СПОСОБ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ГОРНЫХ МАШИН С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ПРИВОДОМ В УСЛОВИЯХ ПОДЗЕМНЫХ РУДНИКОВ
METHOD FOR POWER SUPPLY OF MINING MACHINES WITH ELECTRIC DRIVE IN UNDERGROUND MINES

Изобретение относится к области энергообеспечения горной промышленности, а именно электропитания самоходных аккумуляторных горных машин в условиях подземных рудников.
При применении в условиях подземных рудников самоходных аккумуляторных горных машин, оснащенных аккумуляторами, возрастает потребность рудника в электроэнергии, а зарядка горных машин требует существенных потерь времени на движение техники к стационарным аккумуляторным станциям. Поэтому, в данной области техники существует потребность в системах, которые снижают общее энергопотребление рудника, а также обеспечивают снижение времени непроизводительного передвижения горных машин по подземному руднику.
Известен способ электропитания (Способ и устройство механического накопления энергии F03B 13/06, Патент КНР CN 103620212 В, опубл. 2016/03/16), включающий установку устройства, вырабатывающего электроэнергию путем преобразования кинетической энергии перемещающихся сверху вниз потоков вещества, выработку электроэнергии с использованием устройства, вырабатывающего электроэнергию путем преобразования кинетической энергии перемещающихся сверху вниз потоков вещества, накопление электроэнергии, выработанной с использованием устройства, вырабатывающего электроэнергию путем преобразования кинетической энергии перемещающихся сверху вниз потоков вещества.
Недостатком известного способа является низкая эффективность электропитания, так как электроэнергия, выработанная с использованием устройства, вырабатывающего электроэнергию путем преобразования кинетической энергии перемещающихся сверху вниз потоков вещества, накапливается в стационарных аккумуляторах, конденсаторах, а затем из них направляется конечному потребителю, например, для заряжания разряженных аккумуляторов горных машин с электрическим приводом, что приводит к быстрому износу стационарных устройств, накапливающих электроэнергию, выработанную с использованием устройства, вырабатывающего электроэнергию путем преобразования кинетической энергии перемещающихся сверху вниз потоков вещества, что определяет постоянное снижение эффективности электропитания. Это вызвано тем, что выработка электроэнергии с использованием устройства, вырабатывающего электроэнергию путем преобразования кинетической энергии перемещающихся сверху вниз потоков вещества, не позволяет обеспечить постоянный уровень генерации электроэнергии на протяжении длительного времени и предполагает использование стационарных аккумуляторов или конденсаторов для накопления электроэнергии в периоды, когда величина вырабатываемой электроэнергии превосходит величину потребляемой. Причем, в периоды, когда величина потребляемой электроэнергии превосходит величину вырабатываемой, электроэнергия, выработанная с использованием устройства, вырабатывающего электроэнергию путем преобразования кинетической энергии перемещающихся сверху вниз потоков вещества, и накопленная в стационарных аккумуляторах, напротив, используется. Указанное определяет постоянное неритмичное использование стационарных аккумуляторов, конденсаторов, что очевидно ведет к их ускоренному износу и снижению эффективности электропитания конечного потребителя, а именно снижению эффективности заряжания аккумуляторов горных машин с электроприводом.
Также известен способ электропитания горных машин с электрическим приводом в условиях подземных рудников (Сайт Epiroc «Погрузочно-доставочные машины с электроприводом для подземных работ» https://www.epiroc.com/ru-ru/products/loaders-and-trucks/electric-loaders (дата обращения 06.11.2020 г.), включающий размещение зарядной станции в руднике, следование горной машины с электрическим приводом с разряженным аккумулятором к зарядной станции, съем разряженного аккумулятора горной машины с электрическим приводом, установку заряженного аккумулятора на горную машину с электрическим приводом.
Недостатком указанного технического решения является его низкая эффективность, обусловленная постоянным увеличением расстояния между местом работы горной машины с электрическим приводом и местом расположения стационарной зарядной станции по мере развития подземных горных работ. Указанное происходит по причине того, что зарядка разряженного аккумулятора горной машины с электрическим приводом производится на зарядной станции, питающейся либо от шахтной электросети, либо от стационарных аккумуляторов или конденсаторов, накапливающих энергию, что определяет невозможность переноса места размещения зарядной станции в руднике по мере развития подземных горных работ, что в свою очередь ведет к непрерывному увеличению расстояния, которое необходимо преодолеть горной машине с электрическим приводом между местом своей работы и местом расположения зарядной станции. Также недостатком известного технического решения является высокие потери электроэнергии в кабельных сетях, проложенных между распределительными устройствами на поверхности и стационарными зарядными станциями в подземном руднике, в силу высокой протяженности сети горных выработок.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение эффективности электропитания горных машин с электрическим приводом в условиях подземных рудников.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе электропитания горных машин с электрическим приводом в условиях подземных рудников, включающем установку устройства, вырабатывающего электроэнергию путем преобразования кинетической энергии перемещающихся сверху вниз потоков вещества, размещение зарядной станции, направление горной машины с электрическим приводом с разряженным аккумулятором к зарядной станции, съем разряженного аккумулятора горной машины с электрическим приводом, установку заряженного аккумулятора на горную машину с электрическим приводом, выработку электроэнергии с использованием устройства, вырабатывающего электроэнергию путем преобразования кинетической энергии перемещающихся сверху вниз потоков вещества, накопление электроэнергии, выработанной с использованием устройства, вырабатывающего электроэнергию путем преобразования кинетической энергии перемещающихся сверху вниз потоков вещества, согласно изобретению по мере развития подземных горных работ перед вводом в эксплуатацию нового горизонта проходят вертикальную горную выработку между новым и вышележащим горизонтами, устанавливают на сопряжении вертикальной горной выработки, пройденной заранее между новым и вышележащим горизонтами, и нового горизонта устройство, вырабатывающее электроэнергию путем преобразования кинетической энергии перемещающихся сверху вниз потоков вещества, а накопление электроэнергии, выработанной с использованием устройства, вырабатывающего электроэнергию путем преобразования кинетической энергии перемещающихся сверху вниз потоков вещества, производят в разряженном аккумуляторе горной машины с электрическим приводом.
Заявляемый способ электропитания горных машин с электрическим приводом в условиях подземных рудников поясняется чертежом, где показана схема подземного рудника.
Способ осуществляют следующим образом (фиг. 1). По мере развития подземных горных работ перед вводом в эксплуатацию нового горизонта 1 проходят между ним и вышележащим горизонтом 2 вертикальную горную выработку 3 для перепуска сверху вниз потоков вещества 4. На сопряжении вертикальной горной выработки 3, пройденной заранее между новым 1 и вышележащим 2 горизонтами, и нового горизонта 1 устанавливают устройство 5, вырабатывающее электроэнергию путем преобразования кинетической энергии перемещающихся сверху вниз потоков вещества 4 (например, устройство, вырабатывающее электроэнергию путем преобразования кинетической энергии падающей воды по перепускной скважине). Затем вблизи устройства 5, вырабатывающего электроэнергию путем преобразования кинетической энергии перемещающихся сверху вниз потоков вещества 4, размещают зарядную станцию 6, на которой в разряженном аккумуляторе 7, снятом с горной машины с электрическим приводом 8, производят накопление электроэнергии, выработанной с использованием устройства 5, вырабатывающего электроэнергию путем преобразования кинетической энергии перемещающихся сверху вниз потоков вещества 4. Горную машину с электрическим приводом 8 с разряженным аккумулятором 9 направляют к зарядной станции 6, производят съем разряженного аккумулятора 9 горной машины на электроприводе 8 и установку заряженного аккумулятора 10 на горную машину с электрическим приводом 8.
Действие проходка по мере развития подземных горных работ перед вводом в эксплуатацию нового горизонта вертикальной горной выработки между новым и вышележащим горизонтами, действие установка на сопряжении вертикальной горной выработки, пройденной заранее между новым и вышележащим горизонтами, и нового горизонта устройства, вырабатывающего электроэнергию путем преобразования кинетической энергии перемещающихся сверху вниз потоков вещества и действие накопление электроэнергии, выработанной с использованием устройства, вырабатывающего электроэнергию путем преобразования кинетической энергии перемещающихся сверху вниз потоков вещества, непосредственно в разряженном аккумуляторе горной машины с электрическим приводом, являются новыми существенными и определяют достижение технического результата в силу того, что позволяют повысить эффективность электропитания горных машин с электрическим приводом в условиях подземных рудников за счет того, что расстояние, которое необходимо преодолеть горной машине с электрическим приводом между местом своей работы и местом расположения зарядной станции не увеличивается по мере развития горных работ. Также отсутствует износ стационарных устройств, накапливающих электрическую энергию и отсутствуют высокие потери электроэнергии в кабельных сетях, проложенных между распределительными устройствами на поверхности и стационарными зарядными станциями в подземном руднике, в силу отсутствия необходимости прокладки протяженных кабельных сетей.
3
3
3
Пример конкретного применения заявляемого способа. По мере развития подземных горных работ на Южно-Жезказганском руднике ТОО «Корпорация Казахмыс» в соответствии с проектными решениями перед вводом в эксплуатацию нового горизонта - 30 м пройдена между вышележащим горизонтом 30 м вертикальная горная выработка длиной 60 м и диаметром 377 мм для перепуска сверху вниз потоков шахтной воды объемом 144 м3/час. На сопряжении вертикальной горной выработки протяженностью 60 м с диаметром 377 мм, пройденной заранее между новым горизонтом -30 м и вышележащим горизонтом 30 м, было установлено устройство, вырабатывающее электроэнергию путем преобразования кинетической энергии, включающее турбину и инвертор тока, установленной мощностью 175 кВт путем преобразования кинетической энергии перемещающихся сверху вниз потоков шахтной воды плотностью 1050 кг/м. В вблизи установленного устройство вырабатывающего электроэнергию путем преобразования кинетической энергии перемещающихся сверху вниз потоков шахтной воды плотностью 1050 кг/м, была размещена зарядная станция установленной мощностью 160 кВт на которой в течение 60 мин в разряженном аккумуляторе энергоемкостью 165 кВт, снятом с горной машины Epiroc Scooptram ST7 Battery с электрическим приводом мощностью 149 кВт, было произведено накопление электроэнергии, выработанной с использованием устройства, вырабатывающего электроэнергию путем преобразования кинетической энергии перемещающихся сверху вниз потоков шахтной воды плотностью 1050 кг/м. Горная машина Epiroc Scooptram ST7 Battery с электрическим приводом с разряженным аккумулятором энергоемкостью 165 кВт была направлена к зарядной станции, произведен съем разряженного аккумулятора горной машины Epiroc Scooptram ST7 Battery на электроприводе и установка заряженного аккумулятора, энергоемкостью 165 кВт на горную машину с электрическим приводом.
Таким образом, заявляемый способ электропитания горных машин с электрическим приводом в условиях подземных рудников обеспечил повышение эффективности электропитания горных машин с электрическим приводом за счет сокращения расстояния между местом работы горных машин с электрическим приводом и местом расположения зарядной станции на 1,5 км по сравнению с известным способом электропитания. Также было зафиксировано отсутствие износа стационарных устройств, накапливающих электрическую энергию и отсутствие высоких потерь электроэнергии в кабельных сетях, в виду отсутствия необходимости прокладки протяженных кабельных сетей, составляющих 15 км в условиях Южно-Жезказганского рудника ТОО «Корпорация Казахмыс».