Электромагнитные поля в забоях угольных шахт

Г.И. Разгильдеев, А.А. Шевченко

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПОЛЯ В ЗАБОЯХ УГОЛЬНЫХ ШАХТ

Проведен анализ отказов электрооборудования в очистных и подготовительных забоях угольных шахт, влияния электромагнитных и магнитных полей на электрооборудование и организм человека.

Ключевые слова: электрические и магнитные поля, угольные шахты, очистные и подготовительные забои.

~П последние 15-20 лет в нашей стране произошли важные

-Я-М изменения при подземной добыче угля, результатом которых стал существенный рост производительности труда и уровня добычи полезного ископаемого из одного забоя. На шахтах Кузбасса в 2007 г. было добыто 81,26 млн. т угля.

Такие результаты достигнуты за счет высокой энергетической насыщенности забойных выемочных и транспортных машин. Вместе с тем, рост единичной и суммарной установленной электрической мощности оборудования привел к возникновению ряда проблем.

Одной из них является вероятное появление электрических и магнитных полей, возникающих при работе крупных электромашин. Влияние этих полей на организм работающих в непосредственной близости от источника излучения людей, представляется важным вопросом для изучения.

Отметим, что в отраслях, где применяются генераторы мощных электромагнитных полей, а именно: радиолокация, радио- и телевещание, такие исследования проводились, были получены определенные результаты и разработаны соответствующие правила и инструкции. В электроэнергетике исследовались уровни электрических и магнитных полей, возникающих при работе линий электропередач с различными значениями номинального напряжения и оборудования подстанций, и также были разработаны нормативные документы, регламентирующие допустимые напряженности этих полей.

В угольной отрасли подобные исследования не проводились. Такое положение сложилось в результате того, что на протяжении длительного времени мощность электрических двигателей забой-

ных машин была относительно небольшой, а удельная мощность на единицу площади забоя невысокой.

Условно можно выделить три этапа технического перевооружения угольной промышленности, направленных на механизацию основных процессов добычи угля в очистных забоях и сопровождающихся, следовательно, увеличением энергонасыщенности забойных машин.

На первом этапе механизации добычи угля широкое применение получили врубовые машины, мощность электродвигателей которых не превышала 25-35 кВт, а двигателей сначала качающихся и затем скребковых конвейеров 15-20 кВт. При средней длине очистного забоя 80-120 м и ширине призабойного пространства при креплении деревом 2,5-3,2 м удельная электрическая мощность составляла 0,104-0,275 кВт/м2. Если принять во внимание, что зарубка забоя врубмашиной и навалоотбойка производились не одновременно, то удельная мощность на единицу площади забоя была почти в два раза меньше.

На шахтах, разрабатывающих наклонные и крутопадающие пласты, в забоях, кроме электросверл мощностью 1,2 кВт, никаких машин не было, и там вопрос об электромагнитной совместимости не стоял и не стоит вообще.

Появление комбайнов типа "Донбасс" и аналогичных ему широкозахватных машин и забойных конвейеров привело к увеличению мощности одновременно работающих электродвигателей в очистном забое до 120-140 кВт, а удельной мощности до 0,31-0,7 кВт/м2.

Можно считать, что с применением на шахтах к началу 60-х годов широкозахватных очистных комбайнов завершился первый этап технического перевооружения угольной промышленности в области механизации основных процессов добычи угля.

В конце 50-х и в начале 60-х годов начали применять узкозахватную выемку (с шириной захвата 0,63-0,8 м). Этот период можно отнести ко второму этапу развития механизации очистных забоев. Одним из таких комбайнов, применяемых на шахтах Кузбасса, стал К-52 с мощностью электродвигателей 120 кВт. В это же время появляются передвижные конвейеры СП - 202 мощностью 2х55 кВт и СП-87 мощностью 110 кВ, не требующие ручного труда при перемещении на новую дорожку, благодаря чему сократились затраты времени на эту операцию и трудоёмкость. Для крепления и

управления кровлей стали применять индивидуальную металлическую крепь.

Подлинный переворот в механизации работ в очистных забоях совершился в 60-х годах с появлением на шахтах механизированных комплексов. Они включали в себя узкозахватный комбайн, передвижной забойный конвейер, передвижную гидрофицированную крепь, крепь сопряжения забоя со штреками, дробилку и перегружатель. Этот этап является крупнейшим качественным сдвигом в технологии угледобычи.

В настоящее время применяются узкозахватные комбайны, отличающиеся высокой производительностью, и, как следствие, большой электрической мощностью, например, очистной комбайн "Кузбасс-500" с суммарной мощностью 635 кВт (два двигателя по 250 и три по 45 кВт) с перспективой увеличения мощности до 780 кВт (два двигателя по 315 кВт плюс остальная нагрузка 150 кВт). Существенно возросли и мощности конвейеров, например, конвейер "Анжера - 30" с мощностью 750 кВт (три двигателя по 250 кВт) или 945 кВт (три двигателя по 315 кВт). Используются дробилки ДР-1000Ю с двумя двигателями по 55 кВт и ДУ-910 с двигателем мощностью 110 или 160 кВт. Из перегружателей перспективным на ближайшие годы является ПСП-308 с двигателем 160 или 200 кВт.

Таким образом, можно проследить рост установленной электрической мощности оборудования очистных забоев угольных шахт (табл. 1).

Из табл. 1 видно, что установленная электрическая мощность оборудования очистного забоя возросла к настоящему времени по сравнению с начальным этапом механизации добычи угля более чем в 20 раз, а удельная мощность на один квадратный метр очистного забоя возросла до 10,8 кВт/ м 2 , то есть увеличилась по сравнению с первоначальным уровнем в 35 раз.

Анализ схем электроснабжения и применяемого горношахтного оборудования показал [1], что за последние 10-12 лет электрические нагрузки очистных забоев шахт выросли примерно в 1,5-1,7 раза. Нагрузки очистных забоев в пределах 900-1500 кВт составляют 29,4% от всего общего объема, от 1500 до 1900 кВт также 29,4%, от 1900 до 2760 кВт - 41,2%. Причем это еще не предел роста суммарной установленной мощности оборудования очистного забоя.

Таблица 1

Рост установленной электрической мощности забойного оборудования

Показатели Этап 1 Этап 2 Этап 3

Средняя установленная электрическая мощность оборудования забоя, кВт 120 230 1355-2760

Относительное значение 1,0 1,92 11,3-23

Удельная мощность забоя, кВт/м2 0,31-0,6 0,8-1,2 2,6-10,8

Таблица 2

Мощность электродвигателей применяемых и перспективные очистныгх комплексов

Тип Электрическая мощность, кВт, по вариантам

оборудования 1 2 3 4

Очистной

комбайн 635 750 830 900

Забойный скребковый конвейер (2х250) 500 (2х315) 630 (3х315) 945 (4х315) 1260

Перегружа- тель 110 160 2х160 2х200

Дробилка 110 110 160 200

Итого 1355 1650 2255 2760

Уже сейчас реально появление электрических нагрузок очистного забоя в следующих пределах: комбайн - 2x315+200 кВт (два двигателя резания по 315 кВт и двигатели подачи общей мощностью 200 кВт, суммарная мощность двигателей комбайна 830 кВт) или 2x350+200 кВт (суммарная мощность 900 кВт); забойный конвейер 4x315 кВт (1260 кВт); перегружатель 2x200 кВт (400 кВт); дробилка 110 или 160 кВт; на долю вспомогательного оборудования приходится 80-100 кВт. Общая электрическая нагрузка одного забоя приближается к 3 МВт. Эта мощность сравнима с общей электрической мощностью средней шахты производительностью 22,5 млн. т в год в середине 60-х годов (табл. 2).

Появившиеся в последнее время сообщения о действующих в США средствах добычи угля подземным способом до 1 млн. т. в месяц и предложениях конструкторских организаций в Кузбассе о возможности создания фронтальных комплексов с производительностью до 1,2 млн. т. в месяц позволяют полагать, что удельная

мощность электрических нагрузок возрастет до 180 - 220 кВт/м 2 и даже до 500 кВт/м2. В связи с этим становится актуальной задача исследования электромагнитных полей, возникающих в ограниченном пространстве угольных забоев при применении мощных электродвигателей.

Другим важным фактором возможного возрастания уровня электромагнитных полей в подземный горных выработках является перевод систем электроснабжения забойных машин на новый, повышенный уровень напряжения. Первый этап перевода электроснабжения подземных потребителей механизированных забоев шахт Кузбасса с напряжения 380 на 660 В был завершен к концу 1962 г. Это привело не только к качественно новому обеспечению электрической энергией угледобывающих машин, но и к существенной ее экономии и снижению сечения применяемых кабелей (то есть экономии меди) почти в три раза.

Рост электрических нагрузок очистных забоев привел к необходимости уже через несколько лет перейти на новый уровень напряжения - 1140 В. В 2007 г. на этом напряжении работают 82% всех очистных комбайнов, около 52 % забойных конвейеров, 42 % перегружателей и дробилок. На шахтах Кузбасса из 92 очистных забоев, оборудованных комплексами и высокопроизводительными комбайнами, пока лишь двенадцать полностью переведены на 1140 В. В других забоях пока применяют два уровня напряжения - 660 и 1140 В. Однако, такое положение представляется временным. Уже сейчас на шахтах Кузбасса действует четыре импортных комплекса, работающих на напряжении 3 кВ. В настоящее время ведутся проектные работы по подаче в шахту напряжения 10 кВ. Таким образом, складываются условия, когда дальнейший рост электрических нагрузок приведет к необходимости перехода на новые уровни напряжения 3 и, возможно, 6 кВ.

Стоить отметить и еще один факт, свидетельствующий о том, что на протяжении последних лет возросло число отказов электрооборудования, причина которых пока не ясна. В первую очередь это относится к электродвигателям забойных машин. Применение новых электроизоляционных материалов и обмоточных проводов не привело практически к снижению числа отказов комбайновых и конвейерных электродвигателей. Между тем их большая масса приводит к длительным простоям при замене в случаях отказов из-за трудностей доставки. Возможно, имеется связь между этими от-

казами и уровнем сосредоточенных в узком пространстве очистного забоя электрических и магнитных полей. В тоже время долговременное воздействие этих полей на организм человека может быть вредным производственным фактором.

Задачи исследования, таким образом, сводятся к тому, чтобы выяснить имеются ли в очистных и подготовительных забоях угольных шахт электромагнитные поля, создаваемые электрическими машинами и системами электроснабжения (если есть, то каков их уровень), оказывают ли они в ограниченном пространстве угольного забоя, в котором работают люди, влияние на работающего там человека, есть ли связь этих явлений с надежностью электрооборудования.

---------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Разгильдеев Г.И., Мацкевич М.Ю. Перспектива и прогнозная оценка роста электрических нагрузок очистных забоев на шахтах Кузбасса // Вестник КузГТУ. 2002. № 2. - С. 28-30.

2. Развитие техники для подземной добычи угля, калийных и марганцевых руд / Под ред. В.Н. Хорина. - М.: Недра, 1985. - 360 с. ШИН

G.I. Razgildeev, А.А. Shevchenko

ELECTROMAGNETIC FIELDS IN COAL-PITS’ HEADINGS

The analysis of electric equipmentfailure in production and development headings of coal-pits, electromagnetic and magnetic fields influence on electric equipment and a human body is carried out.

Key words: electric and magnetic fields, coal-pits, production and development headings.

Коротко об авторах

Разгильдеев Г.И. - доктор технических наук, профессор кафедры «Электроснабжение горных и промышленных предприятий» Кузбасского государственного технического университета,

Шевченко А.А. - старший преподаватель кафедры «Электроснабжение горных и промышленных предприятий» Кузбасского государственного технического университета, anastasia-shevchenko@newmail.ru.