掘進(jìn)機(jī)內(nèi)噴霧系統(tǒng)水路結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

李海斌

（大同煤礦集團(tuán)公司 煤峪口礦，山西 大同037041）

1 概述

EBZ－160型掘進(jìn)機(jī)是一種懸臂式重型掘進(jìn)機(jī)，主要優(yōu)點(diǎn)是截割功率大、可掘巷道斷面大、調(diào)動(dòng)靈活、可靠性強(qiáng)，能夠很好地滿足煤巷、半煤巖巷及軟巖巷道的連續(xù)掘進(jìn)要求。但是，EBZ－160掘進(jìn)機(jī)在掘進(jìn)作業(yè)過(guò)程中，噴霧效果較差。主要表現(xiàn)為內(nèi)噴霧易堵塞，甚至出現(xiàn)開(kāi)掘300 m就失效的情況；外噴霧系統(tǒng)則存在壓力低、流量小，噴霧效果不理想等問(wèn)題。

噴霧系統(tǒng)的這些問(wèn)題導(dǎo)致掘進(jìn)機(jī)無(wú)法正常使用，工作環(huán)境惡劣影響作業(yè)人員的身體健康。既影響了煤礦生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益，又存在一定的安全隱患。因此，對(duì)噴霧系統(tǒng)進(jìn)行改造是非常必要的。

2 掘進(jìn)機(jī)噴霧系統(tǒng)概述

2.1 掘進(jìn)機(jī)噴霧系統(tǒng)原理

一般來(lái)講，掘進(jìn)機(jī)的除塵方式有兩種，即噴霧式和抽出式。本文主要分析噴霧式除塵。噴霧式除塵是通過(guò)噴嘴將壓力水噴出，在噴出過(guò)程中高度擴(kuò)散，最終霧化，使得空氣中的粉塵隨著水粒降下來(lái)，達(dá)到除塵的目的。噴霧式除塵可以分成內(nèi)噴霧和外噴霧。

所謂外噴霧，是將噴嘴裝在工作機(jī)構(gòu)的懸臂上，將壓力水噴向截割頭，噴出的水?dāng)U散并霧化，將截割頭包圍，實(shí)現(xiàn)降低粉塵濃度的目的。這種方式結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單、可靠性高、使用壽命長(zhǎng)，但是因?yàn)閲娮炀嚯x粉塵源比較遠(yuǎn)，導(dǎo)致降塵效果較差。

內(nèi)噴霧是指在截割頭上裝有噴嘴，噴嘴按螺旋線的形式分布，壓力水通過(guò)噴嘴射向截齒，降低空氣中粉塵濃度。這種方式因?yàn)閲娮彀惭b在截割頭，距離粉塵源近，噴霧效果好，耗水量少。但是噴嘴容易堵塞，供水管路比較復(fù)雜。

圖1 掘進(jìn)機(jī)噴霧系統(tǒng)原理示意

EBZ－160掘進(jìn)機(jī)噴霧系統(tǒng)原理示意（見(jiàn)圖1）。從圖中可以看出，該噴霧系統(tǒng)有內(nèi)噴霧和外噴霧兩套系統(tǒng)。外來(lái)水首先經(jīng)過(guò)一級(jí)過(guò)濾，之后分成兩個(gè)部分，一部分通往噴水架，由霧狀噴嘴直接噴出；另一部分經(jīng)過(guò)二級(jí)過(guò)濾、減壓、冷卻之后又分為兩部分，一部分通過(guò)截割電機(jī)后噴出，起到冷卻電機(jī)的作用，另一部分通過(guò)水泵加壓后由內(nèi)噴嘴噴出，起到冷卻截齒和除塵的作用。大量理論研究和實(shí)踐驗(yàn)證，最佳霧化效果時(shí)的水壓為2.8MPa左右，因此內(nèi)噴霧水壓約3MPa左右。

2.2 EBZ－160掘進(jìn)機(jī)內(nèi)噴霧系統(tǒng)存在的問(wèn)題

從圖1可以看出，EBZ－160掘進(jìn)機(jī)內(nèi)噴霧水從懸臂端內(nèi)部穿過(guò)，到截割頭上的噴嘴噴出，形成霧化效果實(shí)現(xiàn)降塵。從結(jié)構(gòu)上來(lái)講，為了保證截割主軸的精確性和穩(wěn)定性，一般懸臂內(nèi)部都有兩個(gè)滾動(dòng)軸承用來(lái)支撐主軸，為了確保軸承的使用壽命和可靠性，懸臂端內(nèi)部要定期添加潤(rùn)滑油。為了分開(kāi)冷卻水和潤(rùn)滑油，通常旋轉(zhuǎn)密封件使用的是四個(gè)格來(lái)圈和O型密封，不過(guò)由于井下掘進(jìn)工作面的工作環(huán)境比較惡劣，很容易出現(xiàn)密封圈失效的情況，可能引起內(nèi)噴霧系統(tǒng)出現(xiàn)以下故障。

（1）內(nèi)噴霧系統(tǒng)故障，無(wú)法正常運(yùn)行。如果內(nèi)噴霧系統(tǒng)失效，工作面會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵煤塵，污染作業(yè)環(huán)境，帶來(lái)安全隱患。而且，內(nèi)噴霧系統(tǒng)失效，不能有效的冷卻截齒，會(huì)使得截齒的壽命大大縮短。

（2）冷卻水可能與潤(rùn)滑油混合。如果密封件出現(xiàn)問(wèn)題，可能使冷卻水進(jìn)入懸臂段內(nèi)部，與潤(rùn)滑油混合，影響潤(rùn)滑油的質(zhì)量，影響軸承的可靠性和使用壽命。

（3）可能導(dǎo)致電機(jī)進(jìn)水。如果密封件失效，冷卻水進(jìn)入截割電機(jī)內(nèi)部，可能造成電機(jī)進(jìn)水，發(fā)生漏電、跳閘等故障。

（4）拆卸困難，影響掘進(jìn)進(jìn)度。由于密封件的位置在配水盤(pán)和切割主軸旋轉(zhuǎn)相交的地方，如果密封件損壞需要維修，就必須拆掉整個(gè)懸臂段。實(shí)際作業(yè)時(shí)，在井下拆卸懸臂段非常困難，影響生產(chǎn)進(jìn)度。

除了上述幾點(diǎn)與噴霧系統(tǒng)密封圈有關(guān)的故障之外，EBZ－160掘進(jìn)機(jī)內(nèi)噴霧系統(tǒng)還存在元件冗余、故障點(diǎn)多、噴嘴孔徑小、易堵塞、水源不凈等問(wèn)題。

3 掘進(jìn)機(jī)噴霧系統(tǒng)改進(jìn)方案

針對(duì)前面分析EBZ－160掘進(jìn)機(jī)內(nèi)噴霧系統(tǒng)易出現(xiàn)的問(wèn)題，通過(guò)查閱文獻(xiàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，提出了改變水路結(jié)構(gòu)和提高密封件使用壽命的改進(jìn)方案。

首先，針對(duì)懸臂段內(nèi)部可能進(jìn)水導(dǎo)致水與潤(rùn)滑油混合或者導(dǎo)致電機(jī)進(jìn)水的問(wèn)題，采取將水路結(jié)構(gòu)改在懸臂段外側(cè)的改進(jìn)方案。改進(jìn)以后，如果發(fā)生了漏水現(xiàn)象，能夠在第一時(shí)間及時(shí)發(fā)現(xiàn)并采取相應(yīng)的處理措施，避免水進(jìn)入懸臂段內(nèi)部。具體改進(jìn)方案見(jiàn)圖2，在懸臂段外部，安裝一個(gè)與懸臂段固定的軸套，即固定軸套，在軸套上設(shè)進(jìn)水孔一個(gè)，能夠直接讓靜壓水進(jìn)入；另外，在截割頭上，安裝一個(gè)隨截割頭一起旋轉(zhuǎn)的軸套，也就是旋轉(zhuǎn)軸套。靜壓水能夠流過(guò)固定軸套的進(jìn)水口和旋轉(zhuǎn)軸套的引水孔，最后達(dá)到截割頭內(nèi)，并從噴嘴噴出，實(shí)現(xiàn)霧化。

圖2 掘進(jìn)機(jī)噴霧系統(tǒng)結(jié)構(gòu)改造示意

其次，針對(duì)密封件容易失效的問(wèn)題，采取一定的管理和防護(hù)措施。由于在內(nèi)噴霧系統(tǒng)工作過(guò)程中，密封件的作用至關(guān)重要，密封件可靠性高，不僅能夠保證系統(tǒng)正常工作，還能避免掘進(jìn)機(jī)割煤過(guò)程中煤塵、粉塵等異物的進(jìn)入，造成噴霧嘴的堵塞。改造后的水路結(jié)構(gòu)，密封件的外徑和內(nèi)徑比改造前都有所增加。如果轉(zhuǎn)速相同的話，線速度就會(huì)變大，導(dǎo)致密封件的磨損速度變快、磨損程度加劇。為了提高密封件使用壽命，應(yīng)該在保證密封效果的同時(shí)，增大摩擦面的硬度和光潔度，而且在裝配的過(guò)程中，必須保證兩個(gè)軸套之間的軸向間距和旋轉(zhuǎn)密封件的同心度，不然還會(huì)發(fā)生漏水現(xiàn)象。除此之外，由于水路結(jié)構(gòu)在懸臂段外側(cè)，還應(yīng)在進(jìn)水口側(cè)采取一定的防護(hù)，避免落下的煤塊或巖石砸壞系統(tǒng)管路。

4 改造效果

1）社會(huì)效益：通過(guò)對(duì)內(nèi)噴霧系統(tǒng)水路結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化改造，不僅確保了噴霧效果，并且解決了電機(jī)進(jìn)水問(wèn)題，降低了截齒溫度，改善了工作環(huán)境。本方案能夠?yàn)槠渌旱V相同類(lèi)型的機(jī)型改造提供參考。

2）經(jīng)濟(jì)效益：根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》要求，工作面采掘設(shè)備的內(nèi)噴霧系統(tǒng)如果不能投入使用或效果不好，必須配備其它相應(yīng)的除塵降塵設(shè)備。相比附加設(shè)備的投入，優(yōu)化改造的費(fèi)用要少很多。改造后，設(shè)備維修更加方便。

3）使用效果：改造后的設(shè)備投入使用后，切割頭內(nèi)噴霧霧化范圍半徑可達(dá)1m左右，軸套溫度能夠保持在40℃上下，懸臂段漏水問(wèn)題得到解決，沒(méi)有出現(xiàn)噴嘴堵塞故障。

5 結(jié)語(yǔ)

1）通過(guò)對(duì)EBZ－160掘進(jìn)機(jī)內(nèi)噴霧系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和存在問(wèn)題的分析，提出了改進(jìn)的措施：將水路系統(tǒng)改在懸臂段外側(cè)，安裝了固定軸套和旋轉(zhuǎn)軸套，避免了靜壓水進(jìn)入懸臂段內(nèi)的問(wèn)題。另外，為了提高密封件使用壽命，要增大摩擦面的硬度和光潔度，而且裝配時(shí)要確保軸套軸向間距和旋轉(zhuǎn)密封件的同心度。

2）通過(guò)對(duì)內(nèi)噴霧系統(tǒng)水路結(jié)構(gòu)優(yōu)化改造，不僅確保了噴霧效果，而且解決了電機(jī)進(jìn)水問(wèn)題，降低了截齒溫度，改善了工作環(huán)境。改造后，軸套溫度能夠保持在40℃上下，懸臂段漏水問(wèn)題得到解決，沒(méi)有出現(xiàn)噴嘴堵塞故障，整體使用效果非常好。

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