掘進機配水裝置的研究與改進

田 晉

（山西晉城煤業(yè)集團技術(shù)研究院神悅節(jié)能公司，山西晉城 048006）

1 掘進機噴霧系統(tǒng)

掘進機的內(nèi)外噴霧系統(tǒng)主要用于滅塵、冷卻掘進機截割部電機、降低工作面的煤塵濃度、改善掘進工作面的生產(chǎn)環(huán)境，這有助于更好地保障礦井安全生產(chǎn)。如若當(dāng)煤塵濃度達到0.75～1.00 mm[1]的范圍內(nèi)時，極易發(fā)生煤塵爆炸等安全事故，借助掘進機內(nèi)外噴霧系統(tǒng)的及時噴霧可顯著降低礦井煤塵濃度。

外噴霧系統(tǒng)主要是把噴嘴裝設(shè)于掘進機懸臂段，讓噴出的水大致集中在截割頭部位，噴出的水?dāng)U散并霧化，充分包圍于截割頭四周，以有效降低煤塵濃度。外噴霧系統(tǒng)實際構(gòu)造及工作原理都相對較簡單，與內(nèi)噴霧系統(tǒng)相比，具有更高的可靠性與更長的使用壽命，但是由于掘進機割煤時產(chǎn)生的煤塵量大而外噴霧裝置距離截割部位遠，所以降塵效果不好。

內(nèi)噴霧系統(tǒng)經(jīng)過懸臂段內(nèi)部水路由截割頭之間的噴嘴噴出，水壓處于高壓狀態(tài)，高壓水霧噴出后能長時間停留、懸浮在工作面環(huán)境中，大大降低煤塵濃度，而且可以捕捉煤塵中的細小顆粒，所以內(nèi)噴霧系統(tǒng)具有更好的降塵效果，實際耗水量也相對較少，但內(nèi)噴霧系統(tǒng)也存在很多不足，如噴嘴較易堵塞，所用供水管路也相對較復(fù)雜。

目前的掘進機為了能把冷卻水和潤滑油分隔開，采用格蘭圈和0型密封圈來作為旋轉(zhuǎn)密封，懸臂段內(nèi)部有用以支撐切割主軸做旋轉(zhuǎn)運動的2個圓錐滾子軸承[2]，因此在生產(chǎn)過程中，必須定期加注潤滑油來確保軸承的使用壽命。但是由于井下掘進工作面的工作環(huán)境較差，懸臂段內(nèi)主軸與內(nèi)噴霧格蘭圈組成的配水裝置因磨損而很快漏水，經(jīng)常因密封圈和其他原因造成密封件失效導(dǎo)致內(nèi)噴霧系統(tǒng)不能發(fā)揮作用。

所以內(nèi)噴霧系統(tǒng)存在使用壽命短、噴嘴易堵等問題。特別是內(nèi)噴霧配水裝置不能維修，損壞后不易更換，使得內(nèi)噴霧裝置形同虛設(shè)。

2 EBZ-120型掘進機內(nèi)、外噴霧系統(tǒng)原理

內(nèi)、外噴霧冷卻除塵系統(tǒng)如圖1所示。井下輸水管送來的水經(jīng)過Y型過濾器進行過濾后會流入總進液球閥，一趟水路通過減壓閥進行減壓作業(yè)后，途經(jīng)冷卻油箱與切割電機等設(shè)備，再流至前端的霧狀噴嘴架位置噴出。另一趟水路不流經(jīng)減壓閥設(shè)備，不進行減壓，直接為高壓水，讓這路高壓水從掘進機截割部位截割頭處的噴嘴噴出，在無內(nèi)噴霧的情況下，可把此路水進一步引至叉形架前方左右兩邊布設(shè)的加強型外噴霧處的噴嘴噴出。內(nèi)噴霧配水裝置安裝在懸臂段內(nèi)，噴嘴分別安裝在截割頭的齒座之間；外噴霧噴霧架固定在懸臂筒法蘭上，通常裝設(shè)10個霧狀噴嘴[3]。

圖1 內(nèi)、外噴霧冷卻除塵系統(tǒng)原理圖

3 EBZ-120型掘進機內(nèi)噴霧系統(tǒng)常見故障

EBZ-120型掘進機內(nèi)噴霧系統(tǒng)，先讓水從掘進機懸臂段內(nèi)部穿過，再到截割頭部位相鄰兩截齒間的噴嘴噴出，讓水變?yōu)楦邏红F化狀，進而來降低礦井煤塵。為使采煤機的截割主軸更穩(wěn)定，通常應(yīng)為懸臂段內(nèi)部裝設(shè)兩個滾動軸承來更牢固地支撐主軸，同時應(yīng)為軸承添加潤滑油。但因礦井掘進工作面的作業(yè)環(huán)境一般較惡劣，傳統(tǒng)密封系統(tǒng)更易失效，會產(chǎn)生嚴(yán)重不良后果。

（1）密封失效，嚴(yán)重影響工作面降塵效果，產(chǎn)生的大量煤塵會嚴(yán)重危害施工人員人身健康。

（2）若密封發(fā)生故障，造成冷卻水意外流入懸臂段內(nèi)部，這些水與潤滑油發(fā)生混合后，嚴(yán)重影響潤滑油質(zhì)量，縮短軸承正常使用壽命。

（3）冷卻水進入截割電機內(nèi)部，可能造成電機進水，發(fā)生漏電、跳閘等故障。

（4）密封件位于配水盤和切割主軸旋轉(zhuǎn)相結(jié)合的部位，如果密封件損壞需要維修或更換，需把整個懸臂段都拆除。但在日常生產(chǎn)作業(yè)中，懸臂段一般不易拆除，拆除會耗費大量時間，影響礦井正常生產(chǎn)[4]。

EBZ-120型掘進機內(nèi)噴霧系統(tǒng)還存在元件冗余、故障點多、噴嘴孔徑小、易堵塞、水源不凈等問題，而且如果內(nèi)噴霧系統(tǒng)失效還會影響截齒的壽命。

4 對EBZ-120型掘進機配水裝置的研究改進

基于某單位EBZ-120型掘進機內(nèi)噴霧系統(tǒng)在日常生產(chǎn)作業(yè)中較易出現(xiàn)的問題，通過查閱相關(guān)文獻與進行必要的現(xiàn)場試驗，提出耐用經(jīng)濟的即時注油噴霧滅塵迷宮密封配水裝置結(jié)構(gòu)方案，重點研究現(xiàn)有掘進機械用內(nèi)噴霧配水裝置，研發(fā)懸臂段的配水裝置及密封性能。

新的配水裝置屬于液路密封結(jié)構(gòu)，主要涉及掘進機滅塵輸水密封結(jié)構(gòu)的改進，采用多組迷宮溝槽設(shè)計，對水產(chǎn)生阻力，使阻力趨于無窮大，降低泄漏水流的壓力和流量。

用靜密封與多重迷宮式密封，并輔以注入密封填充物結(jié)構(gòu)，可顯著增強迷宮式密封能力，用迷宮式密封替代原配水盤所用的單一滑動配合的密封，這樣可很好地解決輸水降塵用水密封結(jié)構(gòu)實際應(yīng)用壽命相當(dāng)較短的問題，在滿足實際使用要求的前提下，一方面易損密封部件的實際使用壽命得到了有效延長，另一方面本部設(shè)備本身也可起到無水啟動或無水運行。但值得注意的是在裝配的時候需要保證配水裝置與懸臂段的空間配合及安裝、維修、更換等問題。另外，影響噴霧系統(tǒng)的執(zhí)行元件—噴嘴的選取也非常重要，為達到理想的噴霧滅塵效果，應(yīng)合理選擇噴嘴[5]。

5 改造效果

（1）經(jīng)濟效益

依據(jù)規(guī)程規(guī)定，工作面的采掘設(shè)備內(nèi)噴霧系統(tǒng)如果使用效果不好，需要另外配備除塵設(shè)備，與附加除塵設(shè)備需投入的資金相比，此種改造所需資金更少，可節(jié)約部分礦井生產(chǎn)成本，且經(jīng)改造后的設(shè)備用起來也更便利，更高效。

（2）社會效益分析

減少更換減速機的次數(shù)，以前由于管路滲水，造成油水混合，減速器各部件潤滑效果不好，各部件經(jīng)常容易損壞，改造后在使用中沒更換過減速器及零部件，節(jié)省人力，降低零部件消耗[6]。

保證安全生產(chǎn)，改造后的內(nèi)噴霧效果很好，能抑塵，節(jié)省截齒，消滅截割火花的產(chǎn)生[7]。

該技術(shù)專為解決掘進機內(nèi)噴霧壽命短、實踐中不起作用的問題以及懸臂段主軸使用過程中易損壞的問題，提高煤礦行業(yè)掘進設(shè)備工作面的除塵水平，為工作面人員的工作環(huán)境改善提供更加有效的手段，其綜合經(jīng)濟價值顯而易見。

（3）推廣應(yīng)用前景

根據(jù)市場調(diào)研，掘進機內(nèi)噴霧市場需求量越來越大，神華集團公司、川煤集團、神華集團、潞安集團、寧煤集團、平頂山集團等許多大型礦業(yè)集團都迫切需要解決該技術(shù)難點，預(yù)計在國內(nèi)掘進機保有量為1 800臺左右，所以該項目成果具有很廣闊的市場前景[8]。

6 結(jié)語

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，必須配備其他相應(yīng)的除塵降塵設(shè)備。與附加設(shè)備所需的投入相比，優(yōu)化改造的費用更少。且改造后設(shè)備日常維護維修作業(yè)也更加方便。

該技術(shù)在某礦開始裝配工業(yè)性試驗以來，試驗效果非常明顯，系統(tǒng)壓力穩(wěn)定在2～3 MPa，懸臂段未發(fā)生漏水現(xiàn)象，內(nèi)噴霧霧化范圍大于1m，軸套溫度一直穩(wěn)定在40℃左右，為井下掘進生產(chǎn)創(chuàng)造良好的條件。