掘進(jìn)機(jī)配水裝置的研究與改進(jìn)

田 晉

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

1 掘進(jìn)機(jī)噴霧系統(tǒng)

掘進(jìn)機(jī)的內(nèi)外噴霧系統(tǒng)主要用于滅塵、冷卻掘進(jìn)機(jī)截割部電機(jī)、降低工作面的煤塵濃度、改善掘進(jìn)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(dá)到0.75～1.00 mm[1]的范圍內(nèi)時(shí)，極易發(fā)生煤塵爆炸等安全事故，借助掘進(jìn)機(jī)內(nèi)外噴霧系統(tǒng)的及時(shí)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(jìn)機(jī)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(shí)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(jìn)機(jī)割煤時(shí)產(chǎn)生的煤塵量大而外噴霧裝置距離截割部位遠(yuǎn)，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(shí)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(xì)小顆粒，所以內(nèi)噴霧系統(tǒng)具有更好的降塵效果，實(shí)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(jìn)機(jī)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(yùn)動的2個(gè)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(jìn)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(jìn)機(jī)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(jìn)行過濾后會流入總進(jìn)液球閥，一趟水路通過減壓閥進(jìn)行減壓作業(yè)后，途經(jīng)冷卻油箱與切割電機(jī)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(jìn)行減壓，直接為高壓水，讓這路高壓水從掘進(jìn)機(jī)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(jìn)一步引至叉形架前方左右兩邊布設(shè)的加強(qiáng)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(gè)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(jìn)機(jī)內(nèi)噴霧系統(tǒng)常見故障

EBZ-120型掘進(jìn)機(jī)內(nèi)噴霧系統(tǒng)，先讓水從掘進(jìn)機(jī)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(jìn)而來降低礦井煤塵。為使采煤機(jī)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(gè)滾動軸承來更牢固地支撐主軸，同時(shí)應(yīng)為軸承添加潤滑油。但因礦井掘進(jìn)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(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）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(gè)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(fèi)大量時(shí)間，影響礦井正常生產(chǎn)[4]。

EBZ-120型掘進(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(jìn)機(jī)配水裝置的研究改進(jìn)

基于某單位EBZ-120型掘進(jìn)機(jī)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(xiàn)與進(jìn)行必要的現(xiàn)場試驗(yàn)，提出耐用經(jīng)濟(jì)的即時(shí)注油噴霧滅塵迷宮密封配水裝置結(jié)構(gòu)方案，重點(diǎn)研究現(xiàn)有掘進(jìn)機(jī)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(jìn)機(jī)滅塵輸水密封結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，采用多組迷宮溝槽設(shè)計(jì)，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(qiáng)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(shí)際應(yīng)用壽命相當(dāng)較短的問題，在滿足實(shí)際使用要求的前提下，一方面易損密封部件的實(shí)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(yùn)行。但值得注意的是在裝配的時(shí)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(dá)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(jì)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(jī)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(jìn)機(jī)內(nèi)噴霧壽命短、實(shí)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(jìn)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(jì)價(jià)值顯而易見。

（3）推廣應(yīng)用前景

根據(jù)市場調(diào)研，掘進(jìn)機(jī)內(nèi)噴霧市場需求量越來越大，神華集團(tuán)公司、川煤集團(tuán)、神華集團(tuán)、潞安集團(tuán)、寧煤集團(tuán)、平頂山集團(tuán)等許多大型礦業(yè)集團(tuán)都迫切需要解決該技術(shù)難點(diǎn)，預(yù)計(jì)在國內(nèi)掘進(jìn)機(jī)保有量為1 800臺左右，所以該項(xiàng)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(fèi)用更少。且改造后設(shè)備日常維護(hù)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(yàn)以來，試驗(yàn)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(jìn)生產(chǎn)創(chuàng)造良好的條件。