Введение к работе
В диссертации кратко изложены, теоретически, обобщены проанализированы -полученные и опубликованные в течение Э70—1991 гг. результаты исследований и разработок то ре-іению важной научной и народнохозяйственной проблемы по-ышения эффективности- электроснабжения в энергоисполь'зо-а-ния на. угольных шахтах. Дана'оценка шрактагческой значимости и использования в угольной отрасли научных резуль-зтов диссертационной работы.
Актуальность проблемы. Последние годы характерны для гольной /промышленности непрерывным снижением на шах-IX эффективности ігорного іпроговодства, что обусловлено тяниам горно-геологических, технолотичеоюих, ортанизаци-чных и других факторов, в том числе и электротехнических. а«, перерывы >в электроснабжении горных машин превмуіще-чзенно из-за отказов электрооборудования приводят к лро-гояім очистных забоев, длительность 'которых достигает 15— )% -машинного' времени выемочной техник», не превышаю-,его в среднем по отрасли 28% продолжительности; омены.
Однако it это время- «е всегда используется эффективно из-1 -отклонений от нормативных значений показателей качест-и напряжения на зажимах электродвигателей, приводящих снижению минутной (производительности, очистных комбай->в. Низкий (коэффициент использования выемочной техники непрерывное усложнение горно-геологических условий раз-збожи обусловили увеличение не только удельного, но и об-его расхода электроэнергии, составившее эа. 1975—1990 гг. ответственно 57 и 21 %. На онахта-х, тде в забои для приво-1 .машин и (механизмов подается пневматическая энергия, по-ізатели удельного 'электропотребления в 3 раза выше об-.еотраслевых.
Очевидно, что шовышение технико-экономических локаза-:лей работы угольных шахт требует опережающего адекватно ловышения эффективности электроснабжения очистных подготовительных забоев и шахты в делом за счет улучше-гя показателей надежности) электроснабжения, качества спряжения я экономичности электропотребления при., одно-
временном обеспечении безаварийности функционировани систем электроснабжения іпри электрификации забоев в особ опасных условиях.
Вместе с тем исследования, провешенные в последние ТОДІ известными отечественными (учеными и руководимыми ими на уічньгм»шікол<аши и группами, не охватили всех аспектов это лроблехмы.. Решение ее иеразывно -связано с дальнейшим уг лублешием знаний о ікагіесг-вєшшх свойствах системы электрс снабжения участков и закономерностях ее функционировали в системе более высокого порядка. (При этом разработка ме тодологви ощенки (показателей надежности злектротехничс окнх комплексов и систем угольных шахт и качества натря жения у забойных элоктротриемников, учитывающей взаігас связи системы электроснабжения с основным технологически: процессом, а также наличие ограничении, три которых лрс является разіллгіное влияние 'изменений напряжения на прс изводительность выемочных машин, позволят объективно ОЦЄ нивать и целенаправленно улучшать данные показатели на ос нове разработки* соответствующих мероприятий и технически средств.
При разработке достоверных математических моделей методов оценки 'эффективности; электропотребления на угоді ных шахтах, (прежде всего тари, интенсификации технологиче оких процессов и совершенствовании' горного щроизводствЕ появляется возможность осуществлять достоверные прогнозі и устанавливать перспективные уравни злектрояютреблени? повышать его экономичность, в гоїм числе три замене энергс носителя (янеоматическон энергии на электрическую) в забс ях шахт, разрабатывающих крутые пласты, опасные по вне ванным выбросам угля т ігаза. При этом электрификация та ІНИХ шалт позволит улучшить их технико-экономические пока зателк :іі: повысить эффективность энергонсяодъзотзания лиги яріг научно обоснованном выборе'параметров схам н, установ легаш нормативов 'безаварийности электроснабжения особ опасных забоев.
' В -связи с 'изложенным развитие теоретических основ, обе снование методов и. разработка мероприятий и технически средств, обеспечивающих повышение эффективности эксплуа тащии и безаварийности функционирования шактных электрс технических комплексов и систем (ШЭКС) и соответственн (Повышение техшжо-экономи'чеошх .показателей горного шре кзводства на угольных шахтах, является актуальной научно проблемой, .имеющей большое народнохозяйственное ЗНЭЧ ниє.-
Связь темы диссертации с государственными научным программами. Актуальность данной работы подтверждаете тем, что различные ее направления определялись и выгюлня лись в соответствии с Постановления* СМ СССР от 5.09.68]
"я 695 їй от 4.06.-85 г. № 521, координационным планом, утвержденным 'Постановлением ГКНТ СССР от 10.10.69 г. № 445, роїграмімаїми ио решению научно-технических проблем 0.01.11
0.05.03, утвержденных Постановлениям1!!' ГКНТ СССР от 8.11.76 т. № 415 и от 30.10.85 г. № 555, общесоюзной НТП .01.М, утвержденной Постановлением ГКНТ СССР от 1.12.85 г. № 535, игланом НИР, утвержденным 'Постановлении ГКНТ СССР и Президиумом АН СССР от 17.03,83 г. 80/42, (координационным шламом на 1986—4990 гг. по науч-оіму направлению 2.2.3 Проблемной «комиссии ТЭК Госпла-а СССР, ГКНТ СССР и АН СССР, отраслевыми научно-тех-нчеокіїїмін программами ЦО10605 «а. 1981 —1986 пг. и Ю13710на 1986— П995 гг.
Целью работы является установление совокупности основ-ых зависимостей и закономерностей функционирования элек-50технн''іеских комплексов 'И тік элементов во взаимосвязи с иутришахтнымш технологическими система:ми и: разработка а этой основе новых методов расчета параметров участжово-) электроснабжения, технических средств и мероприятий, что эзвол.яет повысить эффективность и безаварийность экеплу-гацші ізле'КТ'ротехіміїческих систем угольных шахт.
Идея работы состоит в том, что товышеине эффективности безаварийное ^эксплуатации электротехнических комллек-)із и систем угольных шахт достигается на основе улучшения жазателей качества электроснабжения в результате применяя соответствующих способов, средств 'И мероприятий с іетом .затрат на достижение этих показателей, 'последствий жазов и изменений уровня напряжения в сетях, режимов ра-)ты электрооборудования.
Основные научные положения, выносимые на защиту.
1. Методолопня оценки показателей надежности ШЭКС
эффективности . их изменения на основе системного под-
>да, три котором система, электроснабжения участков (СЭУ)
осматривается каїк подсистема технологической схемы за-
)я, функционирующая в условиях объективно существующей
семенной избыточности.
2. 'Математические -модели надежности основных элймен-
ІВ электротехнических 'комплексов выемочных участков
ольных шахт, учитывающие воздействие различных факто-
)в и позволяющие дифференцированно (по'бассейнам) стре
млять объемы проведения эксплуатационных испытаний на
щежвость.
3. Методы оценки влияния показателей качества напря-
снпя на- производительность выемочных машин на основе
этем этических .моделей .комбайнового электропривода т за-
всимости; его 'характеристик от изменения этих 'показателей
>и вариациях напруз/ки и различных видах функциональной
язи между скоростью подачи очистного комбайна, и напря-
жением на зажимах его двигателей, позволяющие выбрат рациональный режим участковой электрической сети -и обос новать требования к электрооборудованию.
-
Математические модели ,и закономерности изменени электропотребления (ЭП) >шахт, отражающие факторный временной аспекты их формирования, использование которы обеспечивает эффективный прогноз ЭП.
-
Методы оценки эффективности энертоиопользованвя н угольных шахта.х яри интенсификации технологических яре цесеов в забоях, позволяющие разрабатывать мероприятия п экономии электроэнергии и, составлению рационального энег. гобаланса.
-
Принципы построения рациональной СЭУ шахт, разрг батывающих крутые пласты, методы анализа и расчета; ц« пей с вентильным закорачиванием и оценки взрывабезолаенс ста ішахтньїх .кабельных линий на основе .вероятностных хг рактеристик, іпоззоляющие обосновать структуру и парамеї рьг элементов системы автоматического отключения и за«орг чжвания и условия безаварийного электроснабжения забое на крутых выбросоопаеных пластах.
Обоснованность и достоверность научных положений, вы водов и рекомендаций подтверждаются: представительны; объемом статистического 'материала, позволившим получит результаты наследований с доверительной вероятностью н ниже 0,8; обработкой статистических данных исследований шомощью методов теории вероятности' їй математической стг тистнкк, численного моделирования на ЭВМ (значимость ч<с эерфицментов корреляции и уравнений регрессии определен три доверительной вероятности 0,95); удовлетворительно сходимостью результатов аналитических исследований с pf зультатаїмк экспериментов, .выполненных на -моделях .и стеї дах (расхождение не превышает 17%); апробацией резулі татов исследований в процессе разработки нор'матнвно-те; ниіческих документов и три их использовании.
Научная новизна результатов исследований заключается і
разработке структурно-функционального метода ацеї ки показателей надежности ШЭКС и эффективности при и изменении, учитывающего вероятностный характер и разлив ные режимы функционирования технологического процесс в очистном или подготовительном забое, структуру соедшн нкя элементов СЭУ и их взаимосвязь с технологическими мг шинами;
установлении зависимостей показателей безотказност эламентов ШЭКС от уровня воздействующих факторов, О! ределяемых режимами 'работы и условиями, акоплуатащ: электрооборудования на выемочных участках;
установлении зависимостей характеристик предельно динамической устойчивости комбайнового электропривода
агрузочпых (по-нагреву) характеристик двигателей от их па:--аметров и изменения напряжения в сет;
разработке метода прогнозирования электроатотребле-ня угольных шахт на основе определения тренда коэффици-нтов регрессия імноігофаторньїх мсіделей и их экстраполяции:
установлении- закономерностей изменения электропот-ебления по основным технологическим звеньям и шахте в це-о:м «при интенсификации; технологических процессов в забоях;
'установлении закономерностей протекания аварийных оков в кабеле и элементах системы при вентильноїм закораі-ива-нии поврежденного участка- сети и разработке -метода ценки взрьівоібезопасности шахтных кабельных линий при тохастинческом характере процесса их повреждения и форіми-юіваїигя сигнала* срабатывания защиты.
Научное значение работы состоит в разработке метода цеїжн (показателей надежности ШЭКС и эффективности при х изменении, установлении зависимостей этих 'показателей т уровня воздействующих факторов; установлении зависимо-тей характеристик комбайнового электропривода от газмене-:и,я показателей качества напряжения и. разработке метода -ценган их влияния на. производительность выемочных машин; становлении закономерностей изменения электршотребле-чгя шахт, разработке методов его шрогнозирования н; оценки ффективностн- энертоиспользования три интенсификации тех-ологиічеоких процессов; разработке метода- расчета аі уста-овленин закономерностей протекания аварийных токов в це-ях с -вентильным за-корачива-ннем, разработке метода оцен-и взрывобезопасности шахтных кабельных линий, что явля-тся новым достижением в развитии теории электроенабже-іігя горных предприятий.
Практическое значение работы -заключается в разработке:
(методики расчета надежности электроснабжения очист-ых и. подготовительных -забоев -с учетам нормативных дока-ателей;
типовых схем электроснабжения для прогрессивных ехнодотий ведения очистных и подготовительных работ и ме-одижн расчета участковых -сетей с учетом нормативных пока-ателей надежности электроснабжения и; качества, напряже--ия1;
методики расчета экономической эффективности повы-іения надежности электроснабжения забоев, транапортных и ехнологичеаких звеньев;
методики планирования технического обслуживания и пределения оптимальных ремонтных циклов электрообору-овапия очистных забоев;
рекомендаций по (проектированию систем электроснабжения угольных шахт с обособленным шитанием подземных л ежтр-оп р нем н икав;
— методики расчета и рекомендаций іпо экономии элек" рознергии и регулированию режимов ЭП на угольных шас тах,;
методики определения нормы расхода электроэнерги ло производственному объединению три подземной добыч уігля; '
нормативов и типовых схем безаварийного электросна( жения забоев на шахтах, разрабатывающих крутые выбросе опасные пласты;
рекомендаций я о техническим параметрам новог взрывббезеласного электрооборудования.
Реализация результатов работы. Основные результаты и» следований реализованы в утвержденных и .введенных в деі ствке нормативно-технических и методических документа: оформленных в виде «Прогрессивных технологических схе разработки іплаїстов на 'угольных олалтах», «Правил 1безопа< ности в угольных и. сланцевых шахтасх» (ТІБ 393), инстру; ций и типовых схем электроснабжения (к 393 ПБ), отрасл< вых стандартов (ОСТ 0,800.494—82 и ОСТ 12.25.011—84 руководящих технических (материалов (РТМ 12.25.001—7 РТМ 12.25.004—80, РТМ 12.25.005—80 » РТМ 12.25.010—81 рекомендаций (Р 12.26.229—90) и методик.
Типовые схемы электроснабжения к (прогрессивным техш логическим схемам ведения очистных и подготовительных P' бот и методические разработки яо расчету участковых еле: трических сетей, методика расчета \\\ мероприятия по зкоїк мия электроэнергии и регулированию режимов ЭП аїринят « использованию на -угольных шахтах всех бассейнов отрасл
Рекомендации по повышению надежности взрывобезопа* наго электрооборудования « 'эффективности функщи-оннров; нкя СЭУ внедрены на> шахт ад Карагандинского и Донецког бассейнов.)
Мероприятия по замене пневмо- на электроэнергию очистных и подготовительных забоях на крутых пласта, опасных іпо внезапным шьйбросам, и типовые схемы их ^элек-роснабжения .внедрены на шахтах Центрального района Доі Іба-ссаі.
Рекомендации по (повышению надежности и ібезаваріийш стій систем электроснабжения шахт на основе оібособленної питания яюдаемных электролриемни'ков используются всем отраслевыми проектными институтами л pit проектировали строительства новых и реконструкции электроснабжения деі етв'уюнцих угольных шахт.
Рекомендации по техническим (параметрам электрообор; дованиія для очистных автоматвзированнььх комплексов ш пользованы ИГД им. А. А. Скота некого при разработке у вержденных Мшгуглелромам СССР технический требовани
а создалие новых передвижных трансформаторных подстан-.ий и комбайновых электродвигателей с жидкостным заотол-ением, образцы которых изготовлены ДонНТЮ «Взрывоза-цищеннос электрооборудование».
Методические разработки по моделированию режимов ЭП . рекомендации то /повышению эффективности и безаварийно-т.и электроснабжения шахт попользованы.ИГД им, А. А.Ско-іннокого и Мипуглепромом СССР для разработки концепций аучно-техпического лрогреоса и основных направлений технического развития угольной, промышленности на перопек-тдау.
Апробация работы. Основные положения работы доклады-ались и получили одобрение па Всесоюзных «а-у-шо-техшме-ких семинарах по экономии топливно-энергетических и дру-их '.материальных ресурсов в угольной промышленности (Мос-:ва, 1981, 1985), Всесоюзной научно-технической конференции юлодых ученых и специалистов угольной промышленности Совершенствование технологии, механизации <и организации: іроігзводіства три добыче угля» (Люберцы, 1983), Всесоюзной іауічно-техниічесікоіі конферепщии «Проблемы разработки ющных пологих н наклонны^.угольных шласгов подземным іпоеобом» (Караганда,, 1984), научно-технической конференции «Повышение эффективности электроснабжения промьш-[енных предприятий» (Челябинск, 1985), Всесоюзном научно-ехннческом семинаре «Состояние и результаты работы яо шцанию технологии и средств добычи ушл'я без (Постоянного ірисутствия людей с забоях» (Москва, 1985), Республикан-жих научно-технических конференциях «Повышение эффех-швности систем электроснабжения на горных ^предприятиях», Повышение надежности систем электроснабжения и безопас-юстн применения электроэнергии в шахтах» п «Автоматкзи-юванные системы управления электроснабжением торных іредприятий» (Киев, 1974, 1978),'отраслевой школе по обмену опытом «Проектирование электроснабжения ііиаост, раїзре-ов и обогатительных фабрик» (Москва, 1977), отраслевом фактическом семинаре «Экономика электропотребления тольных шахт» (Днепропетровск, 1991).
Публикации. Основное содержание диссертации апубли-:овано в 96 научных работах, т том числе в 3 монографиях, »дном справочнике, одной брошюре :и 9 авторских свадетель-:твах на изобретения.
Автор выражает искреннюю [признательность проф., докт. еіхн. наук В. И. Щуцкому за научные консультации и іметоди-іескую .помощь іггри подготовке диссертации.
