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

孫 敏

（陽(yáng)煤集團(tuán)二礦調(diào)度室機(jī)掘二隊(duì)， 山西 陽(yáng)泉 045000）

引言

掘進(jìn)機(jī)作為煤礦井下綜掘工作面最重要的機(jī)器，在工作過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵，不僅影響工作進(jìn)度，而且會(huì)對(duì)工人身體造成嚴(yán)重?fù)p害，導(dǎo)致塵肺病等的發(fā)生，所以抑塵降塵工作尤為重要。當(dāng)前主要的降塵措施是掘進(jìn)機(jī)自帶的內(nèi)外噴霧系統(tǒng)噴霧降塵，但使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)降塵效果很不理想，主要原因是截齒深入煤層后內(nèi)噴霧系統(tǒng)大多堵塞失效，失去噴霧作用；外噴霧由于距離截割頭較遠(yuǎn)，且噴霧壓力低，降塵效果也很有限。本文研究的EBZ-120型掘進(jìn)機(jī)屬于懸臂式掘進(jìn)機(jī)，應(yīng)用于巷道斷面不大的巷道，調(diào)動(dòng)方便、穩(wěn)定可靠、截割效率高，可以在包括煤巷、半煤巖巷及較軟巖巷中實(shí)現(xiàn)連續(xù)掘進(jìn)目的。當(dāng)前噴霧系統(tǒng)效率低、易失效且難維護(hù)，導(dǎo)致了掘進(jìn)面工作環(huán)境非常惡劣。因此，亟需對(duì)掘進(jìn)機(jī)噴霧系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)。

1 掘進(jìn)機(jī)噴霧系統(tǒng)組成及原理

霧化除塵的原理是壓力水經(jīng)噴嘴噴出，高壓使水流實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散和霧化噴向截割頭及煤壁，霧化后的水珠與空氣中粉塵顆粒結(jié)合并實(shí)現(xiàn)自然沉降。當(dāng)前掘進(jìn)機(jī)截割臂上設(shè)置外噴霧系統(tǒng)，截齒上設(shè)置內(nèi)噴霧系統(tǒng)。

外噴霧系統(tǒng)是指在截割搖臂兩側(cè)分別設(shè)置一排噴嘴，掘進(jìn)機(jī)工作時(shí)井下壓力水從噴嘴射向截割頭部分進(jìn)行除塵，因水壓一般不高，其霧化效果較差，且其距離截割頭較遠(yuǎn)，故除塵效果不佳。但其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、不易堵塞和損壞，可以長(zhǎng)期使用[1]。

內(nèi)噴霧系統(tǒng)是指均勻布置在截割頭上截齒間隙的噴嘴，其與截齒一樣呈螺旋分布，掘進(jìn)機(jī)開啟后壓力水從噴嘴射出水霧覆蓋截齒，實(shí)現(xiàn)霧化降塵的同時(shí)對(duì)截齒進(jìn)行濕潤(rùn)和降溫。這種方法可以實(shí)現(xiàn)從產(chǎn)塵源處壓制粉塵的產(chǎn)生和擴(kuò)散，效果好且耗水較少。但因其裝設(shè)在截割頭上，截割頭工作時(shí)需割入煤壁，故其噴嘴極易堵塞，失去效果，且目前內(nèi)噴霧系統(tǒng)的供水系統(tǒng)由掘進(jìn)臂內(nèi)部通入，非常難以拆卸和維護(hù)。EBZ-120型掘進(jìn)機(jī)噴霧系統(tǒng)組成如下圖1所示，由圖1可以看出掘進(jìn)機(jī)內(nèi)外噴霧的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及組成，井下靜壓水經(jīng)過(guò)濾器過(guò)濾后由三通分別流向外噴霧和內(nèi)噴霧系統(tǒng)，外噴霧系統(tǒng)部分經(jīng)過(guò)球閥控制直接噴灑出去；流向內(nèi)噴霧部分經(jīng)二級(jí)過(guò)濾及減壓閥后經(jīng)冷卻器部分進(jìn)行冷卻，后由三通分為兩路，一部分繞切割電機(jī)流動(dòng)對(duì)電機(jī)進(jìn)行冷卻后由噴嘴噴出；另一部分經(jīng)小型柱塞泵進(jìn)行加壓后從截割頭上部噴嘴噴出進(jìn)行降塵和冷卻濕潤(rùn)截齒。EBZ-120型掘進(jìn)機(jī)噴霧系統(tǒng)常用外噴霧水壓約為2 MPa，內(nèi)噴霧水壓約為3 MPa。經(jīng)試驗(yàn)，此時(shí)霧化效果良好。

圖1 掘進(jìn)機(jī)噴霧系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意

2 噴霧系統(tǒng)存在問(wèn)題

根據(jù)圖1可以發(fā)現(xiàn)，EBZ-120型掘進(jìn)機(jī)的內(nèi)噴霧的走水結(jié)構(gòu)鑲嵌在掘進(jìn)臂內(nèi)部，后經(jīng)截割頭流出，從而實(shí)現(xiàn)噴霧除塵。按照系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，為保障截割臂軸線的穩(wěn)定和精確，掘進(jìn)臂內(nèi)部會(huì)設(shè)置兩組滾動(dòng)軸承對(duì)主軸支撐和定位。這種結(jié)構(gòu)也就要求在掘進(jìn)臂內(nèi)部的軸承處需按時(shí)加入潤(rùn)滑油進(jìn)行維護(hù)，保障其使用年限和工作穩(wěn)定性。為了使水路系統(tǒng)與潤(rùn)滑油隔離，通常采用的辦法是利用O型密封墊及幾組格萊圈進(jìn)行旋轉(zhuǎn)密封。但由于掘進(jìn)迎頭工作條件惡劣，環(huán)境復(fù)雜，伴隨著劇烈的振動(dòng)和撞擊，密封措施經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)磨損失效，這就會(huì)導(dǎo)致下述一系列問(wèn)題：

1）噴霧水與潤(rùn)滑油造成混合。若格萊圈及O型密封墊發(fā)生磨損破壞，則壓力水進(jìn)入截割臂軸承處造成與軸承混合，嚴(yán)重影響潤(rùn)滑油的品質(zhì)和作用效果，從而間接降低了滾動(dòng)軸承的作用及使用年限。

2）內(nèi)噴霧系統(tǒng)損壞失效。若破碎的格萊圈或O型密封墊流入內(nèi)噴霧水路系統(tǒng)，則可能導(dǎo)致噴霧系統(tǒng)堵塞失效，從而導(dǎo)致工作時(shí)大量粉塵產(chǎn)生，對(duì)掘進(jìn)工作面環(huán)境造成嚴(yán)重污染，影響操作和工人健康。同時(shí)失去了內(nèi)噴霧對(duì)截齒的濕潤(rùn)和冷卻效果，截齒截割效率下降，且使用壽命也會(huì)明顯降低，造成極大的工作困難和經(jīng)濟(jì)損失。

3）造成電機(jī)進(jìn)水。密封措施失效后，靜壓水可能會(huì)進(jìn)入截割電機(jī)處，從而導(dǎo)致電機(jī)進(jìn)水，出現(xiàn)漏電或跳閘的問(wèn)題。

4）維護(hù)困難。因?yàn)槊芊馊ξ恢梦挥谇懈钚D(zhuǎn)軸及配水盤交錯(cuò)處，若發(fā)生損壞必須將掘進(jìn)機(jī)前部整個(gè)掘進(jìn)臂拆除才能維修，嚴(yán)重影響進(jìn)度。

除了上述問(wèn)題，EBZ-120型掘進(jìn)機(jī)的噴霧還有結(jié)構(gòu)原件冗雜、中間環(huán)節(jié)過(guò)多、噴嘴位置、口徑設(shè)置待優(yōu)化及過(guò)濾精度不夠，噴嘴易堵等明顯問(wèn)題。

3 水路改進(jìn)及優(yōu)化

根據(jù)前面對(duì)掘進(jìn)機(jī)噴霧系統(tǒng)存在問(wèn)題的分析，經(jīng)過(guò)不斷地實(shí)驗(yàn)研究和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，以下提出了幾點(diǎn)改進(jìn)和優(yōu)化方案。

1）對(duì)于掘進(jìn)臂內(nèi)部水路通過(guò)可能造成水進(jìn)入潤(rùn)滑油或電機(jī)進(jìn)水等問(wèn)題，擬采用將內(nèi)噴霧走水結(jié)構(gòu)外置的方案。在懸臂外部設(shè)置條狀鋼保護(hù)槽對(duì)水路進(jìn)行固定和保護(hù)。這樣設(shè)置以后，一旦發(fā)生漏水或堵塞可以快速發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行維護(hù)，有效避免了水進(jìn)入截割臂，同時(shí)使故障維護(hù)變得更加簡(jiǎn)單可行。具體的操作原理圖如圖2，在截割臂外端裝設(shè)和截割臂固定的軸套護(hù)槽，在護(hù)槽上開出走水孔，使靜壓水進(jìn)入；在截割頭上裝設(shè)和截割頭固定的軸套，其隨截割頭一起旋轉(zhuǎn)。噴霧系統(tǒng)水經(jīng)掘進(jìn)臂上軸套預(yù)留口進(jìn)入后到達(dá)旋轉(zhuǎn)軸套，經(jīng)軸套上的導(dǎo)水口進(jìn)入截割頭，最終由噴嘴噴出實(shí)現(xiàn)霧化降塵[2-3]。

2）對(duì)于格萊圈等密封措施易損壞的問(wèn)題，進(jìn)行一定的防護(hù)和管理。在掘進(jìn)機(jī)噴霧系統(tǒng)工作時(shí)，密封措施起到重要作用，密封圈可靠耐用不僅保障了系統(tǒng)的穩(wěn)定正常運(yùn)行，還能夠防止煤塵、巖粒等雜物進(jìn)入堵塞損壞噴嘴。改進(jìn)后的噴霧系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，密封格萊圈及O型圈內(nèi)外徑均有所加大。在相同轉(zhuǎn)速情況下，其線速度也有所增加，加快了其磨損程度，降低其使用壽命。因此將密封件的摩擦面光滑程度和硬度均適當(dāng)增大，同時(shí)不影響其裝配和使用密封效果。在安裝時(shí)必須保障兩個(gè)軸套的軸向間距和旋轉(zhuǎn)密封保持同一中心，不然可能會(huì)出現(xiàn)漏水現(xiàn)象。此外，在進(jìn)水口處應(yīng)加大防護(hù)槽的強(qiáng)度和厚度，防止落煤或落石損壞系統(tǒng)[4]。

圖2 內(nèi)噴霧水路外置改進(jìn)示意圖

4 應(yīng)用效果

經(jīng)過(guò)改造后的噴霧系統(tǒng)在潞安常村礦進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，實(shí)踐發(fā)現(xiàn)改造后的系統(tǒng)使用效果明顯，且發(fā)現(xiàn)堵塞等情況后維護(hù)方便，電機(jī)進(jìn)水情況不再發(fā)生，內(nèi)噴霧效果明顯提高，截齒濕潤(rùn)冷卻情況正常。工作面環(huán)境得到顯著改善。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，改造后內(nèi)噴霧霧化覆蓋直徑可達(dá)1.8 m，完全覆蓋截割頭產(chǎn)塵部分。軸套溫度在45℃以下，且無(wú)漏水現(xiàn)象發(fā)生。

5 結(jié)論

把EBZ-120型掘進(jìn)機(jī)原本由截割臂內(nèi)部通過(guò)的內(nèi)噴霧水路系統(tǒng)置于截割臂外部，并在截割臂和截割頭處分別裝設(shè)固定軸套及旋轉(zhuǎn)軸套，在截割臂上設(shè)置管路系統(tǒng)保護(hù)槽，解決了水進(jìn)入截割臂內(nèi)與潤(rùn)滑油混合的問(wèn)題。同時(shí)，通過(guò)提高密封件摩擦面的光滑度和硬度，并加強(qiáng)維護(hù)，安裝時(shí)保證其與軸套在同一圓心，從而提高了密封設(shè)施的耐用度和密封效果。