емкости кабельной сети сводится в таблицу 4.1.4.

Таблица 4.1.4 - Определение емкости кабельной сети участка

Обозначение кабеля на схеме	Тип кабеля	Длина кабеля, м	Средняя величина емкости, мкФ/км	Емкость кабеля, мкФ/фазу
2КГЭШ 3х70+1x1040	0.675	0.054
КГЭШ 3х70+1x10400	0.675	0.27	0.675	0.27
КГЭШ 3х16+1x10400	0.365	0.146
Итого:				0.74

Общая емкость сети определяется как

(4.16)

где - суммарная емкость кабельной сети.

Тогда мкФ.

4.1.6 Расчет токов КЗ

Расчетная схема токов короткого замыкания для ПУПП №1 представлена на рисунке 4.1.2.

Рисунок 4.1.2 - Расчетная схема токов короткого замыкания

Ток двухфазного короткого замыкания (к.з.) в любой точке низковольтной сети участка шахты определяется по формуле

(4.17)

где - суммарное активное сопротивление кабелей, при рабочей температуре жил 65°С, по которым последовательно проходит ток к.з. до рассматриваемой точки, определено в разделе "Проверка кабельной сети по потерям напряжения";

- суммарное переходное сопротивление и элементов аппаратов, а также переходное сопротивление в месте к.з., принимается равным 0,005 Ом на один коммутационный аппарат, включая точку к.з.;

- число коммутационных аппаратов, через контакты которых последовательно проходит ток к.з., включая АВ ПУПП;

- сопротивление высоковольтной распределительной сети, приведенное ко вторичной обмотке трансформатора;

- индуктивное сопротивление трансформатора;

- суммарное индуктивное сопротивление кабелей, по которым последовательно проходит ток к.з. до рассматриваемой точки.

Индуктивное сопротивление высоковольтной распределительной сети находится по формуле

(4.18)

где - мощность к.з. на вводе ПУПП, принимается 50 МВА.

Тогда

Ом.

Токи трехфазного к.з. в тех же точках, для которых рассчитаны токи двухфазного к.з., определяются по формуле

(4.19)

где 1.6 - суммарный переводной коэффициент расчетного тока двухфазного к.з., определяемого для условий, способствующих его минимальному значению, к току трехфазного к.з., определяемому для условий, способствующих его максимальному значению.

В точке короткого замыкания К1 ток двухфазного к.з. равен:

А,

ток трехфазного к.з. при этом равен:

А.

В точке короткого замыкания К2 ток двухфазного к.з. равен:

А,

ток трехфазного к.з. при этом равен:

А.

В точке короткого замыкания К3 ток двухфазного к.з. равен:

А,

ток трехфазного к.з. при этом равен:

А.

В точке короткого замыкания К4 ток двухфазного к.з. равен:

А,

ток трехфазного к.з. при этом равен:

А.

В точке короткого замыкания К5 ток двухфазного к.з. равен:

А,

ток трехфазного к.з. при этом равен:

А.

В точке короткого замыкания К6 ток двухфазного к.з. равен:

А,

ток трехфазного к.з. при этом равен:

Полученные результаты расчета сведены в таблицу 4.1.5.

Таблица 4.1.5 - Расчет сопротивлений кабелей

Точка КЗ.	Номера кабелей доточки КЗ.	Активное сопротивление кабелей для 65°С, Ом	Индуктивное сопротивление кабелей, Ом	Суммарное сопротивление контактов аппарата и места кз.	Полное сопротивление цепи к. з.(с учетом , )Ток двухфазного К.З., АТок трехфазного КЗ., А
К1	-	0	0	0.01	0.0952	5989	9582
К2	0.00604	0.00158	0.015	0.1	5693	9109
КЗ	0.00604	0.00158	0.02	0.102	5586	8937
К4	0.12684	0.03318	0.02	0.205	2787	4459
К5	0.126840.033180.020.20527874459
Кб	0.5340.037580.020.5849771563

.1.7 Проверка кабелей по термической устойчивости

По термической устойчивости токам к.з. проверяются кабели с сечением жилы 35 мм2 и менее. Термическая устойчивость кабелей принимается по данным [5, табл. 20.6]. Проверка проводится по максимальному возможному току трехфазного к.з. в начале проверяемого кабеля и сводится в таблицу 4.1.6.

Таблица 4.1.6 - Проверка кабелей по термической устойчивости

Обозначение на схеме	Тип кабеля	Ток трехфазного к.з., А	Тип защитного аппарата	Ток термической устойчивости
КГЭШ 3х16+1x10	1563	АВ-400	7227

.1.8 Выбор и проверка низковольтной аппаратуры управления и защиты

Фидерный выключатель, магнитный пускатель выбирается из условий

(4.20)

где - номинальный ток выбираемого аппарата;

- рабочий ток магистрального кабеля, определяемого по формуле (4.5), или номинальный ток потребителя, принимаемый по таблице 4.1.1.

Рабочий ток, проходящий через фидерный выключатель, определяется по формуле (4.5), через магнитный пускатель - по данным таблицы 4.1.1. При определении суммарного тока следует суммировать токи одновременно работающих потребителей.

Также выбранный фидерный выключатель или магнитный пускатель должны быть проверены по допустимой нагрузке на вводные зажимы. Допустимая нагрузка на вводные зажимы может быть определена по кратности суммарной величины тока, приведенной ниже:

Допустимый ток вывода (номинальный ток аппарата, А)	До25	От 25 до 63	От 63 до 250	Свыше 250
Кратность суммарной величины тока (включая транзитный) по отношению к допустимому не более	3,0	2,5	2,0	1,2

Отключающая способность аппарата должна соответствовать условию

(4.21)

Выбор и проверка защитной аппаратуры сводится в таблицу 4.1.7.

Таблица 4.1.7 - Выбор и проверка защитной аппаратуры

Номер аппарата по схеме	Тип аппарата	Номинальный ток аппарата, А	Расчетный ток линии, А	Транзитный ток, А	Допустимая нагрузка на вводные зажимы, А	Отключающий ток аппарата, А	Ток трехфазного к.з. на выходе аппарата, А	Ток уставки , А	Ток двухфазного к.з. в удаленной точке, А
Обозначение
ВВ	АВ-400 ДО2	400	457.56	-	480	11000	9109	1600	5586
П1	ПВР-250	250	211,02	282	500	3000	8937	1125	2787
П2	ПВР-250	250	222,76	59	500	3000	8937	1250	2787
П3	ПВР-125Р	125	59.08	-	157.5	3000	8937	375	977

Для всех пускателей не выполняется условие (4.21), поэтому для их защиты используется уже имеющийся в схеме выключатель, уставка срабатывания которого соответствует требованию

Где - отключающий ток аппарата (пускателя).

Уставка максимальной токовой защиты ПУПП принимается на одну - две ступени по сравнению с уставкой реле предыдущего аппарата. В данном случае А.

.2 Расчет ПУПП №2

Потребителем электроэнергии от передвижной участковой понижающей подстанции №2 является скребковый конвейер КСЮ-381, напряжение сети 1140 В. Данная подстанция устанавливается на конвейерном штреке и периодически перемещается с шагом передвижки до 100 метров. Характеристика электроприемников сведена в таблицу 4.2.1.

Таблица 4.2.1 - Характеристика токоприемников ПУПП №2

Обозначение по схеме	Наименование потребителей	Тип электродвигателя	Количество	Номинальная мощность, кВт	Номинальный ток, А	Пусковой ток, А	Коэффициент мощности cosφ	КПД η
ПУПП №1	КСЮ-381	ДКВ-355L4	2	250	160	1120	0,88	0,9

.2.1 Выбор ПУПП

Схема кабельной сети ПУПП №2 представлена на рисунке 4.2.1.

Рисунок 4.2.1 - Схема кабельной сети ПУПП №2.

Определяется расчетная мощность ПУПП по (4.1). Коэффициент спроса для очистных работ комплексов с механизированной крепью определяется по формуле (4.2).

Т.к. к ПУПП подключен всего один потребитель,.

По расчетной мощности выбирается ПУПП, которая должна удовлетворять условию (4.3).

Следовательно,

Условие выполняется, следовательно, выбирается ПУПП типа TСВП-1000/6-1.2 со следующими данными: ; В; В; ; ; ; ; Ом; Ом.

4.2.2 Выбор и проверка кабельной сети участка по допустимой нагрузке

Выбор кабелей по допустимой нагрузке производится по условию (4.4)

Расчетный ток кабеля определяется по формуле (4.5)

Коэффициент для группы потребителей определяется по формуле (4.2), но с исходными данными рассматриваемой группы потребителей.

Тогда

Следовательно,

А.

По длительно допустимой нагрузке принимаем 2 кабеля в параллель КГЭШ 3x70+1x10, .

А.

По длительно допустимой нагрузке принимаем кабель КГЭШ 3x70+1x10, .

Выбор типа и сечений кабелей сводится в таблицу 4.2.2.

Таблица 4.2.2 - Выбор типа и сечения кабелей

Обозначение кабеля по схеме	Коэффициент спроса	Расчетный ток кабеля, А	Принятый тип кабеля	Длительно допустимый ток, А
1422,042КГЭШ 3х70+1xl0500
1211,02КГЭШ 3х70+1x10250
1211,02КГЭШ 3х70+1x10250

.2.3 Проверка кабельной сети участка по допустимым потерям напряжения при нормальном режиме

Суммарные потери напряжения определяются по формуле (4.6)

Относительная потеря напряжения в трансформаторе определяется по формуле (4.7)

Относительные величины и вычисляются соответственно по формулам (4.8) и (4.9):

Тогда

Следовательно,

Потери напряжения в трансформаторе в абсолютных величинах определяются по формуле (4.10).

В.

Потери напряжения в кабеле определяются по формуле (4.11)

Тогда

Активное сопротивление для температуры +65оС принимается по [7, стр. 178].

Расчет сопротивлений кабелей сведены в таблицу 4.2.3.

Таблица 4.2.3 - Определение сопротивления кабелей

Обозначение кабеля на схеме	Марка кабеля	Длина, м	Удельное сопротивление, Ом/км		Сопротивление кабеля, Ом

2КГЭШ 3х70+1x1040	0.151	0.0395	0.00604	0.0158
КГЭШ 3х70+1x10150	0.302	0.079	0.0453	0.01185
КГЭШ 3х70+1x10400	0.302	0.079	0.1208	0.0316

Тогда

Допустимая потеря напряжения в сети определяется по выражению (4.12).

В.

Сеть удовлетворяет условиям, т.к. .

.2.4 Проверка кабельной сети по потерям напряжения при пуске наиболее мощного и удаленного электродвигателя

Параметры схемы электроснабжения должны обеспечивать на зажимах запускаемого наиболее мощного и удаленного электродвигателя уровень напряжения, достаточный для его трогания с места и разгон. Т.к. оба двигателя одинаковы, то наиболее тяжелыми будут условия пуска двигателя верхнего привода конвейера.

Допустимое минимальное напряжение на зажимах электродвигателя при пуске определяется по выражению (4.13).

Тогда

В,

то есть потери напряжения при пуске не должны превышать:

В.

Суммарные потери напряжения при пуске для наиболее нагруженной ветви определятся как

где - потери напряжения в трансформаторе при пусковом токе;

- суммарные потери напряжения в рассматриваемой кабельной ветви участка при пусковом токе.

Потери напряжения при протекании пускового тока в трансформаторе определяются по выражению

(4.22)

где - пусковой ток двигателя.

Тогда

В.

Потери напряжения в кабеле определяются по формуле

(4.23)

Следовательно, потери напряжения в кабеле составят

В,

В.

Суммарные потери напряжения составят

В.

Сеть удовлетворяет условиям эксплуатации.

4.2.5 Проверка кабельной сети по сопротивлению изоляции и емкости

Для устойчивой работы реле утечки должно выполняться условие (4.14).

Ожидаемое сопротивление изоляции фазы для всей электрически связанной сети определяется по формуле (4.15).

Тогда

кОм/фаза,

, т.е. условие выполняется.

Расчет емкости кабельной сети сводится в таблицу 4.2.4.

Таблица 4.2.4 - Определение емкости кабельной сети участка

Обозначение кабеля на схеме	Тип кабеля	Длина кабеля, м	Средняя величина емкости, мкФ/км	Емкость кабеля, мкФ/фазу
2КГЭШ 3х70+1x1040	0.675	0.054
КГЭШ 3х70+1x10150	0.675	0.10125
КГЭШ 3х70+1x10400	0.675	0.27
Итого:				0.4253

Общая емкость сети определяется по формуле (4.16).

Тогда

мкФ.

4.2.6 Расчет токов КЗ

Расчетная схема токов короткого замыкания для ПУПП №2 представлена на рисунке 4.2.2.

Рисунок 4.2.2 - Расчетная схема токов короткого замыкания

Ток двухфазного короткого замыкания (к.з.) в любой точке низковольтной сети участка шахты определяется по формуле (4.17).

Индуктивное сопротивление высоковольтной распределительной сети находится по формуле (4.18).

Ом.

Токи трехфазного к.з. в тех же точках, для которых рассчитаны токи двухфазного к.з., определяются по (4.19).

Тогда в точке короткого замыкания К1 ток двухфазного к.з. равен:

А,

ток трехфазного к.з. при этом равен:

А.

В точке короткого замыкания К2 ток двухфазного к.з. равен:

А,

ток трехфазного к.з. при этом равен:

А.

В точке короткого замыкания К3 ток двухфазного к.з. равен:

А,

ток трехфазного к.з. при этом равен:

А.

В точке короткого замыкания К4 ток двухфазного к.з. равен:

А,

ток трехфазного к.з. при этом равен:

А.

В точке короткого замыкания К5 ток двухфазного к.з. равен:

А,

ток трехфазного к.з. при этом равен:

А.

Полученные результаты расчета сведены в таблицу 4.2.5.

Таблица 4.2.5 - Расчет сопротивлений кабелей

Точка КЗ.	Номера кабелей до точки КЗ.	Активное сопротивление кабелей для 65°С, Ом	Индуктивное сопротивление кабелей, Ом	Суммарное сопротивление контактов аппарата и места кз.	Полное сопротивление цепи к. з.(с учетом , )Ток двухфазного К.З., АТок трехфазного КЗ.,А
К1	-	0	0	0.01	0.0952	5989	9582
К2	0.00604	0.00158	0.015	0.1	5693	9109
КЗ	0.00604	0.00158	0.02	0.102	5586	8937
К4	0.05134	0.02765	0.02	0.1474	3866	6185
К5	0.126840.033180.020.20527874459

4.2.7 Проверка кабелей по термической устойчивости

По термической устойчивости токам к.з. проверяются кабели с сечением жилы 35 мм2 и менее. В расчете данной ПУПП кабелей такого сечения нет.

.2.8 Выбор и проверка низковольтной аппаратуры управления и защиты

Рабочий ток, проходящий через фидерный выключатель, определяется по формуле (4.5), через магнитный пускатель - по данным таблицы 4.2.1.

Фидерный выключатель, магнитный пускатель выбирается из условий (4.20)

Выбранный фидерный выключатель или магнитный пускатель должны быть проверены по допустимой нагрузке на вводные зажимы. Допустимая нагрузка на вводные зажимы может быть определена по кратности суммарной величины тока, приведенной ниже:

Допустимый ток вывода (номинальный ток аппарата, А)	До25	От 25 до 63	От 63 до 250	Свыше 250
Кратность суммарной величины тока (включая транзитный) по отношению к допустимому не более	3,0	2,5	2,0	1,2

Для обеспечения надежного отключения аппаратом максимальных токов к.з., которые могут возникнуть на выходных зажимах, необходимо, чтобы аппарат обладал достаточной отключающей способностью.

При этом отключающая способность аппарата должна соответствовать условию (4.21)

Выбор и проверка защитной аппаратуры сводится в таблицу 4.2.6.

Таблица 4.2.6 - Выбор и проверка защитной аппаратуры

Номер аппарата по схеме	Тип аппарата	Номинальный ток аппарата, А	Расчетный ток линии, А	Транзитный ток, А	Допустимая нагрузка на вводные зажимы, А	Отключающий ток аппарата, А	Ток трехфазного к.з. на выходе аппарата, А	Ток уставки , А	Ток двухфазного к.з. в удаленной точке, А
Обозначение
ВВ	АВ-400 ДО2	400	422,04	-	480	12000	9109	2200	5586
П1	ПВИ-250МР	250	211,02	211,02	500	4000	8937	1125	3866
П2	ПВИ-250МР	250	211,02	-	500	4000	8937	1125	2787

Где - отключающий ток аппарата (пускателя).

.3 Расчет ППУП №3

Потребителем электроэнергии от ПУПП №3 являются два насоса УНР, лебедка БЖ-45, лебедка ЛПК-10, лебедка ЗЛП, лебедка ЭБГП, насос УКВШ, дробильная установка ДР1000, перегружатель ПС-281, два пусковых агрегата АПШ1. Данная подстанция расположена на конвейерном штреке и перемещается с шагом передвижки до 100 м, напряжение сети 660 В.

Характеристика электроприемников сведена в таблицу 4.3.1.

Таблица 4.3.1 - Характеристика токоприемников ПУПП №3

Обозначение по схеме	Наименование потребителей	Тип электродвигателя	Количество	Номинальная мощность, кВт	Номинальный ток, А	Пусковой ток, А	Коэффициент мощности cosφ	КПД η
ПУПП №3	УНР БЖ-45 АПШ1 ЛПК-1ОБ УКВШ ЗЛП УНР-01 ДР1000Ю ПС-281	ВР-160-4М ВАО-42-4У5 ВР-180-4S ВР-225-4М ВР-180-4S ВР-160-4М ВР-280-4S ДКВ-385-М4	1 1 1 1 1 1 1 1 1	18 5 4 22 55 22 18 110 200	20,34 6,5 25 62 25 20,34 118,2 227,2	142,4 39 142,5 378,2 142,5 142,4 827,1 1591	0,86 0,88 0,88 0,85 0,88 0,86 0,89 0,87	0,9 0,87 0,885 0,915 0,885 0,9 0,915 0,885

4.3.1 Выбор ПУПП

Схема кабельной сети ПУПП №3 представлена на рисунке 4.3.1.

Рисунок 4.3.1 - Схема кабельной сети ПУПП №3

Расчетная мощность ПУПП определяется по формуле (4.1), коэффициент спроса по формуле (4.2),

Тогда

По расчетной мощности выбирается ПУПП, которая должна удовлетворять условию (4.3).

Тогда

Условие выполняется, следовательно, выбираем ПУПП типа ТСВП-630/6 со следующими данными:; В; В; ; ; ; ; Ом; Ом.

.3.2 Выбор и проверка кабельной сети участка по допустимой нагрузке

Выбор типа и сечений кабелей выполнен аналогично предыдущим расчетам и сводится в таблицу 4.3.2.

Таблица 4.3.2 - Выбор типа и сечения кабелей

Обозначение кабеля по схеме	Коэффициент спроса	Расчетный ток кабеля, А	Принятый тип кабеля	Длительно допустимый ток, А
0.664439,52КГЭШ 3х70+1xl0500
0,747103,46КГЭШ 3х25+1xl0136
1160.38КГЭШ 3х35+1xl0168
1291.62КГЭШ 3х50+1xl0400
132.1КГЭШ 3х16+1xl0105
17,29КГЭШ 3х16+1xl0+3х2.5105
126,24КГЭШ 3х16+1xl0+3х2.5105
180,2КГЭШ 3х16+1xl0105
132.1КГЭШ 3х16+1xl0168
126,24КГЭШ 3х16+1xl0168
--КОГРЭШ 3х6-

4.3.3 Расчет токов короткого замыкания

Расчетная схема токов короткого замыкания для ПУПП №3 представлена на рисунке 4.3.2.

Рисунок 4.3.2 - Расчетная схема токов короткого замыкания ПУПП №3

Расчет тока к.з. в сетях производится методом приведенных длин и сведен в таблицу 4.3.3.

Таблица 4.3.3 - Расчет токов короткого замыкания

Обозначение на схеме	Рабочий ток, А	Сечение кабеля, мм2	Длина кабеля, м	Приведенная длина кабеля, м	Ток трехфазного К.З. , AТок двухфазного К.З. , АТочка К.З.
				20	12853	8033	К1
439,52х7050	48	10776	6735	К2
				58	10088	6305	К3
160.3835100	199	4861	3038	К4
291.62х5060	88	8267	5167	К5
32.11615	103.9	7643	4777	К6
7,291620	119.2	7040	4400	К7
26,241620	119.2	7040	4400	К8
103,4625440	924.8	1232	770	К9
				934.8	1218	761	К10
80,21620	996	1147	717	К11
32.11620	996	1147	717	К12
26,241620	996	1147	717	К13
-6280	228	93	58	К14

Ток уставки АПШ1 принимается равным 42 А.

.3.4 Выбор и проверка низковольтной аппаратуры управления и защиты

Рабочий ток, проходящий через фидерный выключатель, определяется по формуле (4.5), через магнитный пускатель - по данным таблицы 4.3.1.

Фидерный выключатель, магнитный пускатель выбирается из условий (4.20)

Допустимый ток вывода (номинальный ток аппарата, А)	До25	От 25 до 63	От 63 до 250	Свыше 250
Кратность суммарной величины тока (включая транзитный) по отношению к допустимому не более	3,0	2,5	2,0	1,2

При этом отключающая способность аппарата должна соответствовать условию (4.21)

Выбор и проверка защитной аппаратуры сводится в таблицу 4.3.4.

Таблица 4.3.4 - Выбор и проверка защитной аппаратуры

Номер аппарата по схеме	Тип аппарата	Номинальный ток аппарата, А	Расчетный ток линии, А	Транзитный ток, А	Допустимая нагрузка на вводные зажимы, А	Отключающий ток аппарата, А	Ток трехфазного к.з. на выходе аппарата, А	Ток уставки , А	Ток двухфазного к.з. в удаленной точке, А
Обозначение
ВВ	АВ-400 ДО	400	422.04	-	480	20000	10776	2000	6305
П1	ПВИ-250БТ	250	103.46	397.2	500	4000	10088	500	761
П2	ПВИ-250БТ	250	160.38	279	500	4000	10088	875	3038
П3	ПВР-315	315	291.6	52	378	5000	10088	1600	5167
П4	ПВР-125	125	32.1	27	250	3750	10088	250	4777
П5	ПВР-125Р	125	7.29	25	250	10088	250	4400
П6	ПВР-125	125	26.24	-	250	3750	10088	250	4400
П7	ПВИ-125БТ	125	80.2	45.3	250	2500	1218	437	717
П8	ПВР-125Р	125	32.1	20.3	250	3750	1218	250	717
П9	ПВИ-125БТ	125	26.24	-	250	2500	1218	250	717

Для некоторых пускателей не выполняется условие (4.21), поэтому для их защиты используется уже имеющийся в схеме выключатель, уставка срабатывания которого соответствует требованию

4.4 Расчет ПУПП №4

От ПУПП №4 питаются две насосные станции типа СНЕ, ленточный конвейер 2ЛТ-100У, лебедка ЧЛ-1, напряжение сети 660 В. Даная подстанция расположена на конвейерном штреке . Характеристика электроприемников сведена в таблицу 4.4.1.

Таблица 4.4.1 - Характеристика токоприемников ПУПП №4

Обозначение по схеме	Наименование потребителей	Тип электродвигателя	Количество	Номинальная мощность, кВт	Номинальный ток, А	Пусковой ток, А	Коэффициент мощности cosφ	КПД η
ПУПП №4	2ЛТ-100У СНЕ СНЕ ЧЛ-1	ВР-280-4S ЭДКОФ-250 ЭДКОФ-250 ВАО-42-4У5	3 1 1 1	110 110 110 5	118,2 120 120 6,5	827,1 840 840 39	0,89 0,86 0,86 0.88	0,915 0,932 0,932 0.87

4.4.1 Выбор ПУПП

Схема кабельной сети ПУПП №4 представлена на рисунке 4.4.1.

Рисунок 4.4.1 - Схема кабельной сети ПУПП №4.

Расчетная мощность ПУПП определяется по формуле (4.1), коэффициент спроса по формуле (4.2).

Тогда

По расчетной мощности выбирается ПУПП, которая должна удовлетворять условию (4.3).

Условие выполняется, следовательно, выбираем ПУПП типа ТСВП-400/6-0.6 со следующими данными:; В; В; ; ; ; ; Ом; Ом.

4.4.2 Выбор и проверка кабельной сети участка по допустимой нагрузке

Выбор типа и сечений кабелей выполнен аналогично предыдущим расчетам и сводится в таблицу 4.4.2.

Таблица 4.4.2 - Выбор типа и сечения кабелей

Обозначение кабеля по схеме	Коэффициент спроса	Расчетный ток кабеля, А	Принятый тип кабеля	Длительно допустимый ток, А
0.5194202КГЭШ 3х70+1xl0	500
1160.37КГЭШ 3х50+1xl0	200
1160.37КГЭШ 3х50+1xl0	200
1160.37КГЭШ 3х50+1xl0	200
17.29КГЭШ 3х16+1xl0	105
0.7224.53КГЭШ 3х70+1xl0	250
1160.37КГЭШ 3х50+1xl0	200
1160.37КГЭШ 3х50+1xl0	200

4.4.3 Расчет токов короткого замыкания

Расчетная схема токов короткого замыкания для ПУПП №4 представлена на рисунке 4.4.2.

Рисунок 4.4.2 - Расчетная схема токов короткого замыкания ПУПП №4

Расчет тока к.з. в сетях производится методом приведенных длин и сведен в таблицу 4.4.3.

Таблица 4.4.3 - Расчет токов короткого замыкания

Обозначение на схеме	Рабочий ток, А	Сечение кабеля, мм2	Длина кабеля, м	Приведенная длина кабеля, м	Ток трехфазного К.З. , AТок двухфазного К.З. , АТочка К.З.
				20	11174.4	6984	К1
4202х70	50	48	9633.6	6021	К2
				58	9136	5710	К3
160.3750	15	73	8440	5275	К4
160.3750	15	73	8440	5275	К5
160.3750	15	73	8440	5275	К6
7.2916	10	88.6	7760	4850	К7
224.5370	20	72.4	8448	5280	К8
				82.4	8016	5010	К9
160.3750	20	102.4	7184	4490	К10
160.3750	20	102.4	7184	4490	К11

.4.4 Выбор и проверка низковольтной аппаратуры управления и защиты

Рабочий ток, проходящий через фидерный выключатель, определяется по формуле (4.5), через магнитный пускатель - по данным таблицы 4.4.1.

Фидерный выключатель, магнитный пускатель выбирается из условий (4.20)

Допустимый ток вывода (номинальный ток аппарата, А)	До25	От 25 до 63	От 63 до 250	Свыше 250
Кратность суммарной величины тока (включая транзитный) по отношению к допустимому не более	3,0	2,5	2,0	1,2

При этом отключающая способность аппарата должна соответствовать условию (4.21)

Выбор и проверка защитной аппаратуры сводится в таблицу 4.4.4.

Таблица 4.4.4 - Выбор и проверка защитной аппаратуры

Номер аппарата по схеме	Тип аппарата	Номинальный ток аппарата, А	Расчетный ток линии, А	Транзитный ток, А	Допустимая нагрузка на вводные зажимы, А	Отключающий ток аппарата, А	Ток трехфазного к.з. на выходе аппарата, А	Ток уставки , А	Ток двухфазного к.з. в удаленной точке, А
Обозначение
АВ	АВ-400 ДО	400	420	-	480	20000	9633.6	2000	5710
П1	ПВИ-250БТ	160.37	250	328	500	4000	9136	875	5275
П2	ПВИ-250БТ	160.37	250	168	500	4000	9136	875	5275
П3	ПВИ-250БТ	160.37	250	7.29	500	4000	9136	875	5275
П4	ПВР-125Р	7.29	125	-	250	3750	9136	250	4850
П5	ПВИ-250БТ	160.37	250	160.37	500	4000	8016	875	4490
П6	ПВИ-250БТ	160.37	250	-	500	4000	8016	875	4490

Уставка максимальной токовой защиты ПУПП принимается на 1 - 2 ступени по сравнению с уставкой реле предыдущего аппарата. В данном случае А.

.5 Выбор высоковольтного оборудования

4.5.1 Выбор высоковольтной ячейки

Питание ПУПП №1, №2, №3 будет производиться от одного комплектного распределительного устройства, т. к. согласно [4,с. 158] это допускается, если подстанции в свою очередь питают энергией технологически связанные машины участка.

Номинальный ток высоковольтной ячейки при питании одной и группы подстанций соответственно определится как

где - номинальный ток ПУПП на стороне 6 кВ;

- суммарный номинальный ток всех ПУПП, получающих питание от выбираемого распредустройства.

Номинальный ток ПУПП на стороне 6 кВ определяется как

где - суммарный номинальный ток потребителей на низкой стороне;

- коэффициент трансформации силового трансформатора.

Исходя из этого суммарный номинальный ток ПУПП №1, №2, №3 будет равен

А.

Принимается высоковольтная ячейка типа КРУВ-6 с номинальным током 200А.

Суммарный номинальный ток ПУПП №4 будет равен

А.

Принимается высоковольтная ячейка типа КРУВ-6 с номинальным током 80А.

4.5.2 Выбор и проверка высоковольтного кабеля

Ток нагрузки высоковольтного кабеля, питающего ПУПП, определяется как

Ток нагрузки высоковольтного кабеля, при питании нескольких ПУПП определится как

Ток кабеля, питающего энергопоезд А.

Принимается кабель ЭВТ 3x50+1x10+4х4 на номинальное напряжение 6 кВ. Длительно допустимый ток кабеля 210 А.

Ток кабеля, питающего ПУПП №4 А.

Принимается кабель ЭВТ 3x16+1x10+4x4 на номинальное напряжение 6 кВ. Длительно допустимый ток кабеля 116 А.

.5.3 Выбор и проверка уставок токовых реле высоковольтных КРУ

Выбор уставки максимальной токовой защиты высоковольтных КРУ осуществляется по условию

где - коэффициент надёжности токовой защиты, принимается равным 1,2 ÷ 1,4;

- рабочий максимальный ток защищаемой линии.

Рабочий максимальный ток защищаемой линии определяется как

где - номинальный пусковой ток наиболее крупного электродвигателя, получающего питание от ПУПП;

- коэффициент трансформации силового трансформатора.

Выбранная уставка реле КРУ должна быть проверена по току двухфазного к.з. на вторичной обмотке защищаемого трансформатора. Уставка выбрана правильно, если сохраняется соотношение

, (4.24)

где - расчётный ток двухфазного к.з. на стороне низкого напряжения ПУПП.

Рабочий максимальный ток линии, питающей энергопоезд

А.

Уставка КРУ по условию А, принимается равной 550 А.

Рабочий максимальный ток линии, питающей потребителей вентиляционного штрека (ПУПП №4)

А.

Уставка КРУ по условию А, принимается равной 200 А.

Проверяется уставка КРУ, питающего энергопоезд по условию (4.24)

следовательно, уставка выбрана правильно.

Проверяется уставка КРУ, питающего ПУПП №4 по условию (4.24)

следовательно, уставка выбрана правильно.

4.6 Газовая защита

Для проветривания шахты принят нагнетательный способ. Воздух в шахту подается вентиляторной установкой, состоящей из двух вентиляторов ВОД-30.

Для автоматического контроля содержания метана на выемочном участке лавы 30-48 используется аппаратура АС.

Предусматривается установка 3-х датчиков метана и аппаратуры сигнализации АС в непосредственной близости от ПУПП№3, питающей всех потребителей вентиляционного и конвейерного штреков, в т.ч. и АУЗМ. Срабатывание любого из датчиков вызовет отключение выключателя ПУПП№3 и снятие напряжения с аппаратуры АУЗМ, что в свою очередь вызовет отключение двух автоматических выключателей питающих очистной комбайн и лавный конвейер. Т.о. произойдет отключение всех потребителей очистного участка.

Датчик 1 устанавливается для контроля местного скопления метана в районе «кутка» лавы и настраивается на 2,0%.

Датчик 2 устанавливается на расстоянии 20 м от сопряжения лавы с вент. штреком и настраивается на 1,0%.

Датчик 3 устанавливается на расстоянии 10-15 м от конца выемочного столба и настраивается на 1%.

.7 Энергетические и экономические показатели

Годовой расход активной электроэнергии на участке определяется как

где - коэффициент использования электропотребителей, принимается равным коэффициенту спроса ;

ч - продолжительность смены по добыче;

- количество добычных смен в сутки;

- число рабочих дней в году;

- коэффициент машинного времени;

- суммарная установленная мощность электродвигателей на участке, кВт.

Удельный расход электроэнергии на одну тонну добычи участка определится как

где - годовая добыча участка, т.

Тогда

5. Охрана труда

.1 Правила поведения людей в аварийной ситуации

Пожар (взрыв)

При обнаружении идущего навстречу дыма в лаве 30-49 необходимо включиться в самоспасатель и двигаться по ходу вентиляционной струи по вентиляционному штреку 30-49, далее через сбойку, на конвейерный уклон пл.30. Двигаться по конвейерному уклону до ближайшей сбойки на вентиляционный уклон пл.30, по вентил. уклон пл.30, на путевой шт.пл.30, через сбойку на квершлаг №19, на бремсберг 30-50 и на поверхность. В случае обнаружения задымления на конвейерном уклоне пл.30, выходим на конв. шт. пл.30, квершлаг №20, путевой шт. пл.30, через сбойку на квершлаг №19, выйти на бремсберг 30-50 и на поверхность.

Загазирование (проникновение сильнодействующих веществ)

1. Прекратить всякие работы и вывести людей из загазированной выработки в безопасное место, запретить движение людей и монорельса по примыкающим выработкам с исходящей вентиляционной струёй.

2. Отключить электроэнергию в загазированной выработке и на пути исходящей из нее вентиляционной струи.

. Выставить из числа членов ВГС, ИТР посты в безопасных местах для предотвращения доступа людей к загазированной выработке и аппаратуре включения электроэнергии.

. Сообщить главному инженеру, начальнику участка, на котором произошло загазирование.

. Произвести разгазирование в соответствии с «Инструкцией по разгазированию горных выработок, расследованию, учету и предупреждению загазирований».

При проникновении сильнодействующих ядовитых веществ проветривание и подачу сжатого воздуха прекратить после вывода людей.

6. При невозможности проветривания загазированных выработок эти работы выполняются горноспасательными частями в соответствии с мероприятиями, разработанными в установленном порядке.

Внезапная остановка главного вентилятора

Прекратить все работы на участке, отключить механизмы и электроэнергию, выйти на свежую струю. При остановке более 30 мин. вентилятора выйти запасными выходами на поверхность (за исключением горного мастера ВТБ и дежурного электрослесаря). Разрешить возобновление работ после проветривания и обследования горных выработок лавы 30-48.

Общешахтное отключение электроэнергии

Зафиксировать время отключения электроэнергии. Сообщить главному инженеру, главному механику, энергетику шахты. Прекратить всякие работы в шахте, отключить механизмы и направить людей к воздухоподающему стволу. Выяснить причину и ориентировочное время отключения электроэнергии, на основе чего принять решение о выводе людей из шахты. Принять меры по проветриванию выработок за счет естественной тяги.

Поражение электротоком

Отключить электроэнергию на участке, вызвать ВГСЧ, дежурного врача из медпункта. Членам ВГС установить посты возле электроаппаратуры для предотвращения ее включения и допуска к ней каких бы то ни было лиц до прихода специальной комиссии. Подготовить средства перевозки пострадавших на поверхность.

Несчастный случай (травмирования)

Направить к месту несчастного случая для оказания первой помощи доврачебной помощи: дежурного фельдшера медпункта; членов ВГС и надзора с ближайших рабочих точек. Вызвать на шахту реанимационно-противошоковую группу ВГСЧ, а при ее отсутствии- реанимационную бригаду скорой помощи. Сообщить о несчастному случае главному инженеру (заместителю по ТБ) и начальнику участка. Обеспечить готовность средств механизированной перевозки людей (монорельсовая дорога) и сопровождающего для незамедлительной доставки реанимационно - противошоковой бригады и ее возвращения на поверхность с пострадавшим.

Затопление водой (заиловка)

Взять самоспасатель и выйти на вышележащий горизонт по ближайшим выработкам по ходу движения воды.

Обрушение

Люди, застигнутые обрушением, должны принять меры к освобождению пострадавших, находящихся под завалом.

При невозможности выхода через купольную часть выработки установить дополнительную крепь и приступить к разборке завала. В случае, когда это невозможно, ждать прихода горноспасателей, подавая сигналы по коду о металлические (твердые) предметы.

Землятресение

Выйти на поверхность запасными путями, сосредоточиться на расстоянии 50-100 м от зданий, сооружений и др. строений.

.2 Безопасность при эксплуатации конвейерного транспорта

По назначению конвейеры, применяющиеся на подземном транспорте, делятся на грузовые, грузолюдские, людские. По устройству они делятся на ленточные, скребковые, пластинчатые, винтовые, роликовые и инерционные.

Факторы, определяющие возможность возникновения опасных ситуаций на конвейерном транспорте: обрыв ленты, сход ленты, заштыбовка ленты, обрыв тяговой цепи, снятие грузов с конвейера, попадание работающих под движущиеся части, падение при переходе через работающий конвейер.

Выработки, предназначенные для установки ленточных конвейеров (кроме специальных), должны быть прямолинейными на всей длине става конвейера. Выработку необходимо ежесменно очищать от просыпавшегося угля или породы, а также от посторонних предметов.

Эти меры предотвращают проскальзывание и заклинивание ленты, трение ее о неподвижные предметы и, следовательно, возможность возникновения пожара.

Сход ленты в сторону может произойти при некачественной стыковке, серповидности ленты, загрузке материалов не по центру, неудовлетворительном монтаже конвейерного става (допущена кривизна) и налипании транспортируемого материала на ролики и барабаны.

Центрирование ленты осуществляют регулированием положения концевых барабанов и роликоопор, применением специальных конструкций центрирующих устройств. Загрузочные устройства должны направлять материалы на середину ленты, способствовать поступательному движению загружаемого материала, снижению до минимума вертикальной скорости падения. Высота падения не должна превышать 300 мм, при большей высоте должны быть предусмотрены меры по уменьшению силы удара о ленту, для чего используют отбойные листы и другие средства. Формирование материала на ленте осуществляется ограждающими бортами, расстояние между которыми принимается равным 2/3 ширины ленты.

Во избежание заштыбовки конвейерные ленты необходимо оборудовать устройствами по очистке лент и барабанов. Очистка лент осуществляется с помощью скребков различной конструкции. Для эффективной очистки устанавливают несколько скребков подряд. Для предупреждения попадания кусков материала и других предметов между лентой и барабаном на нижней ветви ленты перед хвостовым барабаном устанавливают сбрасыватели.

Некоторые выработки шахты «Большевик» имеют угол наклона более 6°, поэтому конвейеры должны снабжаться тормозными устройствами для предотвращения самопроизвольного сползания ленты при отключении привода.

Люди могут получить травму при обрыве ленты, поэтому в наклонных выработках с уклоном более 10° конвейеры оборудуют ловителями, в конструкции которых предусмотрено устройство, отключающее привод. Для конвейеров, оснащенных резинотросовыми лентами, дополнительно к ловителям необходимо устанавливать контрольную аппаратуру, которая позволяет своевременно обнаружить дефекты в тросовой основе и предупредить порыв ленты.

На бремсберговых конвейерах при определенных условиях скорость может возрасти за счет сил гравитации. При превышении скорости на 8 % возможно неуправляемое движение ленты вниз. Для предупреждения этого явления применяют датчики превышения скорости.

Реле скорости устанавливают для своевременного отключения конвейера при снижении скорости ленты до 75 % номинальной ее величины за счет пробуксовки, которая может вызвать пожар. Повторное включение конвейера, если причина не устранена, выполнить невозможно из-за блокировки.

Датчики контроля допустимого уровня загрузки устанавливаются в местах перегрузки и подключаются к цепям управления приводом конвейера.

Натяжные и приводные головки конвейера ограждают для предотвращения травмирования людей в пространстве между лентой и барабаном.

Запрещаются ремонт, смазка и очистка конвейеров во время их работы. У пункта включения конвейера в этом случае должна быть поставлена предупредительная табличка "Не включать! На конвейере работают люди!"

В местах пересечения выработок, у приводных и натяжных головок конвейера устраивают мостки для перехода людей. Вдоль лестницы мостков и их настила с двух сторон устраивают перила. Высота прохода людей над мостками должна быть не менее 0,8 м, ширина мостков 0,6 м.

Все конвейерные установки оборудуют средствами сигнализации, звуковой сигнал от которых слышен по всей длине конвейера. Продолжительность сигнала 5 с. Кроме того, в целях быстрого отключения конвейера предусматривают устройство, позволяющее это сделать из любой точки по его длине.

Значительное число несчастных случаев происходит во время обслуживания скребковых конвейеров при натяжении цепи с использованием двигателя конвейера или комбайна, срыве и развороте натяжных и приводных головок, расштыбовке нижней ветви конвейера без его остановки и неправильных приемах разгрузки скребкового конвейера. Для его расштыбовки и натяжения цепи необходимо применять приспособления и устройства заводского изготовления, поставляемые вместе с конвейерами.

Перевозка людей ленточными конвейерами должна полностью соответствовать Требованиям безопасности при перевозке людей ленточными конвейерами.

Перевозку людей осуществляют на специально сконструированных для этих целей людских и грузолюдских конвейерах, позволяющих перевозить людей в обе стороны. Расстояние от несущего полотна ленты до кровли выработки, переходных мостков и других устройств должно быть не менее 1 м. В местах установки площадок это расстояние должно составлять не менее 1,5 м и выдерживаться по длине конвейера не менее 10 м.

Площадки для посадки и схода людей состоят из опорного каркаса, настила, перил и ступенек до почвы выработки. Настил площадки схода располагается ниже, а площадки посадки выше или на одном уровне с лентой. Превышение и понижение площадок не должно превышать 50 мм. Длина площадок посадки не менее 1,5 м, схода -8 м, ширина площадок 0,7 м. Ролики конвейера у площадок ограждают, чтобы предотвратить соприкосновение с ними людей. Зазор между лентой и площадкой перекрывают.

Максимальный угол наклона выработки для перевозки людей конвейером не должен превышать 18°, скорость движения ленты 3,16 м/с, ширина ленты - не менее 800 мм.

Ленты участковых конвейерных линий шахты «Большевик» имеют ширину 1000 мм., магистральные конвейерные линии имеют ширину ленты 1200 мм. Скорость всех ленточных конвейеров не превышает 3,16 м/с. Однако некоторые выработки имеют угол наклона более 18 градусов, согласно требованиям ТБ, конвейеры этих выработок не оборудуются для перевозки людей.

Конвейеры для перевозки людей оснащаются следующими средствами безопасности:

• устройствами для отключения привода конвейера в случае проезда людьми площадок схода, причем датчик расположен таким образом, чтобы исключалась возможность проезда человека под ним на высоте 300 мм от ленты;

• устройством для экстренной остановки привода с любого места конвейера, которое располагается в выработке с неходовой стороны на высоте 200 - 400 мм от ленты;

• устройствами, предупреждающими о подъезде людей к площадке схода, которые выполняются из пеньковых канатов или полос конвейерной ленты, подвешиваемых на специальной раме на расстоянии 8 - 10 м перед площадкой сходам, и конец которых висит над лентой на высоте 300 мм.

На расстоянии 15 м от начала площадки схода устанавливают желтый световой сигнал, над площадкой схода - красный; конвейеры снабжают датчиками бокового схода ленты и устройствами, отключающими конвейер при превышении скорости на 8 %.

Перевозка людей разрешается после приемки конвейера специальной комиссией. Ответственность за безопасность перевозки людей возлагается на начальника участка, в ведении которого находится конвейерная линия, а в смене - на горного мастера, который перед началом смены обязан проверить исправность конвейерных установок. Начальник участка или его помощник обязан не реже одного раза в сутки производить осмотр крепления выработок, зазоров для прохода людей и средств безопасности, которыми оснащен конвейер.

Перевозка людей в течение суток осуществляется по графику, утвержденному главным инженером шахты.

На каждом пункте посадки людей должна быть вывешена инструкция о порядке перевозки и правилах поведения людей с указанием значений сигналов. Световая и звуковая сигнализация подается при пуске и остановке конвейера. Посадку на ленточный конвейер производят по одному человеку с соблюдением интервала не менее 5 м, а при перевозке людьми инструментов - 10 м. Перевозка инструментов массой не более 20 кг разрешается только в чехлах. Положение людей при перевозке на ленточном конвейере должно быть "лежа на локтях".

При ненормальном движении ленты (сход в сторону, рывки, дергание и т.п.) необходимо остановить конвейер средствами аварийной остановки и сойти с него. При обрыве ленты все люди должны сойти с конвейера.

Новый запуск конвейера можно производить только после устранения неисправностей.

Во избежание несчастных случаев запрещается: посадка и сход вне площадок или когда последние неисправны; проезд на загруженной ленте конвейера; проезд с выключенными индивидуальными светильниками; перевозка горнорабочих, имеющих при себе взрывчатые материалы; перевозка людей на мокрых лентах конвейеров при углах наклона более 10°.

6. Охрана окружающей среды

Очистка сточных вод.

Сточными водами обогатительных фабрик называют удаляемые за пределы фабрик воды, загрязненные отходами и вредными примесями. Характеристика сточных вод зависит от состава обогащаемых руд и способов их обогащения, а также от свойств применяемых реагентов. Правильное решение водно-шламового хозяйства обогатительных фабрик сводится к тому, чтобы движение воды на фабрике было замкнутым, т. е. все осветленные воды на обогатительной фабрике после тщательной очистки полностью возвращались бы в процесс обогащения.

Выбор схем оборотного водоснабжения зависит от типа перерабатываемых полезных ископаемых и различных методов обогащения.

Загрязняющие вещества, содержащиеся в сточных водах, могут быть минеральными и органическими; по физическому состоянию они делятся на нерастворенные, коллоидные и растворенные.

К минеральным загрязняющим веществам относятся глина, песок, шлак, кислоты, соли и щелочи; к органическим - остатки растений, плодов, овощей, бумага, физиологические выделения людей и животных, органические кислоты, бактерии и др. Значительная часть нерастворенных загрязняющих веществ в процессе очистки выделяется в осадок. Содержание минеральных веществ в осадке определяет его зольность. Зольность выражается в процентах; для бытовых сточных вод она равна 25-35%, для промышленных сточных вод зольность выше.

Органические вещества, содержащиеся в сточных водах, разлагаются микроорганизмами, для жизнедеятельности которых необходим кислород. Масса кислорода, необходимого для окисления органических веществ аэробными микроорганизмами, называется биохимической потребностью в кислороде - БПК. На стойкие органические вещества биохимические процессы не воздействуют, поэтому БПК не характеризует общую массу органических веществ в сточных водах.

Масса кислорода, необходимого для окисления всех органических веществ, содержащихся в сточной воде, называется химической потребностью в кислороде - ХПК. ХПК и БПК выражаются в миллиграммах на литр или в граммах на кубический метр. БПК всегда ниже ХПК и составляет 86% ХПК для бытовых сточных вод и 25-80% ХПК для производственных сточных вод.

Обычно определяют биохимическую потребность в кислороде за 5 и 20 сут (БПК5 и БПК20), хотя полное окисление органических примесей при температуре сточной жидкости 20°С требует не менее 100 сут.

Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами водоемы разделены на две категории:

I - водоемы питьевого и культурно-бытового водопользования;

II - водоемы, используемые в рыбохозяйственных целях.

Водоемы I категории подразделяются на два вида водопользования:

участки водоемов, используемые в качестве источников для централизованного и нецентрализованного питьевого водоснабжения;

участки водоемов, используемые для купания, спорта и отдыха населения.

Основными показателями, по которым оценивается степень очистки сточных вод, спускаемых в водоем, являются:

содержание растворенного в воде кислорода, которое после смешивания с ней сточных вод в любой период года не должно быть ниже 4 мг/л;

биохимическая потребность в кислороде БПК20, которая для водоемов первого вида водопользования не должна быть больше 3 мг/л, а для водоемов второго вида водопользования - 6 мг/л;

содержание взвешенных веществ в воде, которое после спуска сточных вод не должно увеличиваться больше, чем на 0,25 мг/л для водоемов первого вида водопользования и на 0,75 мг/л для водоемов второго вида водопользования;

активная реакция воды (рН) водоема, которая после смешивания со сточными водами должна находиться в пределах 6,5-8,5;

температура сточных вод, которая рассчитывается исходя из условий, что температура воды летом не должна повышаться в месте выпуска сточных вод более чем на 3°С;

предельно допустимая концентрация ПДК - вредного вещества в воде водоема, которая при ежедневном воздействии в течение длительного времени на организм человека не вызывает каких-либо патологических изменений и заболеваний, а также не нарушает биологического равновесия в водоеме. ПДК вредных веществ в водоемах приведена в табл. 6.1.

Таблица 6.1 - ПДК вредных веществ, мг/л

Вещество	Водоемы
	санитарно-бытового водопользования	Рыбо-хозяйственные
По санитарно-токсилогическому лимитирующему показателю вредности
Fe2+ Cu2+ Mg2+ Мо6+ Ni2+ Pb2+ F- Cr3+ Флокулянт ВА-2 Флокулянт ВА-102 Диметилдиоксам Нафтеновые кислоты ОПСМ Полиакриламид Ферроцианиды Цианиды (по CN)	0,5 0,1 - 0,5 1 0,1 1,5 0,5 0,5 2 0,005 0,03 0,5 2 1,25 0,1	- 0,01 50 - 0,01 0,1 - - - - - - - - - -
По общесанитарному лимитирующему показателю вредности
Дибутилфталат Капролактам Аммиак (по N) Хлор активный Zn2+ Соли серной кислоты	0,1 1 2 - 1 500	- - - - - -
По органолептическому лимитирующему показателю вредности
Нефть и нефтепродукты в растворенном состоянии ОП-7 ОП-10 Фенолы Дитиофосфат (аэрофлот) крезиловый Амины АНП	- 0,4 1,5 0,001 0,0001 0,05	0,05 0,3 0,5 0,001 - 0,05

Для водоемов также установлены нормативные показатели по окраске, наличию плавающих примесей, возбудителей заболеваний, запахам и привкусам, минеральному составу.

При определении необходимой степени очистки сточных вод следует учитывать самоочищающую способность водоема, под которой понимают снижение концентрации загрязняющих веществ вследствие биохимических и физических процессов, протекающих в водоеме.

Содержащиеся в сточных водах примеси могут рассматриваться не только как вещества, вызывающие отрицательные последствия при сбросе в естественные водоемы, но и как вещества, которые при выделении из воды могут иметь самостоятельное народнохозяйственное значение. Присутствующие в сточных водах примеси разделяются на отходы и отбросы.

Отходы - примеси, возвращение которых в производство может дать определенный экономический эффект; отбросы - малоценные для народного хозяйства вещества. Следует иметь в виду, что граница между отходами и отбросами условна и с течением времени доля отбросов уменьшается в результате изыскания способов рационального использования их в народном хозяйстве. Поэтому очистка сточных вод производится не только с целью защиты природных водоемов от загрязнений, но и утилизации отходов для последующего их использования. Для очистки сточных вод применяются механические, биологические, физико-химические и механо-химические методы. Перед выпуском в водоем очищенные воды подвергаются дезинфекции.

Механическая очистка предназначена для удаления из сточных вод нерастворенных минеральных и органических загрязняющих веществ. Механическая очистка бытовых сточных вод осуществляется на решетках, в песколовках, жироловках, отстойниках, напорных гидроциклонах, фильтрах и хлораторах. Механическая очистка производственных сточных вод обогатительных фабрик производится в радиальных сгустителях или в хвостовых прудах.

В начале очистки бытовые сточные воды попадают на решетки, которые предназначены для улавливания крупных нерастворимых загрязняющих веществ. Решетки изготавливаются из металлических стержней различной формы; ширина отверстий между стержнями b=16÷19 мм, угол наклона к горизонту α=60-70°. Если за сутки улавливается больше 0,1 м3 загрязняющих веществ, очистка решеток должна быть механизирована. Уловленные на решетках загрязняющие вещества подвергаются дроблению, после чего возвращаются в поток воды перед решетками.

После решетки сточные воды попадают на песколовку, предназначенную для улавливания песка, шлака и других минеральных нерастворенных загрязняющих веществ. Наибольшее распространение получили песколовки горизонтальные и с вращательным движением жидкости. Осадок из песколовок удаляется механическим или гидромеханическим способом.

Для удаления всплывающих жиров, масел и т. п. применяются жироловки, принцип действия которых основан на том, что при уменьшении скорости движения воды в резервуаре происходит всплывание легких жировых частиц. При повышении уровня воды жировые частицы сливаются в боковые желоба и поступают в сборный резервуар.

Отстойники предназначены для улавливания из сточных вод находящихся во взвешенном состоянии нерастворенных загрязнений, в том числе жира и масел. В зависимости от направления движения воды отстойники подразделяются на три типа: горизонтальные, вертикальные и радиальные. В зависимости от назначения отстойники разделяются на первичные (для осветления сточных вод перед биологической очисткой) и вторичные (для осветления сточных вод после биологической или физико-химической очистки). Выбор типа и числа отстойников производится на основании технико-экономического сравнения с учетом местных условий.

Горизонтальный отстойник представляет собой прямоугольный резервуар. Сточная жидкость по подводящему и распределительному лоткам поступает в переднюю часть отстойника и протекает вдоль него до противоположного конца. Осветленная жидкость поступает в сборный лоток, а из него в отводной лоток. Для удержания всплывающих веществ (жиров, масел) в отстойнике устанавливают доски и специальный лоток, служащий для сбора и удаления плавающих веществ. Дно отстойника устраивают с уклоном в сторону, противоположную движению в нем жидкости, так как в передней части отстойника осадка выпадает больше. В передней части отстойника в приямке установлена труба для удаления осадка. Для глубокой очистки сточных вод, а также для их доочистки после биологической или других методов очистки применяют зернистые фильтры, принцип действия и конструкция которых аналогичны.

В настоящее время на очистных станциях для механической очистки сточных вод находят применение напорные гидроциклоны. Напорный гидроциклон состоит из цилиндрической части и примыкающей к ней снизу широким основанием конической части. Сточная жидкость поступает под давлением через входной патрубок и приобретает вращательное движение. Под действием центробежных сил более тяжелые частицы, содержащиеся в сточной воде, перемещаются от оси гидроциклона к его стенкам и вниз по спиральной траектории и через шламовую насадку отводятся из гидроциклона. Более легкие взвешенные частицы движутся во внутреннем спиральном потоке, направленном вверх, и отводятся из гидроциклона через сливной патрубок.

Простота конструкции, малая стоимость, удобство в обслуживании, надежность в работе и высокая производительность напорных гидроциклонов являются существенными преимуществами перед другими аналогичными аппаратами и способствуют их широкому применению для осветления загрязненных вод.

Биологическая очистка сточных вод применяется после механической очистки для удаления из сточных вод растворенных органических примесей и мельчайших взвешенных частиц. Их биологическое окисление производится в естественных или искусственно созданных условиях. В первом случае для этого используют почвы и замкнутые водоемы, во втором - специальные биологические окислители (аэротенки, биофильтры и т. п.).

При проектировании схем канализации населенных пунктов и промышленных предприятий необходимо рассматривать возможность использования очищенных сточных вод для удобрения и орошения сельскохозяйственных культур. Для этих целей применяются поля фильтрации и поля орошения.

Поля фильтрации - участки земли, предназначенные для полной биологической очистки предварительно осветленных сточных вод. При очистке сточных вод на полях фильтрации используется самоочищающая способность почвы. Наиболее интенсивно процесс окисления органических загрязняющих веществ протекает в верхних слоях почвы (0,2-0,3 м), где соблюдается благоприятный кислородный режим.

Поля орошения - специально подготовленные и спланированные участки, на которых выращивают сельскохозяйственные культуры, а для орошения и удобрения используют сточные воды после их биологической очистки.

Применение почвенных методов очистки рекомендуется при расходах сточных вод до 5-10 тыс. м3/сут.

Поля орошения и поля фильтрации состоят из карт, спланированных горизонтально или с незначительным уклоном и разделенных земляными оградительными валиками. Размеры карт полей фильтрации определяют в зависимости от рельефа местности, общей рабочей площади полей, способа обработки почвы, расхода очищаемой сточной жидкости.

Оросительная сеть должна быть запроектирована таким образом, чтобы сточная вода подавалась самотеком в любой из участков обслуживаемой этой сетью территории. Сточная вода распределяется по картам оросительной сетью; вода, профильтрованная через слой почвы, отводится осушительной сетью.

Сточная вода по оросительной сети подается в распределительный колодец, откуда по магистральному каналу поступает в распределительный канал, а из него в картовый ороситель. Профильтрованная вода отводится по дренажной сети в отводную дренажную канаву, а по ней на выпуск.

Для полей фильтрации межполивной период колеблется от 5 до 10 сут; для полей орошения он устанавливается в соответствии с режимом полива выращиваемых культур. При определении требуемой площади полей орошения и полей фильтрации исходят из нормы нагрузки, т. е. объема сточной воды, которая может быть подана на 1 м2 за определенный промежуток времени. Нормы нагрузки принимаются по СНиП II-32-74.

При неблагоприятных грунтовых условиях на полях орошения и полях фильтрации устраивают осушительную сеть. Она состоит из дренажа, сборной сети, отводящих линий и выпусков. Дренаж является важным элементом полей. Он позволяет своевременно отводить излишнюю влагу из почвы и способствует проникновению воздуха в орошаемый деятельный слой, без чего не может проходить аэробный окислительный процесс. Устройство дренажа обязательно при залегании грунтовых вод на глубине менее 1,5 м от поверхности карт.

Биологические пруды. Процесс очистки в этих сооружениях аналогичен процессам, происходящим при самоочищении водоемов. Для устройства биологических прудов могут быть использованы естественные впадины местности, заброшенные карьеры, а также специально созданные водоемы. При очистке производственных сточных вод роль биологических прудов выполняют хвостохранилища, в которых достигается некоторая очистка от растворенных примесей в результате окислительного воздействия кислорода воздуха.

Аэротенки применяют для полной и неполной биологической очистки сточных вод. Они представляют собой резервуары, в которых насыщается воздухом и перемешивается смесь очищаемой сточной воды и активного ила.

Сточные воды поступают в аэротенки, как правило, после механической очистки. Концентрация взвешенных веществ в них не должна превышать 150 мг/л, а допустимая БПКполн зависит от типа аэротенка. При очистке смеси производственных и бытовых сточных вод должны соблюдаться требования СНиП II-32-74 по отношению к активной реакции среды, температуры, солевого состава, наличия вредных веществ, масел и т. п.

Нормальное протекание процесса биологического окисления в аэротенке происходит благодаря непрерывной подаче воздуха с помощью пневматической, механической или пневмо-механической систем аэрации.

Аэротенки используют в чрезвычайно широком диапазоне расходов сточных вод (от нескольких сот до миллионов кубических метров в сутки).

Окстенки - герметически закрытые резервуары, в которые подается технический кислород. Их окислительная мощность в несколько раз выше, чем обычных аэротенков.

Циркуляционные окислительные каналы предназначены для полной биологической очистки сточных вод. Они представляют собой проточные бассейны трапецеидального сечения, имеющие замкнутую форму и оборудованные механическими аэраторами, обеспечивающими циркуляционное перемещение, перемешивание и насыщение кислородом обрабатываемой смеси сточной воды и активного ила. В циркуляционных окислительных каналах могут очищаться, помимо бытовых, высококонцентрированные неразбавленные производственные сточные воды с БПКполн до 6000 мг/л без предварительного отстаивания (после решеток и песколовок). Циркуляционные окислительные каналы бывают непрерывного и периодического действия.

Биологические фильтры предназначены для биологической очистки сточных вод. Сточная вода фильтруется через грубозернистый загрузочный материал, покрытый биологической пленкой, образованной колониями микроорганизмов. Биофильтры бывают с объемной (гравий, шлак, щебень, керамзит) и плоской (пластмассы, асбестоцемент, керамика, металл, ткани) загрузкой.

Биофильтр состоит из следующих основных частей: фильтрующего загрузочного материала, помещенного в резервуар; трубы, по которой сточная жидкость подводится к вращающемуся водораспределительному устройству, обеспечивающему равномерное орошение сточной жидкостью поверхности загрузки биофильтра; дренажного устройства для удаления профильтровавшейся воды по отводной трубе.

Процессы окисления в биофильтре протекают значительно интенсивнее, чем в других сооружениях биологической очистки. Эффективность очистки биофильтров очень высока, например, БПК выходящей жидкости снижается на 85% и более.

Механо-химические и физико-химические методы применяются для очистки производственных сточных вод. К этим методам прибегают, если перечисленные выше методы очистки малоэффективны. К механо-химическим методам очистки относятся нейтрализация и окисление; к физико-химическим - коагуляция, сорбция, флотация, ионный обмен.

Нейтрализация сточных вод происходит в результате химической реакции между веществом, имеющим свойства кислоты, и веществом, имеющим свойства основания, приводящая к потере характерных свойств обоих соединений. Производственные сточные воды технологических процессов обогащения содержат щелочи, кислоты, а также соли тяжелых металлов.

В целях предупреждения коррозии материалов очистных сооружений, биохимических процессов в биологических окислителях и естественных водоемах, а также для удаления солей тяжелых металлов кислые и щелочные производственные сточные воды подвергаются нейтрализации. Применяются следующие способы нейтрализации: взаимная нейтрализация кислых и щелочных сточных вод при их смешивании; нейтрализация реагентами; фильтрование через нейтрализующие материалы (известь, известняк, доломит, магнезит, мел и др.).

Расход реагентов для обработки сточных вод определяют из условия полной нейтрализации содержащихся в ней кислот и щелочей и выделения в осадок солей тяжелых металлов. Реагентная нейтрализация производственных сточных вод производится на нейтрализационных установках.

Окисление - реакция соединения какого-либо вещества с кислородом. Метод очистки окислением применяют для обезвреживания промышленных сточных вод, содержащих токсичные примеси (цианиды, комплексные цианиды меди и цинка) или соединения, которые нецелесообразно очищать другими методами (сероводороды, сульфиды и др.).

Для обезвреживания сточных вод используют следующие окислители: хлор, хлорную известь, гипохлорит кальция и натрия, озон, технический кислород и кислород воздуха. Самым распространенным способом очистки от ядовитых цианидов является обезвреживание сточных вод хлором или его соединениями. Озон также является сильным окислителем, способным разрушать в водных растворах при нормальной температуре многие органические вещества.

Применение в качестве окислителей озона, технического кислорода и кислорода воздуха является предпочтительным, так как не приводит к увеличению солевого состава очищаемых сточных вод и не загрязняет воду продуктами реакции.

Коагуляция - слипание частиц коллоидной системы при их взаимодействии в результате процессов теплового движения, перемешивания или направленного перемещения во внешнем силовом поле. В результате коагуляции образуются более крупные (вторичные) частицы, состоящие из скопления более мелких (первичных).

Коагуляционная очистка производственных сточных вод заключается во взаимодействии коллоидных и мелкодисперсных частиц сточных вод с более крупными частицами (хлопьями), образующимися при введении в воду коагулянтов. Коагуляционный метод очистки применяется при небольших расходах сточных вод, наличии дешевых коагулянтов, необходимости обесцвечивания стоков, неполной их очистке.

Сорбция - процесс поглощения твердым телом или жидкостью (сорбентом) вещества (сорбата) из окружающей среды.

В качестве сорбентов применяют искусственные и природные пористые материалы: золу, торф, активную глину, активированный уголь и др. Основными характеристиками сорбентов являются: пористость, структура пор, химический состав. Наиболее эффективный сорбент - активированный уголь, его пористость составляет 60-75%, а Удельная поверхность 400-900 м2/г.

Процесс сорбции осуществляется в насыпных фильтрах, представляющих собой колонну с неподвижным слоем сорбента, через который фильтруется обрабатываемая сточная жидкость, Скорость фильтрации колеблется от 1 до 6 м/ч и зависит от концентрации растворенных, в сточной жидкости веществ.

Сорбционная очистка применяется самостоятельно и совместно с биологической. Сорбционные методы очистки весьма эффективны для извлечения из промышленных сточных вод содержащихся в них ценных растворенных веществ с целью их последующей утилизации и использования очищенных стоков в системе оборотного водоснабжения.

Флотация - процесс разделения мелких твердых частиц, основанный на различии в их смачиваемости водой. При флотации частицы прилипают к пузырькам воздуха, поднимаются в пену и удаляются вместе с ней. В зависимости от требуемой крупности пузырьков флотацию можно осуществлять различными способами, которые различаются конструктивным исполнением установок и способом разделения жидкой и всплывающей фаз.

Наибольшее распространение получила напорная флотация, поскольку она позволяет регулировать аэрацию в соответствии с требуемым эффектом очистки сточных вод. Пневматические флотационные установки нашли применение при очистке сточных вод, содержащих растворенные примеси, агрессивные к механизмам, имеющим движущиеся части.

Ионный обмен - процесс обмена между ионами, находящимися в растворе, и ионами, находящимися на поверхности твердой фазы - ионита. По знаку заряда обменивающихся ионов иониты подразделяются на катиониты и аниониты. Катиониты проявляют кислотные свойства и бывают сильнокислотные и слабокислотные. Аниониты проявляют свойства оснований и бывают сильноосновные и слабоосновные.

Очистка производственных сточных вод обогатительных фабрик и металлургических комбинатов методом ионного обмена позволяет извлекать и утилизировать ценные примеси (хром, цинк, свинец, медь, ртуть и др.) и использовать очищенные сточные воды в системах оборотного водоснабжения.

Для очистки сточных вод обогатительных фабрик цветной металлургии рекомендуются следующие методы в зависимости от основных загрязняющих компонентов.

Цианиды и роданиды	Хлорирование; озонирование, вакуумная отгонка; ионнообменный; биологический
Грубодисперсные примеси	Механическое отстаивание в хвостохранилище
Ионы тяжелых металлов	Осаждение; сорбция; цементация
Сульфаты, карбонатыи хлориды	Химическая очистка; электродиализ; гиперфильтрация; термическая дистилляция
Нефтепродукты	Механическое улавливание; химический с применением хлорного или сернокислого железа; электрофлотация; биологический
Фториды	Химический
Флотореагенты	Хлорирование, озонирование; саморазложение в водохранилище

Дезинфекция сточных вод перед выпуском в водоем после их очистки тем или иным способом производится для уничтожения патогенных микробов и исключения заражения водоемов этими микробами. Обеззараживание производится жидким хлором, хлорной известью, гипо-хлоритом кальция, озоном и др. Ориентировочный расход хлора для сточных вод, прошедших механическую очистку, - 30 г/м3; для прошедших биологическую очистку, - 10-15 г/м3. Хлорирование сточной жидкости производится в контактных резервуарах. Продолжительность контакта хлора с водой должна быть не менее 30 мин.

Выпуск - сооружение, предназначенное для сбрасывания очищенных сточных вод в водоем. Конструкция выпуска должна обеспечивать хорошее перемешивание с водой водоема. Выпуски бывают сосредоточенные, если очищенные воды выпускаются в водоем через одно отверстие, и рассеивающие, если имеется несколько выпускных отверстий.

7. Защита людей при чрезвычайных ситуациях

Использование горных выработок в качестве защитных сооружений при чрезвычайных ситуациях.

Для защиты населения и материальных ценностей от оружия массового поражения могут быть использованы не только специально построенные укрытия и убежища, но и естественные, и искусственные полости в земных недрах: пещеры, тоннели, штольни, горные выработки шахт, глубокие карьеры, катакомбы и т.д.

Горные выработки обладают высокими защитными свойствами. Они надёжно защищают от проникающей радиации и светового излучения, ослабляют ударную волну, обеспечивают очистку воздуха от радиационной пыли. Особенно удобны для приспособления под защитные сооружения штольни, наклонные стволы (углы наклона до 18°) , выработки околоствольного двора, полевые штреки, квершлаги, выемочные камеры на соляных и рудных шахтах.

Подземные горные выработки, используемые для устройства защитных сооружений, должны отвечать следующим условиям:

минимальные размеры поперечного сечения выработки должны быть не менее 1.8 м по высоте и 2 м по ширине;

форма поперечного сечения выработки может быть любая, но наиболее предпочтительны сводчатая или арочная, как наиболее устойчивые;

наклон выработки должен быть не более 18°, однако предпочтение следует отдавать горизонтальным выработкам;

выработка должна быть пройдена в устойчивых нетрещиноватых породах;

крепь выработки может быть бетонной монолитной, из сборного железобетона, металлической с железобетонной затяжкой;

выработка должна быть сухой и незатапливаемой даже при перекрытых водоотливных канавках в условиях герметизации убежища.

Для исключения возможности затопления убежища шахтной водой в случае остановки водоотлива или внезапного поступления воды в шахту, выработка, используемая для устройства защитного сооружения, должна находиться на верхнем горизонте или выше отметки почвы выработок околоствольного двора. В этом случае выработки нижнего горизонта служат в качестве накопителя шахтного притока.

Кроме того, при выборе выработки для сооружения защитного убежища необходимо иметь ввиду, что в выработку могут поступать газы (метан, углекислый газ, оксид углерода), выделяющиеся из вмещающих пород и отработанной части шахты.

Это может привести к загазированию убежища даже при полной герметизации и перевода его на автономную вентиляцию.

Укрытия, сооружаемые в горных выработках, не должны располагаться далеко от штолен, шурфов и стволов, оборудованных лестничными отделениями. Вместе с тем, если наклонные стволы и штольни оборудуются как противорадиационные укрытия, люди должны размещаться от выхода выработки на дневную поверхность на расстоянии не менее Z=10S1/2, где S -площадь поперечного сечения входной выработки, м2.

Пропускная способность подходных к защитному сооружению выработок при пешем передвижении определяется по формуле П=П0b, где П0 - пропускная способность выработки на 1 м ширины прохода, чел.; b - ширина прохода, оборудованного для передвижения людей, м. В зависимости от угла наклона выработки принимаются следующие значения П0:

Угол наклона до 7° 7-15° до 30°

П0 , человек в мин. 80 60 40

Приспосабливая горные выработки под защитные сооружения, необходимо иметь ввиду характерные свойства поражающих факторов при чрезвычайных ситуациях.

Воздушная ударная волна, возникающая при ядерном взрыве или взрыве обычных боеприпасов, порождает волны сжатия в грунте, которые однако не достигают горных выработок, находящихся на глубине нескольких десятков или сотен метров от поверхности. Но ударная волна способна затекать внутрь выработок, выходящих на дневную поверхность. На снижение давления в воздушной ударной волне затекания влияет ориентация входа в выработку относительно направления на центр взрыва, надшахтное здание, технологическое оборудование, находящееся в выработках, размеры поперечного сечения и длина выработок по пути движения ударной волны, наличие ответвлений, поворотов и расширений в выработке и т.д. Все эти факторы в совокупности могут ослабить воздушную ударную волну затекания до 50 - 80%.

Световое излучение ядерного взрыва непосредственно на горные выработки не воздействует, но может вызвать пожары на поверхности. Дымовые газы и пламя горящих объектов на поверхности могут быть затянуты в горные выработки и это обстоятельство должно учитываться при проектировании защитных сооружений.

Проникающая радиация полностью поглощается толщей пород и не влияет на укрываемых в горных выработках.

При заражении территории объектов радиоактивными и отравляющими веществами возможно попадание их в подземные выработки с воздухом, поэтому защитные сооружения должны оснащаться автономными фильтровентиляционными установками.

Электромагнитные импульсы ядерного взрыва непосредственно в горные выработки не проникают, однако создаваемые ими импульсные токи могут проникать в подземные выработки по кабельным линиям, трубопроводам, рельсовым путям и т.п. и вызывать поражения людей, инициировать взрывы газов и пожары, повреждать электрооборудование, средства связи и управления. Для защиты от электромагнитного импульса на кабельных линиях и трубопроводах у входов в горные выработки должны устанавливаться защитные устройства.

На шахтах с вертикальными стволами для укрытия трудящихся шахты, работающих на поверхностном комплексе, целесообразно сооружать поверхностные убежища, а для подземного персонала - приспосабливать для этих целей горные выработки. При небольшой глубине шахты (не более 100 м) поверхностное и подземное защитные сооружения могут быть соединены шурфом. Такое совмещённое убежище позволяет укрыть за меньшее время большее количество людей.

Горные выработки могут быть использованы для сооружения убежищ, противорадиационных и противохимических укрытий, хранилищ для размещения резервов продовольственных и материально-технических ресурсов .

Вместимость защитных сооружений определяется с учётом численности и контингента укрываемых, наличия пригодных выработок и ряда других факторов.

Размеры подземного защитного сооружения для размещения людей должны определяться из расчёта 1 м2 площади почвы (пола) выработки на 1-го человека. Норма увеличивается до 6 м2, если имеется опасность поступления заражённого воздуха. Выработка должна быть оборудована местами для сидения и лежания размерами соответственно 0.60x0.45 и 0.55x1.8 м. Число мест должно соответствовать общей численности укрываемых, в т.ч. мест для лежания 25% от общей их численности.

Защита от ударной волны затекания при оборудовании убежищ в горных выработках достигается устройством защитно-герметичных перемычек, которые врубаются в породы по периметру сечения выработки. Эти перемычки рассчитываются на давление во фронте ударной волны затекания.

Для пропуска людей и транспорта в действующих шахтах в перемычках устраивают защитно-герметичные двери.

В выработке, приспособленной для убежища, должны размещаться санузел, баки или вагонетки для питьевой воды (из расчёта 3 л/чел, сут.), пункту управления и связи, медицинский пункт, фильтровентиляционная камера.

Освещение убежища осуществляется от общешахтной осветительной сети, от аккумуляторных электровозных батарей либо с помощью головных индивидуальных светильников. Не допускается применять светильники с открытым пламенем.

В защитном сооружении целесообразно иметь сигнализаторы метана, оксида углерода и другие приборы контроля состояния атмосферы.

Участки выработок в пределах убежища оборудуют средствами пожаротушения из расчёта один огнетушитель и ящик с песком ёмкостью 0.2 м3 на каждые 100 м выработки.

Систему вентиляции для убежищ следует проектировать по режиму чистой вентиляции и фильтровентиляции. Количество воздуха, подаваемое системой вентиляции в убежище, должно обеспечивать требуемый состав воздуха (кислорода >19%, углекислого газа <1,5%) и удаление тепловыделений и влаги.

Чистая вентиляция убежищ проектируется с использованием естественной тяги или с принудительным побуждением. В горных выработках шахт, не выделяющих взрывоопасных и вредных для дыхания людей газов, естественная вентиляция возможна при любом направлении естественной тяги. В противном случае естественная вентиляция убежищ может быть использована только при однозначном направлении естественной тяги в зимнее и летнее время года, совпадающим с направлением движения воздуха в выработках при промышленной вентиляции.

Для принудительной вентиляции убежищ используются вентиляторы с электроручным и электрическими приводами.

Для очистки воздуха от радиационной пыли и отравляющих веществ применяется фильтровентиляция, которая должна обеспечивать в защитном сооружении подпор воздуха не менее 1 мм водяного столба при максимальной депрессии естественной тяги на горизонте убежища.

Вывод укрываемых на поверхность осуществляется с помощью подъёмных установок, если они не разрушены, а также пешим порядком по штольням, лестничным отделениям и ходкам вертикальных и наклонных стволов и шурфов.

Некоторые горные выработки шахты «Большевик» подходит для организации в них укрытий при чрезвычайных ситуациях. Шахтное поле вскрыто наклонными стволами - это облегчает вывод пешим порядком людей из убежища при остановленных средствах транспортировки (отключение электроэнергии, поломка).

Для сооружения защитных укрытий лучше всего подойдут такие выработки как: конвейерный штрек пласта 30; конвейерный штрек пласта 29а; фланговый конвейерный штрек пласта 29; фланговый уклон; фланговый конвейерный уклон; вентиляционный штрек 30-52-1. Все выше перечисленные выработки капитальные, арочной формы. Крепи выработок бетонные монолитные, либо металлические с железобетонной стяжкой. Сечение выработок в свет 16,7 м2 и более, наклон данных выработок колеблется от 2 до 15 градусов.

Исходя из этого можно сделать вывод о том, что поле шахты «Большевик» пригодно для создания защитных сооружений при чрезвычайных ситуациях.

8. Специальная часть

Математические модели аккумуляторных источников питания и их применение при проектировании систем автоматического регулирования

Существенной особенностью угледобывающей отрасли как потребителя энергии, в силу специфики горно-геологических условий и технических процессов, является большой объем применения разнообразного электрооборудования с автономными аккумуляторными источниками питания на базе химических источников тока (ХИТ) различных типов и электрохимических систем. Это в сочетании с неуклонным ростом потребности в ХИТ не только в горной, но и в других отраслях народного хозяйства, оборонной и космической технике, а также требованиям к повышению их эксплуатационных характеристик, в том числе надежности и срока службы, ставит проблему совершенствования конструкции самих ХИТ и создания высокоэффективных методов и технических средств их испытания и эксплуатации в ряд актуальных на данном этапе развития науки и техники.

Горная промышленность является одним из наиболее мощных потребителей аккумуляторных источников питания (АИП), а их эксплуатация характеризуется непрерывным усложнением как внешних условий (увеличение температуры окружающей среды, газовыделения, пылеобразования), так и ростом токовых нагрузок. В результате этого существенно возрастает интенсивность эксплуатации систем электрооборудования с АИП и, как следствие, увеличивается объем неисправностей, что требует глубокого анализа причин их возникновения и разработки методов повышения эксплуатационной надежности.

Рассмотрение методов совершенствования эксплуатации объектов с АИП на примере шахтного электрооборудования является достаточно общим, поэтому полученные результаты могут быть использованы для широкого круга объектов другого назначения, а также будут стимулировать работы в общем направлении.

Наибольшую сложность для анализа представляет задача идентификации АИП с целью получения достаточно универсальных, наглядных и простых математических моделей электрических и надежностных характеристик для оценивания и прогнозирования их свойств в процессе эксплуатации.

До настоящего времени методы построения математических моделей ХИТ не имели строгого научного обоснования, а как объекты управления АИП изучены далеко недостаточно. Из множества причин сложившейся ситуации можно выделить:

отсутствие единой общепринятой электрической схемы замещения АИП;

сложные зависимости параметров схем замещения от большой совокупности одновременно действующих факторов, например, технологии изготовления, степени заряженности, температуры окружающей среды, количества зарядно-разрядных циклов (возраста), характера нагрузки и др.;

-сложность математического описания электрохимических процессов в реальных аккумуляторах из-за недостатка информации о внутренних связях и величинах параметров, которые имеют малые значения, являются функциями времени и физического состояния аккумулятора и не поддаются непосредственным измерениям;

-недостаточная точность разработанных методов и технических средств измерения.

Таким образом, характеристики АИП являются сложными функциями времени и эксплуатационных ситуаций. Поэтому получить детерминированную математическую модель для оценки эксплуатационных свойств АИП не представляется возможным. С учетом сказанного наиболее приемлемым представляется путь вероятностно-статического моделирования на базе комбинированных методов, основанных на совместном использовании аналитических методов и результатов натурных экспериментов.

.1 Основные положения моделирования эксплуатационных характеристик АИП как объекта исследования

Наиболее точное представление об эксплуатационных свойствах АИП могут дать аналитические выражения характеристик, построенные на основе статистической обработки достаточного количества их конкретных реализаций, полученных для различных батарей при неодинаковых условиях и интенсивности эксплуатации. Основные параметры батарей, являясь функциями времени, одновременно являются функциями многих других факторов, которые в конкретных ситуациях, носят стохастический характер.

Важнейшей задачей, возникающей при создании новых технических средств эксплуатации АИП, к которым относятся зарядные и разрядно-зарядные устройства, средства контроля и защиты от недопустимых режимов работы, технология и комплекс оборудования для ТО и ремонта, является изучение и математическое описание основных эксплуатационных (электрических, энергетических и надежностных) характеристик АИП. Это обеспечит возможность оценивать и прогнозировать эксплуатационные свойства и режимы функционирования АИП и соответствующего электрооборудования в различных производственных ситуациях, характеризуемых множеством возможных состояний.

В процессе эксплуатационных зарядов и разрядов батарей на характеристиках, выражающих зависимости во времени напряжения и тока , можно выделить два характерных режима: 1) коммутационный; 2)собственно заряд - разряд. Коммутационный режим имеет место в момент подключения (отключения) батарей к нагрузке или зарядному устройству, а также при чередовании импульсов зарядного и разрядного токов и пауз при дискретном способе заряда и фактическом разряде. Переходные процессы, возникающие при этом, характеризуются быстрым нарастанием и спаданием токов и напряжений. Второй режим в пассивном варианте соответствует наличию во внешней замкнутой цепи АИП постоянной по величине нагрузки, обеспечиваемой разрядным устройством, или источника выпрямленного напряжения (зарядного устройства). Переходные процессы в АИП в этом случае протекают медленно, характеризуются большими постоянными времени и могут рассматриваться как квазистационарные.

С целью упрощения идентификация разделена на этапы получения частных математических моделей, характеризующих поведение АИП на следующих интервалах времени:

. На интервале времени полного заряда (разряда) при заданном диапазоне изменения частоты токов (напряжений) заряда - разряда для целей синтеза электрической схемы замещения;

. На интервале, ограниченном временем протекания процесса поляризации в аккумуляторах 1c≤t≤300с - для синтеза дискретных САР режимов заряда - разряда;

. На интервале, ограниченном временем регулирования САР режимов функционирования АИП как объекта автоматического управления 0≤t≤1c - для синтеза САР непрерывного действия;

. В квазистационарных процессах эксплуатационных зарядов и разрядов для оценивания и прогнозирования электрических и энергетических характеристик;

. На протяжении жизненного цикла для оценивания и прогнозирования эксплуатационной надежности, технического состояния и остаточного ресурса.

Быстро протекающие переходные процессы характеризуют динамические свойства АИП как звена замкнутых систем автоматического регулирования режимов и приобретают особое значение при исследовании и идентификации дискретных (релейных, импульсных и релейно-импульсных) режимов заряда и разряда с целью синтеза технических средств эксплуатации батарей.

В настоящее время известно несколько методов определения динамических характеристик объектов. Наиболее простым является метод искусственного воздействия на объект непериодическим скачкообразным сигналом, мощность которого велика по сравнению с уровнем помех. По экспериментальной временной характеристике находятся параметры, определяющие динамические свойства объекта.

При нахождении составляющих внутреннего сопротивления АИП наиболее приемлемыми являются методы, основанные на использовании их экспериментальных переходных и частотных характеристик. В этом случае определение параметров АИП как объекта автоматического управления целесообразно осуществлять по экспериментальным кривым тока и напряжения при включении батареи на разрядное сопротивление или по частотным характеристикам, построенным по осциллограммам переменных составляющих напряжения и тока заряда.

Примеры реализаций временных характеристик герметичных батарей ЗНКГК-11Д приведены на рис. 8.1 а, б. Полученные таким образом временные характеристики, соответствующие различным начальным условиям (степени заряженности, температуре, величине тока и др.), позволяют с достаточной точностью определить динамические параметры исследуемых батарей.

В общем случае математическая модель АИП должна с заданной точностью воспроизводить динамические характеристики в широком диапазоне изменения внешних условий и одновременно нести смысловую информацию, хотя бы на уровне аналогий, о моделируемых физико-химических процессах.

При исследовании электрических процессов заряда (разряда) АИП обычно не требуется глубокого анализа химических реакций, что дает возможность выделить эти процессы и рассматривать АИП как некоторый электрический аппарат, содержащий различные элементы электрической цепи, соединенные по определенной схеме. Эти элементы имеют параметры, обеспечивающие реальные электрические свойства АИП и позволяют представить их в виде схемы замещения.

Аккумулятор, схематично представленный на рис. 8.2, представляет собой набор находящихся в электролите в плотной сборке электродов, активная часть которых (la) погружена в электролит, пассивная (lп) включает межэлементные и внешние соединения. В активной части аккумулятора ток замыкается через электроды и электролит, распределяясь по ее длине неравномерно i1-in с уменьшением плотности по мере удаления от головной части. Если выделить участок dl бесконечно малой длины, удаленной на расстояние l от начала активной части, то напряжения и токи на его концах будут различны. Разность напряжений Δuni обусловлена падением напряжения в сопротивлении электродов и возникновением ЭДС само- и взаимоиндукции в них. Токи отличаются из-за существующих в электролите токов проводимости и токов смещения, зависящих от емкости между электродами. Неравномерность распределения потенциального и токового полей по толщине и высоте пористых электродов подтверждена экспериментально.

Рис.8.1 Представление электрических процессов в аккумуляторе

.2 Электрические схемы замещения аккумуляторных источников питания

.2.1 Схемы замещения АИП как цепи с распределенными параметрами

Подход к рассмотрению быстропротекающих процессов АИП, изложенный выше, дает основание считать, что активная часть аккумулятора представляет собой цепь, обладающую всеми типовыми параметрами: активным сопротивлением R, проводимостью G, индуктивностью L и емкостью С. При этом параметры распределены вдоль длины участка lа. Первичные параметры цепи R0, G0, L0, C0 (отнесенные к единице длины участка) неодинаковы в различных точках участка, что объясняется неоднородностью плотности электролита и состава активной массы электродов. Усреднив эти параметры, можно представить активный участок аккумулятора как однородную цепь с распределенными по длине параметрами.

Пассивный участок аккумулятора обладает параметрами Rn и Ln. Точками утечки и смещения между соединениями ввиду их малости, здесь можно пренебречь и представить этот участок в схеме замещения в виде сосредоточенных Rn и Ln, включенных последовательно с активной частью.

При изменении степени заряжекности аккумулятора изменяется химический состав активной массы электродов (а в ряде случаев и электролита), поэтому первичные параметры цепи с распределенными параметрами также будут изменяться. Но указанные изменения происходят медленно и, например, в течении одного периода зарядного напряжения параметры цепи остаются постоянными, поэтому схему замещения аккумулятора можно рассматривать как инерционную нелинейную электрическую цепь, описываемую системой линейных дифференциальных уравнений. Для математического описания электрических процессов в батарее, состоящей из последовательно соединенных аккумуляторов, можно также использовать схему замещения, полагая, что параметры всех аккумуляторов одинаковы.

Передаточная функция АИП, соответствующая указанной схеме, будет иметь вид:

(8.1)

где - соответственно волновое сопротивление и коэффициент распространения.

При анализе свойств АИП целесообразно пользоваться значениями полных параметров активной части схемы (рис.8.3)

Ra=Rola, La=Lola, Ga=Gola, Ca=Cola, (8.2)

тогда выражение (8.1) преобразуется к виду:

(8.3)

где .

Накопленную в АИП энергию можно представить как энергию электромагнитного поля, запасенную в отдельных элементах схемы: энергию электрического поля в эквивалентной емкости, энергию магнитного поля в эквивалентной индуктивности.

.2.2 Упрощенные схемы замещения АИП как цепи с распределенными параметрами

Исключив из схемы замещения сопротивление и индуктивность пассивной части АИП, значения которых существенно меньше значений этих же параметров активной части, схему замещения можно преобразовать, а передаточную функцию представить уравнением вида:

(8.4)

Таким образом, используя методы эквивалентных преобразований электрических цепей, можно получить различные варианты схем замещения, обладающих близкими характеристиками. Передаточная функция цепных схем замещения, в отличии от цепи с распределенными параметрами, имеет вид не трансцендентной функции, а рациональной дроби, порядок которой равен числу четырёхполюсников, входящих в схему замещения.

(8.5)

8.2.3 Схемы замещения АИП как цепи с сосредоточенными параметрами

Общеизвестные упрощенные схемы замещения АИП позволяют исследовать только отдельные частные режимы АИП и не позволяют описать, например, явление саморазряда, а следовательно, вносят погрешность в расчеты энергетики АИП. Поэтому обобщенная схема замещения АИП должна приближаться по свойствам к схеме с распределенными параметрами как наиболее точной. Такую схему замещения с сосредоточенными параметрами можно синтезировать с использованием рассуждений относительно рис. 8.2. Накопленная в АИП энергия представляется как энергия, запасенная в эквивалентной емкости, являющейся основным элементом схемы замещения.

При заряде АИП происходит преобразование энергии электромагнитного поля в энергию химических реакций, сопровождающееся потерями на нагрев электродов и электролита, которые можно представить как потери в некотором сопротивлении заряда Rз, включенном последовательно с эквивалентной емкостью С. Ток заряда емкости создает магнитное поле, обусловленное наличием индуктивности цепи заряда Lз. Разряд отключенного от источника заряда АИП представлен как разряд емкости на сопротивление утечки Rу.

Приведенная схема замещения (рис. 8.6, в) позволяет исследовать процессы как в отдельном аккумуляторе, так и в батарее в целом, а в отдельных случаях при рассмотрении частных режимов может быть упрощена.

Передаточные функции характеризуются выражением:

(8.6)

коэффициенты которого, например, для схемы (рис.8.6,в) соответственно равны:

Рис. 8.2 Варианты упрощенных схем замещения АИП как цепи с сосредоточенными параметрами с учетом индуктивности

Например, при создании дискретных систем заряда для герметичных АИП малой и средней емкости вполне достаточным является рассмотрение их динамических свойств на интервале времени 300 сек. В этом случае при построении математической модели АИП можно использовать упрощенную схему замещения (рис. 8.5, в), для которой система исходных уравнений выразиться:

(8.7)

где постоянная времени к-й цепи;

- соответственно сопротивления к-й цепи и цепи утечки и саморазряда;

- напряжения на параллельных цепях и ток утечки.

В процессе заряда конденсаторов С1, С2, ..., Сп напряжение на них от не нулевых начальных значений, равных е1н, е2н,…, eпн экспоненциально возрастает до уровней е1, е2,…, eп. Причем в цепях с меньшей постоянной времени нарастание происходит быстрее и до большего уровня, поэтому к моменту окончания зарядного импульса указанные напряжения оказываются разными по величине.

В режиме паузы при отключении U , ток i мгновенно становится равным нулю, а U=U'. Конденсаторы С1, С2, ..., Сп начинают разряжаться на Rу и их напряжение стремится выравниваться.

В ряде случаев, например, при синтезе и анализе зарядных и зарядно-разрядных систем на базе тиристорных преобразователей представляет интерес поведение АИП на ограниченном интервале времени 0≤t<1с. При этом можно допустить, что параметры отдельных аккумуляторов и батареи в целом, являющейся в указанных системах объектом автоматического управления, за время переходного процесса в САР, вызванного подачей на вход единичного или ступенчатого воздействия, практически остаются постоянными для конкретных уровней тока заряда-разряда и степени заряженности. Тогда, при построении математической модели можно использовать схемы замещения аккумуляторов (рис. 8.6, а, б), электрические процессы в которых описываются системой уравнений:

(8.8)

где из, ис - соответственно напряжение заряда и на внутреннем контуре АИП;

L0, r0 - индуктивность и активное сопротивление АИП;

iз, iс, in - соответственно токи заряда и внутреннего контура в цепях конденсатора и источника ЭДС Е;

Е0 - напряжение АИП в момент включения его на заряд;

Сn, rn - емкость и сопротивление поляризации электродов.

При математическом описании работы систем электрооборудования с АИП на большом интервале времени начинают сказываться электрохимические процессы, приводящие к существенному изменению параметров АИП, что необходимо учитывать как в переходных, так и в квазиустановившихся режимах.

.3 Характеристики герметичных аккумуляторных источников питания как объектов автоматического управления

В рамках поставленной задачи представляется целесообразным при построении динамических моделей АИП использовать экспериментальные переходные характеристики, полученные при подаче на их вход импульсного или ступенчатого воздействия. Выше показано, что при изучении динамических свойств АИП малой емкости (Qн≤30 А·ч) можно принять число элементарных цепей в схеме замещения конечным и пренебречь их индуктивным сопротивлением. Тогда АИП будет представлен упрощенной схемой замещения с ограниченным числом параллельных цепей, а переходные характеристики напряжения и тока в режимах зарядного импульса и следующей за ним паузы опишутся уравнениями.

(8.9)

(8.10)

(8.11)

где uи, uп - текущие значения напряжения на выводах АИП соответственно при наличии импульса зарядного тока и в паузе;

Е - установившееся значение напряжения АИП (напряжение на его выводах в момент окончания паузы);

ΔUои - падение напряжения на внутреннем омическом сопротивлении АИП в момент подачи зарядного импульса;

Δuпи, Δuпп - текущие значения падения напряжения поляризации АИП в импульсе и в паузе;

i, Δi - текущие значения тока заряда и его отклонения от конечной величины Iк в момент прекращения импульса.

Заменив текущие значения Δuпи, Δuпп соответственно их предельным значениям ΔUпи, ΔUпп с учетом выражений

(8.12)

получим уравнение баланса предельных значений напряжений в начале и конце зарядного импульса

(8.13)

где Iн, Iк - значения тока в начале и конце импульса;

R0 - внутреннее омическое сопротивление.

Из (8.13) по одному из предельных значений ΔU можно выразить другое, например:

(8.14)

Переходные процессы в схеме замещения (рис. 8.7) в режиме существования зарядного импульса при подаче на АИП напряжения записываются системой уравнений:

(8.15)

где е1н(р) - епн(р) - изображения напряжений на емкостях С1, С2, ..., Сп, значения которых можно принять одинаковыми Ен=е1н(р)=…=епн(р), если началу переходного предшествовал установившийся процесс.

Рис. 8.3 Упрощенная схема замещения АИП малой ёмкости

Рис.8.4 Переходные характеристики напряжения и тока в режимах зарядного импульса и паузы

Для описания процессов в АИП в режиме паузы необходимо в (8.15) принять i(p)=0, а в режиме разряда принять u(р)=0 и заменить R0 на R0+ Rн (где Rн - сопротивление внешней цепи АИП).

Модели процессов (8.3) соответствует структура (рис. 8.4), которая состоит из двух групп параллельно соединенных звеньев.

Звено с передаточной функцией характеризует проводимость цепи утечки АИП, а инерционные дифференцирующие звенья с передаточными функциями:

(8.16)

где КI -передаточный коэффициент, Ом-1;

Tj - постоянная времени процессов в j -м слое, с;

aj - весовой коэффициент, отражающий долевое значение тока j-го слоя в общем токе, характеризуют инерционность АИП в период существования зарядного импульса. Коэффициент веса характеризуется соотношением

Вторая группа звеньев, включающая безынерционное звено с передаточной функцией W0(p)=R0 и инерционные звенья с передаточными функциями (8.5) характеризует соответственно падение напряжения на внутреннем сопротивлении R0 и инерционность АИП в периоды пауз.

(8.17)

где KU -передаточный коэффициент, Ом-1;

ai - весовой коэффициент, отражающий долевое значение i-й составляющей в общем падении напряжения

- постоянная времени составляющей падения напряжения поляризации в i-м слое, с,

Цепь обратной связи по емкости АИП включат интегратор тока с передаточной функцией Wu(p)=1/р, сумматор начальной (Q) и сообщаемой ΔQ емкостей, а также функциональный преобразователь E=f(Q, t), отражающий зависимость E от фактической степени заряженности АИП. При рассмотрении процессов на участке времени t≤300с можно принять значение E=const, и всю эту цепь заменить независимым воздействием E(р), что позволит упростить структуру модели.

Модель (рис. 8.6) позволяет путем переключения контактов КП 1-КП 3 имитировать режимы заряда (КП 1 - замкнут, КП 2 и КП 3 - разомкнут) и режимы паузы (состояние контактов - обратное указанному). В первом случае U(p) от источника подается на вход системы, а на ее выходе имеются сигналы i(р) и и(р), пропорциональные току и напряжению заряда. Во втором случае ток становится равным нулю, а напряжение и(р) сначала скачком снижается на величину падения напряжения на R0, а затем - плавно за счет деполяризации АИП. В режиме паузы группа дифференцирующих звеньев охватывается жесткой отрицательной обратной связью с передаточным коэффициентом Kг, что обеспечивает быстрое снижение сигнала на их выходе и подготовку системы к последующему режиму заряда.

Исходные данные для построения модели получены путем дозированного заряда батарей ЗНКГК-11Д, 10НКГК-11Д, ЗНКГК-11Д, ЗНКГК-ЗС, ЗД-0,55 и отдельных аккумуляторов НКГК-11Д при различных степенях их заряженности 0,25; 0,50; 0,625; 0,75 и 1,00. При обработке экспериментальных данных определялись значения: Е, R0, Iн, Iк, максимального падения напряжения поляризации при зарядном импульсе и в паузе ΔUnn, а также необходимое и достаточное (в смысле обеспечения допустимой погрешности) количество параллельных звеньев в структуре модели АИП, их передаточные коэффициенты КI, КU, постоянные времени Tj, Ti и весовые коэффициенты aj, ai.

Для определения основных параметров математической модели Е, ΔUnn и ΔI получены по методике, изложенной ниже, на основе статистических данных (около 450 реализаций) эмпирические выражения

В (8.18)

В (8.19)

(8.20)

где q=1-Q/Qн - степень недозаряженности АИП;

t - текущее время с момента начала паузы;

п - число аккумуляторов в батарее;

β - коэффициент, зависящий от длительности зарядного импульса, предшествующего рассматриваемой паузе и определяемый по графику (рис. 8.10);

U - напряжение заряда, подаваемое на выходе АИП;

ΔI=Iн-Iк - разность начального и конечного тока в импульсе.

При вычислении Е в момент начала паузы по (8.18) необходимо вместо t=0 принять достаточно малое, но не нулевое значение времени, например, t=0.01. Вычисление ΔUnn осуществляется по выражению (8.14) с учетом (8.19) и зависимостей R0=f(Q/Qн), β=f(τи) (рис.8.10 и 8.11).

Проверка адекватности полученной модели выполнена методом статической оценки остаточных дисперсий между экспериментальными (около 200 реализаций) и расчетными значениями токов и напряжений. При этом установлено, что для обеспечения точности аппроксимации в пределах ±(5-10)% от абсолютных значений моделируемых параметров в структуре модели достаточно ограничиться тремя параллельно включенными звеньями (8.16), (8.17). Тогда текущие значения падения напряжения поляризации в паузе при снятии зарядного импульса и зарядного тока в импульсе при ступенчатом увеличении напряжения заряда соответственно определяются по выражениям

В (8.21)

А (8.22)

где с; с; с;

Рис. 8.5 Зависимость коэффициента β от длительности зарядного импульса τн

Рис. 8.6 Зависимости внутреннего сопротивления АИП от степени их заряженности

Используя выражения (8.18)-(8.22) и задаваясь значениями тока или напряжения заряда, можно по выражениям (8.9) и (8.11) рассчитать переходные характеристики АИП ин=f(I, t) и iн=f(U, t). При этом необходимо иметь ввиду, что

(8.23)

где Ен - напряжение разомкнутого АИП в начале импульса тока.

Переходную характеристику ин=f(i, t) при i≠const удобнее получать путем аналогового моделирования или методами теории автоматического регулирования с использованием структуры (рис.8.9). Сопротивление цепи утечки находится по выражению:

Ом, (8.24)

полученному из условия, что ток утечки Iy=U/Ry принимается численно равным (0,02-0,03)Qн.

Заключение

В разделе «Технология и комплексная механизация» приведены данные о геологической обстановке проектируемой шахты, выбрано основное оборудование добычного участка, определена нагрузка на очистной забой и произведена проверка по фактору проветривания.

В разделе «Экономика горного предприятия» рассчитана себестоимость одной тонны угля по участку, определены показатели эффективности труда.

В разделе «Электроснабжение шахты» разработана схема электроснабжения шахты (района «Есаульский 3-4»), выбрано высоковольтное оборудование главной понизительной подстанции, подземное оборудование, рассчитаны токи короткого замыкания и т. д.

В разделе «Электроснабжение участка» выбрано электромеханическое оборудование очистного участка, рассчитана низковольтная сеть участка, определенна газовая защита, определены основные экономические показатели.

В разделе «Охрана труда» приведены правила поведения людей при возможных аварийных ситуациях на шахте, рассмотрен вопрос техники безопасности при эксплуатации конвейерного транспорта.

В разделе «Охрана окружающей среды» выбраны мероприятия по очистке сточных вод на шахте ОАО «Шахта «Большевик».

В разделе «Защита людей при ЧС» определены горные выработки ОАО «Шахта «Большевик» подходящие для использования в качестве защитных сооружений при чрезвычайных ситуациях. В специальной части дипломного проекта рассмотрена тема «Математические модели аккумуляторных источников питания и их применение при проектировании систем автоматического регулирования». Приведены основные положения моделирования эксплуатационных характеристик аккумуляторных источников питания, представлены электрические схемы замещения.

Список использованных источников

1. Справочник по проектированию электроснабжения. Под редакцией В.И. Круповича, Ю.Г. Барыбина, М.Л. Самовеа. - 3-е изд., перераб. И доп. - М. Энергия, 1980.

. Правила устройства электроустановок. - М.: Энергоатомиздат, 1985.

3. Самохин Ф.И., Маврицин А.М., Бухтояров В.Ф. Электрооборудование и электроснабжение открытых горных работ. - М.: Недра, 1988.

4. Правила безопасности в угольных и сланцевых шахтах. -М.: Недра, 1986. -447 с.

5. Справочник по электроустановкам угольных предприятий. Электроустановки угольных шахт: Справочник/ В. Ф. Антонов, Ш. Ш. Ахмедов, С. А. Волотковский и др. Под общей ред. В. В. Дегтярева, В. И. Серова, Г.Ю. Цепелинского - М.: Недра, 1988. - 727 с: ил.

. Электрооборудование и электроснабжение участка шахты. Справочник/ Р.Г. Беккер, В. В. Дегтярев, Л. В. Седаков и др. - М.: Недра, 1983. - 503 с.

. Дзюбан В. С, Риман А. Я., Маслий А. К. Справочник энергетика угольной шахты. - М.: Недра, 1983. - 542 с.

. Рожкова Л. Д., Козулин В. С. Электрооборудование станций и подстанций. Уч. для техникумов 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 648 с.: ил.

9. Безопасность жизнедеятельности при чрезвычайных ситуациях: Учеб. пособие / В.П. Лавцевич, З.М. Гусева, Г.М. Кабанова и др., / Под ред. В.П. Лавцевича.- СибГИУ.- Новокузнецк, 1999.- 291 с.

10. Руденко К. Г., Шемаханов М. М. Обезвоживание и пылеулавливание. Учебник для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. М., Недра, 1981, 350 с.

. Батаногов А. П. Водовоздушное хозяйство обогатительных фабрик: Учебн. пособие для вузов. - М.: Недра, 1984, 295 с.

. Безопасность ведения горных работ и горноспасательное дело: Учеб. для вузов. / К.З. Ушаков, Н.О. Каледина, Б.Ф. Кирин и др.; Под общ. ред. К.З. Ушакова. - 2-е изд., стер. - М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2002. - 487 с: ил.

. Пугачев ЕВ. Аккумуляторные источники питания: математические модели, характеристики. - Кемерово: Издательство Кузбасского государственного технического университета, 1999 , - 248 с. ISBN 5-89070-118-5.

Автоматизация производственных процессов в условиях ОАО 'Шахта 'Большевик'