煤礦EBZ150A型掘進機水冷系統(tǒng)的優(yōu)化改造

張 棟

（山西長平煤業(yè)有限責任公司， 山西 晉城 048000）

引言

煤礦掘進作業(yè)為煤炭開采作業(yè)服務，并為回采工作面開采提供行人、通風和運輸通道。近年來我國煤礦開采能力大幅提升，而煤炭賦存地質(zhì)條件則不斷惡化，采掘斜街緊張程度日趨嚴峻，采煤和掘進之間的矛盾更加突出，因此提高煤礦掘進作業(yè)效率是緩解采掘矛盾，實現(xiàn)高效掘進的基礎。目前，隨著我國煤礦智能化的發(fā)展，煤礦裝備機械化、自動化程度得到明顯提升。加大機械設備維護，實現(xiàn)掘進機械設備[1-2]的安全可靠運行，是提高煤礦掘進效率的保證。

1 EBZ150A型掘進機水冷系統(tǒng)冷卻方式

EBZ150A掘進機是在EBZ150掘進機的基礎上升級的，其具有多個優(yōu)點，主要用于煤巖硬度不大于6.5的煤巷、半煤巖巷及軟巖巷道掘進，能夠下式連續(xù)切割、裝載、運輸作業(yè)。EBZ150A型掘進機由截割部、鏟板部、第一運輸機、本體部、行周部、后支承、液壓系統(tǒng)、水系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)構(gòu)成。水系統(tǒng)可實現(xiàn)噴霧滅塵，并起到給截割電機降溫、冷卻液壓油維持熱平衡、保證液壓元件可靠運行的作用，是保證掘進機安全高效進行掘進截割作業(yè)的基礎。其中水系統(tǒng)分為內(nèi)、外噴霧水路。外來水經(jīng)過濾后分為二路，第一路經(jīng)進水直接通往噴水架，由武裝噴嘴噴出；第二路經(jīng)二級過濾、減壓、冷卻（冷卻液壓系統(tǒng)用油）再分為二路，一路經(jīng)截割電機（冷卻電機）后噴出，另一路經(jīng)水泵加壓（3 MPa）后由截割頭內(nèi)噴出，起到冷卻截齒和滅塵作用。

2EBZ150A型掘進機水冷系統(tǒng)存在問題及原因分析

2.1 存在問題

長平煤礦井下地質(zhì)條件復雜，瓦斯含量高，為掩護煤巷安全掘進，需要施工大量的巖巷，EBZ150A型掘進機在進行巖巷作業(yè)施工時，由于巖石強度高，掘進機需要長時間作業(yè)，功率消耗大，導致發(fā)熱量增高，就給掘進的水冷確系統(tǒng)提出更高的要求；加之巖巷掘進時會產(chǎn)生大量的粉塵，這些飄揚在空氣中的粉塵會附著在油箱外表，且掘進巷道通風量有限，從而使得油箱自然散熱效果降低。并且煤礦開采深度增加導致地溫升高，都給掘進機的冷卻系統(tǒng)帶來巨大的挑戰(zhàn)。掘進機的冷卻系統(tǒng)冷卻效果不理想，經(jīng)常會使得掘進機在高油溫狀態(tài)下進行持續(xù)性的工作，從而導致掘進機出現(xiàn)較多的機電事故和較高的機電事故率，不能有效保障巷道煤礦掘進作業(yè)的安全高效運行[3-4]。

2.2 原因分析

EBZ150A型掘進機的水冷卻系統(tǒng)是通過水和液壓油的雙循環(huán)對液壓油進行降溫。該掘進原廠設計的水冷卻系統(tǒng)位于掘進機液壓油箱的外部，在液壓郵箱外部設置液壓油冷卻水箱，如下頁圖1所示。由圖可見，在掘進機郵箱上裝有一根進油管和一根出油管，在兩根油管外部裝配有冷卻水箱；并在冷卻水箱上安裝有一根進水管和一根出水管。該水冷卻系統(tǒng)的運行方式為：首先冷卻水通過冷卻水箱上的進水口進入，并從出水孔流出，形成冷卻水的循環(huán)；其次，掘進機運行時，油箱中的液壓油流出進入掘進機液壓系統(tǒng)，保證掘進機的正常運行，之后又通過液壓箱進油口回流至液壓油箱，從而形成液壓油在掘進機和油箱之間的循環(huán)。這樣使用后被加熱的液壓油就會經(jīng)過冷卻水箱，從而形成熱液壓油和冷卻水兩者之間的雙循環(huán)，達到熱交互的目的，從而使得使用后的熱液壓油達到冷卻降溫的目的。

由上述冷卻系統(tǒng)的冷卻方式可以看出：該掘進原廠配備的冷卻系統(tǒng)只有在掘進機處于運行狀態(tài)時方可形成液壓油的循環(huán)，從而實現(xiàn)液壓油和冷卻水的雙循環(huán)，最終達到冷卻降溫的目的，如果掘進機為處于運行狀態(tài)，則不能形成液壓油的循環(huán)，冷卻系統(tǒng)無效，造成液壓油箱中的液壓油長時間處于高溫狀態(tài)；由于該冷卻系統(tǒng)僅是對包裹與冷卻水箱中的那部分進、處油管進行水循環(huán)冷卻，冷卻水和油管的接觸面積有限，冷卻效果不理想。掘進機液壓油箱內(nèi)的液壓油長時間處于高溫狀態(tài)，一旦掘進機進入運行狀態(tài)，高溫液壓油進入掘進機液壓系統(tǒng)，很容易造成掘進機機電故障，降低掘進機使用壽命，降低掘進作業(yè)施工效率，并增加掘進機的維護成本。

圖1 EBZ150A型掘進機水冷卻系統(tǒng)原理圖

3 EBZ150A型掘進機水冷系統(tǒng)的改造

3.1 改造原則

根據(jù)上節(jié)對EBZ150A型掘進機水冷系統(tǒng)存在的問題和原因分析，本次對EBZ150A型掘進機水冷系統(tǒng)的改造要從根本上解決液壓油冷卻問題，要實現(xiàn)掘進機液壓油在全時段均處于可冷卻狀態(tài)，并且要提高液壓油的冷卻效率，從而降低因液壓油冷卻效果差而導致的掘進機設備故障，延長掘進機的使用壽命，降低維護成本。

3.2 改造方案

通過分析可知，目前EBZ150A型掘進機的水冷系統(tǒng)需要滿足液壓油的循環(huán)方可實現(xiàn)熱液壓油的冷卻，且冷卻面積有限，冷卻效果不佳，掘進機一旦處于非運行狀態(tài)，油箱內(nèi)的液壓油則處于高溫狀態(tài)，無法得到冷卻。因此，需要改變冷卻系統(tǒng)的冷卻位置，不再對掘進機液壓油箱的進、出油管進行冷卻，而是直接對液壓油箱進行冷卻；并可使原先的液壓油和冷卻水雙循環(huán)方可實現(xiàn)冷卻的方式，變?yōu)橹恍枥鋮s水單循環(huán)即可實現(xiàn)冷卻，如圖2所示。具體方案如下：

1）拆除原有掘進液壓油箱外部的冷卻水箱；

2）在原掘進機油箱底部開兩個孔，一個用于進水，一個用于出水；

3）在原油箱底部鋪設完整的鋼質(zhì)的冷卻水閉合循環(huán)管路，兩側(cè)開口均從油箱已開好的兩個進出水孔伸出，并將其進行焊接封閉，保證兩個開孔不漏油。

圖2 改進后的水冷卻系統(tǒng)原理圖

4 應用效果

該改造方案目前已在長平礦綜掘一隊進行改進應用，并進行了一年的現(xiàn)場應用試驗。通過對比分析綜掘一隊在進行掘進機水冷卻系統(tǒng)改造前后發(fā)生機電事故的數(shù)量可知進行水冷卻系統(tǒng)改造后，隊組發(fā)生機電事故的數(shù)量明顯減少。根據(jù)目前統(tǒng)計，隊組每個月可減少3次機電事故算，每次機電事故處理需要約2個班，耽誤生產(chǎn)約1個班，處理機電事故需要約4個人，生產(chǎn)班空余人員約7個人，機電配件更換按每次2 000元計算，每人每個班按400元計算，可得一個隊組每月可因此節(jié)約維修費用2.4萬元，每年可節(jié)約維修費用28.8萬元。改造后不僅能夠降低掘進機的維修費用，保證掘進機安全可靠運行，而且可以明顯提高掘進作業(yè)時間，從而提高掘進進尺，緩解礦井采掘斜街緊張局面，實現(xiàn)礦井掘進生產(chǎn)作業(yè)的安全高效。

5 結(jié)語

通過對EBZ150A型掘進機水冷卻系統(tǒng)的改造，將水冷卻系統(tǒng)安裝在掘進機液壓油箱底部，可達到液壓油全時段冷卻的目的，并且加大冷卻水管和液壓油的接觸面積，提高了冷卻效果?，F(xiàn)場應用后，長平煤礦隊組機電事故數(shù)量得到明顯降低，從而降低了隊組機電設備的維修費用，提高了掘進效率，可在同類型掘進機中進行推廣應用。