煤礦EBZ150A型掘進機水冷系統的優化改造

張 棟

（山西長平煤業有限責任公司， 山西 晉城 048000）

引言

煤礦掘進作業為煤炭開采作業服務，并為回采工作面開采提供行人、通風和運輸通道。近年來我國煤礦開采能力大幅提升，而煤炭賦存地質條件則不斷惡化，采掘斜街緊張程度日趨嚴峻，采煤和掘進之間的矛盾更加突出，因此提高煤礦掘進作業效率是緩解采掘矛盾，實現高效掘進的基礎。目前，隨著我國煤礦智能化的發展，煤礦裝備機械化、自動化程度得到明顯提升。加大機械設備維護，實現掘進機械設備[1-2]的安全可靠運行，是提高煤礦掘進效率的保證。

1 EBZ150A型掘進機水冷系統冷卻方式

EBZ150A掘進機是在EBZ150掘進機的基礎上升級的，其具有多個優點，主要用于煤巖硬度不大于6.5的煤巷、半煤巖巷及軟巖巷道掘進，能夠下式連續切割、裝載、運輸作業。EBZ150A型掘進機由截割部、鏟板部、第一運輸機、本體部、行周部、后支承、液壓系統、水系統、潤滑系統和電氣系統構成。水系統可實現噴霧滅塵，并起到給截割電機降溫、冷卻液壓油維持熱平衡、保證液壓元件可靠運行的作用，是保證掘進機安全高效進行掘進截割作業的基礎。其中水系統分為內、外噴霧水路。外來水經過濾后分為二路，第一路經進水直接通往噴水架，由武裝噴嘴噴出；第二路經二級過濾、減壓、冷卻（冷卻液壓系統用油）再分為二路，一路經截割電機（冷卻電機）后噴出，另一路經水泵加壓（3 MPa）后由截割頭內噴出，起到冷卻截齒和滅塵作用。

2EBZ150A型掘進機水冷系統存在問題及原因分析

2.1 存在問題

長平煤礦井下地質條件復雜，瓦斯含量高，為掩護煤巷安全掘進，需要施工大量的巖巷，EBZ150A型掘進機在進行巖巷作業施工時，由于巖石強度高，掘進機需要長時間作業，功率消耗大，導致發熱量增高，就給掘進的水冷確系統提出更高的要求；加之巖巷掘進時會產生大量的粉塵，這些飄揚在空氣中的粉塵會附著在油箱外表，且掘進巷道通風量有限，從而使得油箱自然散熱效果降低。并且煤礦開采深度增加導致地溫升高，都給掘進機的冷卻系統帶來巨大的挑戰。掘進機的冷卻系統冷卻效果不理想，經常會使得掘進機在高油溫狀態下進行持續性的工作，從而導致掘進機出現較多的機電事故和較高的機電事故率，不能有效保障巷道煤礦掘進作業的安全高效運行[3-4]。

2.2 原因分析

EBZ150A型掘進機的水冷卻系統是通過水和液壓油的雙循環對液壓油進行降溫。該掘進原廠設計的水冷卻系統位于掘進機液壓油箱的外部，在液壓郵箱外部設置液壓油冷卻水箱，如下頁圖1所示。由圖可見，在掘進機郵箱上裝有一根進油管和一根出油管，在兩根油管外部裝配有冷卻水箱；并在冷卻水箱上安裝有一根進水管和一根出水管。該水冷卻系統的運行方式為：首先冷卻水通過冷卻水箱上的進水口進入，并從出水孔流出，形成冷卻水的循環；其次，掘進機運行時，油箱中的液壓油流出進入掘進機液壓系統，保證掘進機的正常運行，之后又通過液壓箱進油口回流至液壓油箱，從而形成液壓油在掘進機和油箱之間的循環。這樣使用后被加熱的液壓油就會經過冷卻水箱，從而形成熱液壓油和冷卻水兩者之間的雙循環，達到熱交互的目的，從而使得使用后的熱液壓油達到冷卻降溫的目的。

由上述冷卻系統的冷卻方式可以看出：該掘進原廠配備的冷卻系統只有在掘進機處于運行狀態時方可形成液壓油的循環，從而實現液壓油和冷卻水的雙循環，最終達到冷卻降溫的目的，如果掘進機為處于運行狀態，則不能形成液壓油的循環，冷卻系統無效，造成液壓油箱中的液壓油長時間處于高溫狀態；由于該冷卻系統僅是對包裹與冷卻水箱中的那部分進、處油管進行水循環冷卻，冷卻水和油管的接觸面積有限，冷卻效果不理想。掘進機液壓油箱內的液壓油長時間處于高溫狀態，一旦掘進機進入運行狀態，高溫液壓油進入掘進機液壓系統，很容易造成掘進機機電故障，降低掘進機使用壽命，降低掘進作業施工效率，并增加掘進機的維護成本。

圖1 EBZ150A型掘進機水冷卻系統原理圖

3 EBZ150A型掘進機水冷系統的改造

3.1 改造原則

根據上節對EBZ150A型掘進機水冷系統存在的問題和原因分析，本次對EBZ150A型掘進機水冷系統的改造要從根本上解決液壓油冷卻問題，要實現掘進機液壓油在全時段均處于可冷卻狀態，并且要提高液壓油的冷卻效率，從而降低因液壓油冷卻效果差而導致的掘進機設備故障，延長掘進機的使用壽命，降低維護成本。

3.2 改造方案

通過分析可知，目前EBZ150A型掘進機的水冷系統需要滿足液壓油的循環方可實現熱液壓油的冷卻，且冷卻面積有限，冷卻效果不佳，掘進機一旦處于非運行狀態，油箱內的液壓油則處于高溫狀態，無法得到冷卻。因此，需要改變冷卻系統的冷卻位置，不再對掘進機液壓油箱的進、出油管進行冷卻，而是直接對液壓油箱進行冷卻；并可使原先的液壓油和冷卻水雙循環方可實現冷卻的方式，變為只需冷卻水單循環即可實現冷卻，如圖2所示。具體方案如下：

1）拆除原有掘進液壓油箱外部的冷卻水箱；

2）在原掘進機油箱底部開兩個孔，一個用于進水，一個用于出水；

3）在原油箱底部鋪設完整的鋼質的冷卻水閉合循環管路，兩側開口均從油箱已開好的兩個進出水孔伸出，并將其進行焊接封閉，保證兩個開孔不漏油。

圖2 改進后的水冷卻系統原理圖

4 應用效果

該改造方案目前已在長平礦綜掘一隊進行改進應用，并進行了一年的現場應用試驗。通過對比分析綜掘一隊在進行掘進機水冷卻系統改造前后發生機電事故的數量可知進行水冷卻系統改造后，隊組發生機電事故的數量明顯減少。根據目前統計，隊組每個月可減少3次機電事故算，每次機電事故處理需要約2個班，耽誤生產約1個班，處理機電事故需要約4個人，生產班空余人員約7個人，機電配件更換按每次2 000元計算，每人每個班按400元計算，可得一個隊組每月可因此節約維修費用2.4萬元，每年可節約維修費用28.8萬元。改造后不僅能夠降低掘進機的維修費用，保證掘進機安全可靠運行，而且可以明顯提高掘進作業時間，從而提高掘進進尺，緩解礦井采掘斜街緊張局面，實現礦井掘進生產作業的安全高效。

5 結語

通過對EBZ150A型掘進機水冷卻系統的改造，將水冷卻系統安裝在掘進機液壓油箱底部，可達到液壓油全時段冷卻的目的，并且加大冷卻水管和液壓油的接觸面積，提高了冷卻效果。現場應用后，長平煤礦隊組機電事故數量得到明顯降低，從而降低了隊組機電設備的維修費用，提高了掘進效率，可在同類型掘進機中進行推廣應用。