掘進機內(nèi)噴霧系統(tǒng)水路結(jié)構(gòu)的改進

李海斌

（大同煤礦集團公司 煤峪口礦，山西 大同037041）

1 概述

EBZ－160型掘進機是一種懸臂式重型掘進機，主要優(yōu)點是截割功率大、可掘巷道斷面大、調(diào)動靈活、可靠性強，能夠很好地滿足煤巷、半煤巖巷及軟巖巷道的連續(xù)掘進要求。但是，EBZ－160掘進機在掘進作業(yè)過程中，噴霧效果較差。主要表現(xiàn)為內(nèi)噴霧易堵塞，甚至出現(xiàn)開掘300 m就失效的情況；外噴霧系統(tǒng)則存在壓力低、流量小，噴霧效果不理想等問題。

噴霧系統(tǒng)的這些問題導致掘進機無法正常使用，工作環(huán)境惡劣影響作業(yè)人員的身體健康。既影響了煤礦生產(chǎn)的經(jīng)濟效益，又存在一定的安全隱患。因此，對噴霧系統(tǒng)進行改造是非常必要的。

2 掘進機噴霧系統(tǒng)概述

2.1 掘進機噴霧系統(tǒng)原理

一般來講，掘進機的除塵方式有兩種，即噴霧式和抽出式。本文主要分析噴霧式除塵。噴霧式除塵是通過噴嘴將壓力水噴出，在噴出過程中高度擴散，最終霧化，使得空氣中的粉塵隨著水粒降下來，達到除塵的目的。噴霧式除塵可以分成內(nèi)噴霧和外噴霧。

所謂外噴霧，是將噴嘴裝在工作機構(gòu)的懸臂上，將壓力水噴向截割頭，噴出的水擴散并霧化，將截割頭包圍，實現(xiàn)降低粉塵濃度的目的。這種方式結(jié)構(gòu)比較簡單、可靠性高、使用壽命長，但是因為噴嘴距離粉塵源比較遠，導致降塵效果較差。

內(nèi)噴霧是指在截割頭上裝有噴嘴，噴嘴按螺旋線的形式分布，壓力水通過噴嘴射向截齒，降低空氣中粉塵濃度。這種方式因為噴嘴安裝在截割頭，距離粉塵源近，噴霧效果好，耗水量少。但是噴嘴容易堵塞，供水管路比較復(fù)雜。

圖1 掘進機噴霧系統(tǒng)原理示意

EBZ－160掘進機噴霧系統(tǒng)原理示意（見圖1）。從圖中可以看出，該噴霧系統(tǒng)有內(nèi)噴霧和外噴霧兩套系統(tǒng)。外來水首先經(jīng)過一級過濾，之后分成兩個部分，一部分通往噴水架，由霧狀噴嘴直接噴出；另一部分經(jīng)過二級過濾、減壓、冷卻之后又分為兩部分，一部分通過截割電機后噴出，起到冷卻電機的作用，另一部分通過水泵加壓后由內(nèi)噴嘴噴出，起到冷卻截齒和除塵的作用。大量理論研究和實踐驗證，最佳霧化效果時的水壓為2.8MPa左右，因此內(nèi)噴霧水壓約3MPa左右。

2.2 EBZ－160掘進機內(nèi)噴霧系統(tǒng)存在的問題

從圖1可以看出，EBZ－160掘進機內(nèi)噴霧水從懸臂端內(nèi)部穿過，到截割頭上的噴嘴噴出，形成霧化效果實現(xiàn)降塵。從結(jié)構(gòu)上來講，為了保證截割主軸的精確性和穩(wěn)定性，一般懸臂內(nèi)部都有兩個滾動軸承用來支撐主軸，為了確保軸承的使用壽命和可靠性，懸臂端內(nèi)部要定期添加潤滑油。為了分開冷卻水和潤滑油，通常旋轉(zhuǎn)密封件使用的是四個格來圈和O型密封，不過由于井下掘進工作面的工作環(huán)境比較惡劣，很容易出現(xiàn)密封圈失效的情況，可能引起內(nèi)噴霧系統(tǒng)出現(xiàn)以下故障。

（1）內(nèi)噴霧系統(tǒng)故障，無法正常運行。如果內(nèi)噴霧系統(tǒng)失效，工作面會產(chǎn)生大量的粉塵煤塵，污染作業(yè)環(huán)境，帶來安全隱患。而且，內(nèi)噴霧系統(tǒng)失效，不能有效的冷卻截齒，會使得截齒的壽命大大縮短。

（2）冷卻水可能與潤滑油混合。如果密封件出現(xiàn)問題，可能使冷卻水進入懸臂段內(nèi)部，與潤滑油混合，影響潤滑油的質(zhì)量，影響軸承的可靠性和使用壽命。

（3）可能導致電機進水。如果密封件失效，冷卻水進入截割電機內(nèi)部，可能造成電機進水，發(fā)生漏電、跳閘等故障。

（4）拆卸困難，影響掘進進度。由于密封件的位置在配水盤和切割主軸旋轉(zhuǎn)相交的地方，如果密封件損壞需要維修，就必須拆掉整個懸臂段。實際作業(yè)時，在井下拆卸懸臂段非常困難，影響生產(chǎn)進度。

除了上述幾點與噴霧系統(tǒng)密封圈有關(guān)的故障之外，EBZ－160掘進機內(nèi)噴霧系統(tǒng)還存在元件冗余、故障點多、噴嘴孔徑小、易堵塞、水源不凈等問題。

3 掘進機噴霧系統(tǒng)改進方案

針對前面分析EBZ－160掘進機內(nèi)噴霧系統(tǒng)易出現(xiàn)的問題，通過查閱文獻和現(xiàn)場試驗，提出了改變水路結(jié)構(gòu)和提高密封件使用壽命的改進方案。

首先，針對懸臂段內(nèi)部可能進水導致水與潤滑油混合或者導致電機進水的問題，采取將水路結(jié)構(gòu)改在懸臂段外側(cè)的改進方案。改進以后，如果發(fā)生了漏水現(xiàn)象，能夠在第一時間及時發(fā)現(xiàn)并采取相應(yīng)的處理措施，避免水進入懸臂段內(nèi)部。具體改進方案見圖2，在懸臂段外部，安裝一個與懸臂段固定的軸套，即固定軸套，在軸套上設(shè)進水孔一個，能夠直接讓靜壓水進入；另外，在截割頭上，安裝一個隨截割頭一起旋轉(zhuǎn)的軸套，也就是旋轉(zhuǎn)軸套。靜壓水能夠流過固定軸套的進水口和旋轉(zhuǎn)軸套的引水孔，最后達到截割頭內(nèi)，并從噴嘴噴出，實現(xiàn)霧化。

圖2 掘進機噴霧系統(tǒng)結(jié)構(gòu)改造示意

其次，針對密封件容易失效的問題，采取一定的管理和防護措施。由于在內(nèi)噴霧系統(tǒng)工作過程中，密封件的作用至關(guān)重要，密封件可靠性高，不僅能夠保證系統(tǒng)正常工作，還能避免掘進機割煤過程中煤塵、粉塵等異物的進入，造成噴霧嘴的堵塞。改造后的水路結(jié)構(gòu)，密封件的外徑和內(nèi)徑比改造前都有所增加。如果轉(zhuǎn)速相同的話，線速度就會變大，導致密封件的磨損速度變快、磨損程度加劇。為了提高密封件使用壽命，應(yīng)該在保證密封效果的同時，增大摩擦面的硬度和光潔度，而且在裝配的過程中，必須保證兩個軸套之間的軸向間距和旋轉(zhuǎn)密封件的同心度，不然還會發(fā)生漏水現(xiàn)象。除此之外，由于水路結(jié)構(gòu)在懸臂段外側(cè)，還應(yīng)在進水口側(cè)采取一定的防護，避免落下的煤塊或巖石砸壞系統(tǒng)管路。

4 改造效果

1）社會效益：通過對內(nèi)噴霧系統(tǒng)水路結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化改造，不僅確保了噴霧效果，并且解決了電機進水問題，降低了截齒溫度，改善了工作環(huán)境。本方案能夠為其它煤礦相同類型的機型改造提供參考。

2）經(jīng)濟效益：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，必須配備其它相應(yīng)的除塵降塵設(shè)備。相比附加設(shè)備的投入，優(yōu)化改造的費用要少很多。改造后，設(shè)備維修更加方便。

3）使用效果：改造后的設(shè)備投入使用后，切割頭內(nèi)噴霧霧化范圍半徑可達1m左右，軸套溫度能夠保持在40℃上下，懸臂段漏水問題得到解決，沒有出現(xiàn)噴嘴堵塞故障。

5 結(jié)語

1）通過對EBZ－160掘進機內(nèi)噴霧系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和存在問題的分析，提出了改進的措施：將水路系統(tǒng)改在懸臂段外側(cè)，安裝了固定軸套和旋轉(zhuǎn)軸套，避免了靜壓水進入懸臂段內(nèi)的問題。另外，為了提高密封件使用壽命，要增大摩擦面的硬度和光潔度，而且裝配時要確保軸套軸向間距和旋轉(zhuǎn)密封件的同心度。

2）通過對內(nèi)噴霧系統(tǒng)水路結(jié)構(gòu)優(yōu)化改造，不僅確保了噴霧效果，而且解決了電機進水問題，降低了截齒溫度，改善了工作環(huán)境。改造后，軸套溫度能夠保持在40℃上下，懸臂段漏水問題得到解決，沒有出現(xiàn)噴嘴堵塞故障，整體使用效果非常好。

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