采煤機(jī)噴霧結(jié)構(gòu)的改進(jìn)與應(yīng)用

李 強(qiáng)

（山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)南河煤業(yè)有限公司，山西晉城 048400）

0 引言

采煤機(jī)是煤礦井下一種重要的采煤設(shè)備，其工作狀況的好壞將直接影響到礦井采煤效率，而礦井工作環(huán)境惡劣，井下不僅存在大量的易燃易爆氣體，而且采煤機(jī)采煤過程中還易產(chǎn)生大量的粉塵，這些易燃易爆氣體與粉塵，一方面會影響礦井采煤效率，另一方面還嚴(yán)重威脅著礦井安全生產(chǎn)，而礦井所用的MG300/7000WD型電牽引采煤機(jī)采煤機(jī)噴霧系統(tǒng)在日常作業(yè)中供水量小、霧化效果差，很難滿足采煤實(shí)際需求，對此，急需了解MG300/7000WD型采煤機(jī)噴霧系統(tǒng)現(xiàn)存問題，并及時(shí)采用相關(guān)措施進(jìn)行改進(jìn)。

1 改進(jìn)前采煤機(jī)噴霧系統(tǒng)問題

某煤礦中的某個工作面MG300/7000WD電牽引采煤機(jī)噴霧系統(tǒng)所采用的供水管道均設(shè)有17 mm的高壓軟管，這些軟管不具有較大的供水量和噴水壓力，導(dǎo)致其無法產(chǎn)生較好的冷卻效果，出現(xiàn)了較大的損失[1]。

（1）采煤機(jī)噴霧系統(tǒng)中所采用的進(jìn)水主管主要包含了兩個通道：第一條通道主要包含了泵水、軸箱及左搖桿電機(jī)3種水通道，主要采用左搖桿噴嘴來進(jìn)行噴射；第二條通道主要包含了右搖臂電機(jī)及外搖臂噴射水箱2種水通道。噴霧系統(tǒng)配置的搖臂不具有較好的冷卻效果，但是煤機(jī)噴淋系統(tǒng)不具有較高的壓力，水壓只可以維持在2.1 MPa，導(dǎo)致滾筒缺少噴霧，無法發(fā)揮較好的霧化效果，產(chǎn)生較大的損失[2]。

（2）采煤機(jī)需要用水時(shí)，一般都是由冷卻體系中出水，壓力常常無法達(dá)到要求，導(dǎo)致噴霧的效果不佳。在生產(chǎn)過程中，外部噴霧無法取得較好的效果，極易被煤塵所覆蓋，進(jìn)而對噴霧降塵的效果造成了影響。

（3）搖臂上部的噴管極易破碎，必須隨時(shí)停止液壓軟管的供液，及時(shí)更換。若高壓管道內(nèi)部的水壓小于8 MPa時(shí)，噴管會出現(xiàn)破壞，導(dǎo)致工作人員的傷亡，存在較大的風(fēng)險(xiǎn)問題[3]。

2 噴霧結(jié)構(gòu)改進(jìn)

2.1 供水管路

在采煤機(jī)運(yùn)行的過程中，為了提升降塵的效果，可以提升噴霧系統(tǒng)的供水壓力。這種方法不僅會提高設(shè)備的負(fù)荷，使采煤機(jī)維持較高的功耗狀況，而且也增強(qiáng)了管道的震動，出現(xiàn)嚴(yán)重的損壞。由于噴射泵輸出的水量較小，因此空載循環(huán)將會增加水箱水的溫度。在煤炭開采的過程中形成了較多的水霧，對采煤機(jī)司機(jī)的視野造成了影響，導(dǎo)致開采效率不斷降低，造成了極大的安全隱患。對于這種狀況，對噴霧冷卻體系進(jìn)行了完善，提出了相應(yīng)的改善方案，分別開展了持續(xù)測試，最終選擇了雙向供水的方案[4]。首先將泵水噴射到單向供水管道的工作面中，之后采用兩路供水：一路為標(biāo)準(zhǔn)的液壓軟管，其直徑為36 mm，另一路則需要用直徑為28 mm的管路進(jìn)行配合。此時(shí)，供水管道的直徑及水量不斷提升，水的溫度持續(xù)降低，噴霧效果得到提升。

2.2 冷卻系統(tǒng)

改良之后的進(jìn)水管主管是由反沖洗先導(dǎo)閥所構(gòu)成，其主要包含4個通道：第一條通道通過泵電機(jī)水通道，泵利用軸箱水與左滾筒噴嘴形成連接；第二條通道通過左搖臂電機(jī)水道，并將該搖臂與外端噴嘴形成連接；第三條通道在經(jīng)過水槽之后，與右滾筒的噴嘴形成連接；第四條通道利用右搖臂電機(jī)水通道與右搖臂的噴嘴形成連接[5]。

2.3 噴霧裝置

在優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程中，將全新的外噴設(shè)備配置在采煤機(jī)上，以避免煤體切割過程中噴霧結(jié)構(gòu)被覆蓋。當(dāng)對外噴霧塊進(jìn)行優(yōu)化改良之后，原有的霧化噴嘴得到改良，由以往的1個轉(zhuǎn)變?yōu)?個。如圖1所示，上、下兩個霧化噴嘴分別設(shè)置于滾筒切割的頂部及底部[6]。

圖1 采煤機(jī)噴霧裝置改進(jìn)

2.4 管路護(hù)板

在原來上護(hù)板的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)相應(yīng)的下護(hù)板，以保護(hù)左、右搖臂的噴霧設(shè)備。圖2所示為左搖臂護(hù)板的三維立體圖。

圖2 增設(shè)的左搖臂護(hù)板的三維示意圖

3 噴霧結(jié)構(gòu)材料選擇及強(qiáng)化措施

3.1 合理選擇噴霧結(jié)構(gòu)材料

在生產(chǎn)的過程中，采煤機(jī)噴霧構(gòu)造常常會受到?jīng)_擊力、壓應(yīng)力等多種力的影響，同時(shí)煤層內(nèi)部存在的一些雜質(zhì)也會與噴霧結(jié)構(gòu)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。因此，在設(shè)計(jì)的時(shí)候應(yīng)當(dāng)采用質(zhì)量最佳的材料。噴霧結(jié)構(gòu)所運(yùn)用的材料不僅要具備較高的耐磨性，而且要具有較強(qiáng)的耐腐蝕性及抗沖擊性。例如42CrMo、35CrMnsi等合金結(jié)構(gòu)鋼，可以用這種材料來制作噴霧結(jié)構(gòu)，這種材料具有較強(qiáng)的鍛造性和耐腐蝕性[7]。

3.2 利用表面強(qiáng)化技術(shù)

在制作噴霧結(jié)構(gòu)的時(shí)候，一般會采用熱噴技術(shù)，并在該結(jié)構(gòu)周圍加設(shè)相應(yīng)的耐磨合金。這樣不僅可以增強(qiáng)噴霧結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，而且可以提升該結(jié)構(gòu)的耐磨性，極大避免了截齒刀頭的損壞。其中，激光熔覆技術(shù)主要是在噴霧結(jié)構(gòu)的表面融入相應(yīng)的高合金材料，以生成一種保護(hù)層，不僅可以增強(qiáng)高截齒表面的強(qiáng)度及耐磨性，而且可以提升使用年限。經(jīng)過相關(guān)試驗(yàn)得出，噴霧結(jié)構(gòu)在利用激光熔覆技術(shù)之后，其使用年限得到極大提升，達(dá)到了未采用該技術(shù)的噴霧結(jié)構(gòu)的3倍。同時(shí)，噴霧結(jié)構(gòu)因具有較好的耐磨涂層而不易產(chǎn)生變形。目前，等離子束表面冶金技術(shù)作為一種新興的技術(shù)，其主要以噴涂、焊接等技術(shù)為基礎(chǔ)，可以對粉末進(jìn)行隨意配比，然后再與噴霧結(jié)構(gòu)的基體材料相結(jié)合，最終取得了有效的合金層。這種形式可以極大提升噴霧結(jié)構(gòu)的使用壽命，進(jìn)而使采煤機(jī)的維護(hù)費(fèi)用得到降低、經(jīng)濟(jì)效益得以提升[8]。

4 應(yīng)用效果

在采煤機(jī)噴射設(shè)備優(yōu)化改良之后，對其進(jìn)行了工業(yè)運(yùn)用，在實(shí)際應(yīng)用的過程中，該設(shè)備始終維持良好的狀態(tài)，工作面的降塵效果得到顯著提升，內(nèi)部的噴水量不斷增加，水溫持續(xù)降低，采煤機(jī)各個部位都具有較高的冷卻效果，噴頭使用較久，外噴管道得到了較好的保護(hù)，并且不會再產(chǎn)生管道磨損的問題，保障了工作人員的安全，提升了生產(chǎn)的效率。

（1）減少生產(chǎn)的成本。通過降低采煤機(jī)的能耗來提升冷卻效果，從而極大降低采煤機(jī)的能耗。不僅減少了截齒的更換周期和工作面的灰塵，而且提升了開采效率，增強(qiáng)了工作面的安全性。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)可知，在對噴霧結(jié)構(gòu)進(jìn)行改良之前，每割一刀截齒的平均消耗量為9.326個。在2019年2-9月該工作面對改良之后的采煤機(jī)開展了試驗(yàn)，改良后每刀截齒的平均消耗量為4.22個。假定每一個截齒的價(jià)格為125元，每一刀割煤將會減少638.25元的成本。根據(jù)相應(yīng)的切割頻率來進(jìn)行計(jì)算，1年可以減少139.77萬元。在對噴霧結(jié)構(gòu)進(jìn)行改良之后，開展試驗(yàn)的8個月內(nèi)其截齒的消耗量如表1所示。

表1 改進(jìn)采煤機(jī)噴霧結(jié)構(gòu)后統(tǒng)計(jì)截齒損耗情況

（2）確保了煤體的質(zhì)量。在外部噴霧設(shè)備中，分別將截止閥設(shè)置在兩個高壓軟管上，有助于獨(dú)立地控制。它可以對外部噴霧的流動速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以隨時(shí)停止，同時(shí)不需要進(jìn)行外部噴涂，極大確保了煤炭的質(zhì)量。

（3）改善工作的環(huán)境，保障工作人員的安全。在采煤機(jī)的外噴裝置之后再次配置外部噴霧，水可以由采煤機(jī)的進(jìn)水口引入，不需要實(shí)施減壓處理。噴霧壓力始終維持在有效的范圍內(nèi)，從而極大改善了降塵問題，同時(shí)也改善了工作的環(huán)境及質(zhì)量。與現(xiàn)存的搖臂結(jié)構(gòu)相結(jié)合，對左、右搖臂的下護(hù)板進(jìn)行設(shè)計(jì)制作。這樣就可以對采煤機(jī)的噴水管加以保護(hù)，不僅不會受到落石的損壞，而且在煤巖運(yùn)行的過程中也不會受到下方煤巖的影響。

5 結(jié)束語

噴霧系統(tǒng)的供水形式為2路供水，并將液壓膠管的直徑進(jìn)行更換，由19 mm轉(zhuǎn)變?yōu)?5 mm。霧化噴嘴也增加至3個，上、下噴頭分別以不同的角度配置在滾筒的割頂及割底部。采用下護(hù)板來保護(hù)左右臂的噴霧管。噴霧結(jié)構(gòu)所采用的材料為合金鋼，運(yùn)用激光熔覆技術(shù)在噴霧結(jié)構(gòu)的表面噴涂相應(yīng)的高合金材料，以實(shí)施保護(hù)作用。對改良之后的噴霧結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用，取得了顯著的降塵效果，實(shí)現(xiàn)了最佳的噴霧水壓，截齒消耗也得到了顯著的改善。