采煤機截割電機冷卻水保護裝置分析

申高紅

（山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司望云煤礦分公司，山西 晉城 048400）

山西蘭花礦的采煤機使用過程中電機很容易發(fā)熱，為了避免這種故障，該礦采用了冷卻水對電機進行冷卻。在采用冷卻水進行冷卻時，采煤機的截割電機仍然發(fā)生了燒毀問題。對燒壞的電機進行拆解分析，90%的電機是因為冷卻水的流量不夠，或者水壓太小，而采煤機司機沒有立即停機檢查，導致電動機絕緣下降，繼而發(fā)生接地甚至燒壞的事故。針對此問題，設計了采煤機截割電機冷卻水保護裝置。

1 冷卻水保護裝置簡介

冷卻水保護裝置的作用原理是根據截割電機的溫度來調節(jié)水流流量，它主要是由水流壓力傳感器、PLC編程控制器和防爆報警器等輔助元件組成，如圖1。

如圖1所示，采煤機冷卻水路保護裝置包括進水入水分配閥，水分配閥分出五路，兩路去了左右內噴霧，三路通過內部減壓后進入外噴霧，噴向煤壁。第一路未減壓直接進入左內噴霧；第二路未減壓直接進入右內噴霧；第三路進入截割電動機、水流壓力傳感器、搖臂、外噴霧，噴向煤壁；第四路進入截割電動機、水流壓力傳感器、搖臂、外噴霧，噴向煤壁；第五路通過三通分開兩路，一路連接水流壓力傳感器、調高電動機、左牽引電動機、單噴嘴，噴向煤壁，另一路連接水流壓力傳感器、右牽引電動機、單噴嘴，噴向煤壁。內噴霧進水壓力4 MPa，外噴霧通過水分配閥內部減壓后，出水壓力1.5 MPa。

圖1 截割電機冷卻水保護裝置結構示意圖

在保護裝置中水流壓力傳感器的主要作用是采集冷卻水的實時壓力，并將采集來的數據傳遞給PLC可編程控制器。PLC根據采集來的信號做出合理的判斷并發(fā)出相應的動作指令，主要是停止采煤機的運行和發(fā)出事故的安全警報[1-4]。

具體運行過程如下：

（1）根據采煤機司機的操作習慣，先啟動采煤機啟動按鈕，等待截割電機啟動后，打開冷卻水。也有采煤機司機等采煤機開始行走后才開冷卻水，這種習慣很容易造成截割電機由于過熱而出現燒毀的問題。在安裝保護裝置后，采煤機司機在啟動采煤機前必須先開冷卻水，當水流壓力在設定值范圍內時，方可啟動采煤機，反之，不能啟動采煤機。如果在啟動采煤機前，未開啟冷卻水，控制回路斷開，不能啟動采煤機；啟動采煤機后，通過水流壓力傳感器對冷卻水的壓力進行監(jiān)測，通過開關量反饋到PLC編程控制器中，對采煤機啟動控制回路做出反應，如果冷卻水壓力未達到設定值范圍內，PLC編程控制器會接通聲光報警器，聲光報警會發(fā)出警報，如果在3 min之內未處理問題，采煤機控制回路斷開電源，待冷卻水壓力達到設定值范圍時，采煤機方可啟動。

（2）當采煤機在割煤過程中，由于外界因素發(fā)生水壓變小或者出現流量變小的情況，這款電動機冷卻水保護裝置會立刻發(fā)出警報（防爆報警器），采煤機司機應該立刻檢查冷卻水路，例如閥門沒有完全打開、冷卻水管密封壞、水管擠破發(fā)生漏水等原因，造成水流量變小。在此期間采煤機司機必須停止采煤機，否則，報警器會一直發(fā)出警報，持續(xù)3 min后，自動切斷采煤機電源，起到保護采煤機電機的作用。保護裝置的PLC控制程序如圖2。

圖2 水冷保護裝置的PLC控制程序

2 應用效果分析

山西蘭花礦于2020年8月開始在采煤機截割電機上安裝冷卻水保護裝置。整個安裝改造和調試花了40 d時間，改造花費40萬元。從安裝完成到現在，采煤機截割電機已經完好運行了300 d左右。

2.1 安全性

通常情況下，在電機發(fā)生燒毀時，內部會發(fā)生短路，短路時會產生較大的短路電流。較大的短路電流不僅會燒毀線路，還容易引發(fā)火災，危險性極大。而在安裝水冷保護裝置后，就能避免過熱引起的內部短路。一旦電機出現了過熱，保護裝置立即發(fā)生動作，從而切斷電源，可以最大程度保護電機，能有效地避免引發(fā)火災。

2.2 經濟性

改造后，截割電機發(fā)生的故障頻率由過去的每月3次下降到現在的1次甚至0次。若每次維修耽誤時間3 h左右，在維修期間不能出煤，則會造成經濟損失6萬元左右，因此，只需數月就可以將改造的成本收回。此外，在電機進行保護后，設備得到正常的使用，減少了維修的次數，有助于延長設備的使用壽命，降低了煤礦開采的運行成本[5]。

2.3 可推廣性

在我國機械化采煤具有非常高的普及程度，非常有必要研發(fā)一種采煤機截割電機的保護裝置。一方面，由于采煤機的型號并不通用，在更換時非常麻煩，會存在有價無市的情況，這會在很大程度上耽誤生產的進度。另一方面，由于煤礦井下惡劣的環(huán)境，截割電機發(fā)生故障的原因很多，非常不利于煤礦的安全高效生產。因此，非常必要對采煤機的截割電機進行保護。本文采用的截割電機冷卻水保護裝置可以為煤礦生產中截割電機的保護提供一種借鑒，具有很強的推廣性。

3 結語

在機械化采煤過程中，采煤機電機由于過熱而經常出現燒壞的問題，嚴重影響到了煤礦開采的高產高效。研發(fā)采煤機截割電機冷卻水保護裝置，有效解決了因采煤機冷卻水量和壓力不足而發(fā)生電機燒壞的問題。