Электрификация горного производства : в 2 т. Т. 1

МОСКОВСКИЙ 

ГОСУдАРСТВЕННЫЙ 

ГОРНЫЙ 

УНИВЕРСИТЕТ 

HAUIOHAЛbH ИЙ 

ПРНИЧИЙ 

УНIВЕРСИТЕТ 

РЕ.МКUИОННЫЙ 

С 
О 
В 
Е 
Т 

Председатель 

J/.A. ПУЧКОВ 

Заw. председотеля 

л.х гитис 

Члены редсовета 

И. В. ДЕМЕНТЬЕВ 

А. 11. ДМИТРИЕВ 

Б.А. КАРТОЗИЯ 

МВ. КУРЛЕНЯ 

В.И. ОСИПОВ 

э.м соколов 

К.Н. ТРУБЕЦКОЙ 

В.В. ХРОНИН 

В.А. ЧАНТУРИЯ 

Е.И. ШЕМЯКИН 

ИЗДАТЕЛЬСТВО 

МОСКОВСКОГ<J 

ГОС.VДАРС7ВЕННОГО 
fVPIIOfV УННВЕРСИТЕТА 

ректор МГГУ. 

чл.-корр. РАН 

директор 

Издательства МГГУ 

академик РАЕН 

академик РАЕН 

академик РАЕН 

академик РАН 

академик РАН 

академик МАН ВШ 

академик РАН 

профессор 

академик РАН 

академик РАН 

L!.опушено Учебно-метсмнческнм 
обьеdнненнем вузов Российской 

ФеА.ераинн по образованию 

в области горного Аела, 

уполномоченным органом 

Л1нннстерства обРазования 
н науки Российской ~ераинн 

в области ~н~вання учебных 

нЗАаннй АЛЯ высшего Гоt?_ного 

образования, в качестве учебника 

АЛЯ стуАентов вузов, обучаюшнхся 
по спеинальности ~элек~прнвоА 

н автоматика промышленных 

установок н технологических 
комплексов• (квалнфнкаиня 
•горный инженер•) 

направления ПО4Готовкн 

«Электротехника, электромеханика 

н электротехнологнн• 

ГОРНАЯ 
ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА 

ЭЛЕКТРИФИКАUИЯ 
ГОРНОГО 
ПРОИЗВОдСГВА 

том 1 

по~ реикиней 

А.А. Пучкова, Г.Г. Пнвняка 

L!.опушено Министерством 
образования н науки Украины 

в качестве учебника 

АЛЯ стуАентов высших 
учебных завеА.еннй 

~ 

МОСКВА 

ИЗМТЕЛЬСТВО МОСКОВСКОГО 

ГОСУМРСТВЕННОГО 
ГОРНОГО------УНИВЕРСИША 
2007 

УДК 622:621.31 

ББК 31.27 

Э45 

Издано при финансовой поддержке Федерального агентства по печати и 

массовым коммуникациям в рамках Федеральной целевой программы 

«Культура России» 

Книга соответствует «Гигиеническим требованиям к изданиям книжным dля 

взрослых. СанПиН 1.2.1253-03», утвержденным Главным государственным 

санитарным врачом России 30 марта 2003 г. 

Экспертиза проведена Учебно-методическим обьединением высших учебных заведений Российской Федерации по образованию в области горного 

дела (письмоМ 51-97/6 от 21.09.06) 

Рецензент~~~: 
• 
кафедра «Теоретическая элепротехника и элепрификация нефтяной и 

газовой промышленности» РосснАского государственного университета 

нефти и газа (зав. кафедрой д-р техн. наук, проф. М. С. Ершов); 
• 
кафедра «Автоматизация управления элепротехническими комплексами» ИЭЭ Национального технического университета Украины (зав. кафедрой д-р техн. наук, проф. В. М. Чермалых); 
• 
д-р тех н. наук. проф. А. Т. Ерыгин (ИПКОН РАН) 

Авторы: 

А. В. ЛихомскиА, Л.А. ПлащаискиА, Н.И. Чеботаев, В. И. ЩуцкиА 

(Московский государственный горный университет), 

Ф.П. Шкрабец, В. Т. Заика, Ю.Т. РазумныА, А.Я. Рыбалко 

(Национальный горный университет, Украина) 

Э 45 
Электрификации гориого пронзводства: Учебник для вузов: В 2 т. 1 

Под ред. Л.А. Пучкова и Г.Г. Пивняка.- М.: Издательство Московского государственного горного уннверсиrеrа., 2007. -Т. 1.-511 с.: ил. 

ISBN 978-5-7418-0452-0 (в пер.) 

Рассмотрены особенности электрификации горных работ, приведсны схемы 

внешнего электроснабженИ.II горных предпрИ.IIтнll; даны сведеНИ.II об электрических 

нагрузках и режимах электропотребленИ.II; изложены вопросы электрического освещении подземных и открытых горных работ; рекомендованы меры защиты от пораженни электрическим током, пожаров и взрывов; описаны системы распределении электроэнергии; представлено электрооборудование подстанциА, распределнтельных пунктов на открытых горных работах, электрооборудование горных машин, комплексов и электровозного транспорта, а также решены вопросы энергоемкости, энергоаудiПВ и энергоменеджмеiПВ на горных предприитнях. 

Д11А сtудснтов, обучающихся по специальности ..Электропривод и аsтомвmка промышленных установок и технологических комплексоВ» (квалнфiООIWtА «горный инженер») направленИ.II подготовки <.Элекrроrехника. электромеханика и электроrехнолопtИ». 

ISBN 978-5-7418-0454-4 
ISBN 978-5-7418-0452-0 (Т. 1) 

УДК 622:621.31 

ББК 31.27 

©Коллективавторов,2007 

©Издательство МГГУ, 2007 
© ДнэаАн книги. Издательство 

МГГУ, 2007 

Ilредисловие------------------------
Электрификация горных предприятий имеет исключительное значение как основная энергетическая база комплексной 

механизации и автоматизации горного производства. Современные карьеры и разрезы крупные потребители электрической 

энергии, обладающие характерными особенностями, связанными с работой машин и агрегатов в условиях открытых горных 

работ (передвижной характер работы, метеорологические и 

климатические условия и ряд других факторов). Открытые горные работы обусловили ряд специальных требований к электроснабжению предприятий, а также к решению проблем, связанных с соблюдением безопасности при эксплуатации электрохозяйства, с защитой от однофазных замыканий на землю, с защитой персонала от поражения электрическим током. 

Развитие горного производства характеризуется распространением открытого способа разработки полезного ископаемого, поэтому рассмотрение вопросов электрификации производится в неразрывной связи с рабочими машинами, технологией производства и организацией работ. 

Основными горными машинами на открытых горных работах являются одноковшовые и многоковшовые экскаваторы, 

горные комплексы, буровые станки, различные виды транспорта, многие из которых снабжены сложным электрооборудованием. Установленная мощность электрических машин на современном мощном экскаваторе достигает 20 000 кВт и более, что 

сравнимо со средним и даже крупным предприятием. 

Горные машины и комплексы, особенно большой единичной мощности, требуют применения совершенных систем электроснабжения горных предприятий, способствующих повышению производительности труда. 

Важное значение имеет повышение напряжения горных 

машин и механизмов. Приводные двигатели мощных экскаваторов работают на напряжении 10 кВ, напряжение в контактных 

5 

сетях электровозного транспорта на карьерах при постоянном 

токе 3-6 кВ, при переменном токе до 20 кВ. На мощных 

карьерах проектируется глубокий ввод напряжением 110 кВ. 

Особое значение имеет создание различных средств защиты и 

повышения электробезопасности при эксплуатации электрических сетей и электрооборудования. 

Учитывая большую составляющую стоимости электроэнергии в себестоимости продукции, необходимость рационального 

использования и экономии электроэнергии, применительно к 

открытым и подземным горным работам рассмотрены влияние 

энергоемкости на общий расход электроэнергии, роль управления потреблением энергоресурсов, энергетический менеджмент, 

деятельность энергоменеджеров и значение энергоаудита. 

У 
спешное внедрение нового электрооборудования, его эксплуатация и техническое обслуживание, улучшение экономической эффективности производства зависят от уровня подготовки 

производственного персонала, в частности инженерного состава 

карьеров и разрезов. 

Учебник написан в соответствии с программой курса «Элекрификация горного производства», изложение которого базируется на материале дисциплин «Электрические и электронные 

аппараты», «Основы электроснабжения горных предприятий», 

«Автоматизированный электропривод машин и установок горного производства». Вопросы, трактуемые в указанных дисциплинах, излагаются применительно к особенностям работы электрооборудования в условиях открытых горных работ. 

Введение--------------
Под электрификацией горного производства следует понимать широкое внедрение электрической энергии в технологический процесс на всех уровнях, как единый во времени процесс 

распределения (иногда производства) и потребления электрической энергии. 

Основными потребителями электрической энергии являются электроприводы различных горных машин и механизмов, 

электротехнические устройства и системы электрического освещения. Производственный процесс во многом определяется 

показателями системы электроснабжения и электроприводов, 

которые обеспечивают нормальный режим работы всего предприятия. 

Работа электропривода должна соотноситься как с работой 

отдельного электропотребителя, так и с работой комплекса 

электропотребителей, обеспечивающего неразрывный технологический процесс. 

В начале прошлого века в горной промышленности России 

механизация практически отсутствовала. Основными видами 

энергии для небольшого количества машин являлись паровая и 

пневматическая. Паровая энергия применялась в установках на 

поверхности шахт для привода подъемных, вентиляторных, 

комрессорных и других стационарных установок. 

Создание системы трехфазного тока и изобретение асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором обусловили быстрое внедрение электропривода во все отрасли 

промышленности. 

Одной из первых отраслей, в которой электрическая энергия начала широко применяться, явилась горная промышленность. 

В истории применеимя электричества в горном деле большую роль сыграл старейший русский электротехник, членкорреспондент АН СССР М.А. Шателен. В 1893 г. М.А. Шате
7 

лен ввел в Петербургском горном институте преподавание электротехники и организовал электротехническую лабораторию. 

До этого только в Электротехническом институте читалея электротехнический курс. Введение преподавания электротехники в 

Горном институте сыграло громадную роль во внедрении электричества в горное дело. 

Одним из результатов работы М.А. Шателена была разработка (совместно с горным инженером П.И. Шапирером) Правил для электротехнических устройств при горных работах и на 

нефтяных промыслах, утвержденных горным ведомством. 

Уже на 1 Всероссийском электротехническом съезде в Петербурге (1900 г.) было отмечено применение электрической 

энергии 
для 
привода 
насосов 
на 
Зырянавеком 
серебросвинцовом руднике. На Кизиловских каменноугольных копях в 

это же время уже применялись в уклонах передвижные насосы, 

установленные на тележках. Для подъема по уклону там же 

применялись лебедки с асинхронным электродвигателем с контактными кольцами, управление которым осуществлялось контроллером. Появились первые электрические перфораторы, которые успешно применялись при проходке квершлага на каменноугольных рудниках Брянского акционерного общества 

(Донбасс). 

Одной из первых обогатительных фабрик, использовавших 

электрическую энергию, была сортировочио-обогатительная 

фабрика Саданекого серебросвинцового рудника. 

В 20-е гг. прошлого столетия генеральный план электрификации страны обусловил развитие целого ряда угольных бассейнов. В 1928-1930 гг. была проделана огромная работа по освоению и внедрению в производство шахтного электрооборудования, с наращиванием его номенклатуры и совершенствованием качества на базе оригинальных схем и конструкций. 

Увеличивалось производство электрических врубовых машин (Горловский завод), приводов для ленточных и скребковых 

конвейеров, скреперных и откаточных лебедок, контактных и 

аккумуляторных электровозов, взрывабезопасных электродвигателей, трансформаторов, ручных и колонковых электросверл, 

8 

светильников, аппаратуры, специальных кабелей. Велась работа 

по созданию схем и конструкций взрывобезапасной аппаратуры 

автоматического управления (ХЭМЗ), появились первые магнитные взрывобезапасные пускатели со сферической оболочкой 

из штампованной стали для управления врубовыми машинами. 

Появление аппаратуры дистанционного и автоматического 

управления позволило перейти к новому этапу комплексной автоматизации. 

Опыт работы с врубовыми машинами позволил создать и 

запустить в производство угольные комбайны, из которых наиболее эффективным был «Донбасс». Появились комбайны для 

выемки угля в тонких пологопадающих пластах. Интенсивно 

стали внедряться новые погрузочные машины и проходческие 

комбайны, позволившие резко увеличить темпы проведения 

подготовительных работ. 

Специфика условий подземных выработок шахт, особенно 

опасных по газу или пыли, обусловила специальные требования 

к исполнению рудничного электрооборудования и потребовала 

решения ряда проблем, связанных с безопасным применением 

электроэнергии в шахтах, защитой от поражения электрическим 

током и т.п. 

Необходимость решения многочисленных проблем, связанных с применением электрической энергии при открытых и подземных разработках, определила развитие различных областей 

электротехники, объединенных под общим названием «горная электротехника». 

В горных вузах появляется ряд дисциплин, объединенных 

этим названием, рассматривающих вопросы рудничного электропривода и автоматики, электрической тяги, электрооборудования и электроснабжения подземных и открытых горных работ, рудничного освещения, сигнализации и связи. 

Становление горной электротехники как самостоятельной 

дисциплины обязано трудам отечественных ученых- профеесоров С.А. Алаторцева, С.А. Волотковского, В.Н. Винославского, Л.В. Гладилина, Г.Е. Евреинова, Р.М. Лейбова, М.И. Озерного, П.П. Пироцкого, А.Е. Тропа, В.Б. Уманского, М.М. Федорова, Ф.Н. Шклярского и др. 

9 

Концепция подготовки специалистов была разработана в 

направлении комплексной электромеханической подготовки, 

что не потеряло актуальности и в настоящее время. 

В 1921 г. в Днепропетровском горном институте открылся 

факультет по подготовке горных инженеров электромеханической специальности. 

Несколько позже аналогичные специальности были открыты и в других высших учебных заведениях. 

Пионером в области электрификации горной промышленности явился академик М.М. Федоров, убежденный сторонник 

того, что широкое развитие горных работ возможно лишь при 

механизации производственных процессов на базе использования электроэнергии. 

Основоположник горной электротехники как научной дисциплины профессор Ленинградского горного института 

Ф.Н. Шклярский, который возглавил в 1936 г. одноименную кафедру в Московском горном институте. Им созданы фундаментальные труды по электрификации подъемных и водоотливных 

установок, подземной электровозной откатке, электрификации 

экскаваторов. 

Исследования в области электропривода забойных машин, 

проведеиные Харьковским электромеханическим заводом (ХЭМЗ) 

и Краматорским электромеханическим заводом (КЭМЗ), трестом 

«Электропривод» и научными работниками ряда институтов 
Всесоюзного угольного института (ВУГИ), Донецкого угольного института (ДонУГИ), Всесоюзного электротехнического института (ВЭИ), Института горного дела Академии наук УССР 

(ИГД АН УССР), позволили на основе режима работы этих машин обосновать технические требования к характеристикам 

электродвигателей различного назначения. Появились электродвигатели повышенной мощности с теплостойкой изоляцией и 

улучшенными механическими характеристиками. Осуществлен 

переход на напряжение 380 В и 6 кВ. 

В период 1940--1950-х годов эта тенденция усиливается, 

ведутся интенсивные работы по созданию новых и совершенствованию существующих перспективных разработок. Создаются 

забойные электродвигатели с повышенными длительными мощ
10