礦用全斷面掘進(jìn)機(jī)冷卻噴霧系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析

張 磊

（山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)陽城四侯煤業(yè)有限公司， 山西 晉城 048100）

引言

目前，煤礦井下掘進(jìn)巷道的掘進(jìn)方式逐漸多樣化，但大多還是利用連采機(jī)、掘錨機(jī)和懸臂式掘進(jìn)機(jī)等分?jǐn)嗝娴姆绞竭M(jìn)行掘進(jìn)，不僅無法滿足現(xiàn)在的發(fā)展要求，而且還制約了煤礦生產(chǎn)的發(fā)展。以中煤科工集團(tuán)上海有限公司研制的煤巷全斷面掘進(jìn)機(jī)為例，一次性制作斷面為矩形（5.8 m×3.8 m），月進(jìn)尺3 000 m，利用步進(jìn)式掘進(jìn)能夠大幅度地提升施工制作效率。掘進(jìn)機(jī)在運(yùn)作時(shí)，傳動系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)會產(chǎn)生高熱，與此同時(shí)還會出現(xiàn)大量煤塵，這些問題需要經(jīng)過冷卻和噴霧降塵系統(tǒng)進(jìn)行處理。

1 系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理

1.1 系統(tǒng)構(gòu)成

由1 個(gè)大刀盤、4 個(gè)小刀盤共5 個(gè)刀盤組成的全斷面掘進(jìn)機(jī)截割功率1 600 kW。全斷面掘進(jìn)機(jī)的降塵系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)主要是對掘進(jìn)機(jī)大刀盤、前殼體還有6 臺錨桿機(jī)進(jìn)行內(nèi)外噴霧冷卻降塵，并對8件減速箱、1 件傳動箱潤滑油冷卻器、8 件減速箱、8臺水冷電機(jī)進(jìn)行冷卻[1-2]。

由過濾器（反沖洗功能）、節(jié)流閥、安全閥、水泵、電動球閥、噴嘴及壓力流量傳感器共同組成了冷卻、噴霧系統(tǒng)。

1.2 系統(tǒng)工作原理

圖1 所體現(xiàn)的是冷卻噴霧系統(tǒng)運(yùn)作流程和工作原理，掘進(jìn)機(jī)吸水泵3.1 通過過濾器由煤礦提供低壓水反沖洗過濾后，總進(jìn)水水壓由調(diào)節(jié)安全閥4.1控制機(jī)器完成并通過節(jié)流閥5.1 和節(jié)流閥5.2 對兩路進(jìn)水量進(jìn)行調(diào)節(jié)，其中一路流經(jīng)節(jié)流閥5.1 對大刀盤中的4 套電機(jī)減速器、1 號油箱冷卻器6.2 和傳動箱潤滑油的6.3 冷卻器進(jìn)行冷卻，另一路流經(jīng)5.2節(jié)流閥被分流至5.3 節(jié)流閥和5.4 節(jié)流閥分別對2套小刀盤電機(jī)減速器進(jìn)行冷卻。5.1 節(jié)流閥和5.2 節(jié)流閥分流出來的5.3 節(jié)流閥、5.4 節(jié)流閥形成的三路水流匯合，一路水流用于錨桿機(jī)冷卻除塵，一路水流途經(jīng)11.1 電動球閥從內(nèi)噴霧噴頭噴出，最后一路供水給3.2 高壓水泵進(jìn)行增壓，外噴霧供水水壓由4.2安全閥設(shè)置調(diào)節(jié)進(jìn)行并經(jīng)過11.2 電動球閥從外噴霧噴頭噴出。

圖1 冷卻噴霧系統(tǒng)原理圖

礦井供水檢測使用2.1 壓力傳感器，水泵3.1 的出水壓力使用2.2 壓力傳感器，內(nèi)噴霧水壓力使用2.3 壓力傳感器，加壓泵3.2 的水壓使用2.4 壓力傳感器，加壓泵供水壓力使用2.5 壓力傳感器。3 條水路的流量情況分別使用3 個(gè)流量傳感器進(jìn)行監(jiān)視。內(nèi)噴霧的流量大小使用5.3 節(jié)流閥用來調(diào)節(jié)[3-4]。

2 壓力流量分析

根據(jù)現(xiàn)行國家煤礦安全規(guī)定要求，掘進(jìn)機(jī)內(nèi)噴霧壓力要超過2 MPa、外噴霧壓力要超過4 MPa，所以4.1 安全閥應(yīng)該調(diào)節(jié)為2.7 MPa、4.2 安全閥需要調(diào)節(jié)為4.2 MPa。

全斷面掘進(jìn)機(jī)需要依照工作16 h/d、掘進(jìn)6.2 m/h、斷面尺寸5.8 m×3.8 m、月進(jìn)尺3 000 m。

2.1 單位時(shí)間的出煤量

式中：V 代表單位時(shí)間內(nèi)的煤體積，取137.7 m3/h；ρ為煤的密度，取1.35×103kg/m3。

將數(shù)值代入公式得：單位時(shí)間的出煤量G 為186 t/h。

2.2 噴霧、冷卻流量Q1 的計(jì)算

式中：q 為噸煤噴霧水量，取0.03 m3/t。

將數(shù)值代入公式得：Q1=105 L/min。

2.3 系統(tǒng)總進(jìn)水量Q 的計(jì)算

式中：Q2為噴霧降塵所需流量，取30 L/min。

將數(shù)值代入公式得：Q=135 L/min。

3 內(nèi)外噴嘴布置

圖2 所示為矩形掘進(jìn)機(jī)在井下布置情形。利用流量系數(shù)較大且阻力系數(shù)小的噴嘴可以讓噴霧效果更好更安全的運(yùn)作[5]。

圖2 掘進(jìn)機(jī)位置示意圖

圖3 為內(nèi)外噴霧布置示意圖，在3 個(gè)大刀盤上裝置4 個(gè)2 MPa 水壓下每個(gè)噴嘴流量為3.5 L/min 的12 個(gè)V 形噴嘴，形成的噴霧在大刀盤軌跡范圍內(nèi)。

為了有效清除掘進(jìn)機(jī)作業(yè)工程中產(chǎn)生的塵土，我們采用噴霧模式清理。在前殼體上布置16 個(gè)V形噴嘴的外噴霧裝置，在4 MPa 下每個(gè)噴嘴流量為4.2 L/min。在前殼體左、右兩邊各布置6 個(gè)噴嘴，上下方各布置2 個(gè)噴嘴，下方布置的噴嘴位于刮板輸送機(jī)兩側(cè)，對清理刮板輸送機(jī)產(chǎn)生的灰塵較為及時(shí)有效。

圖3 內(nèi)外噴霧布置圖

4 結(jié)語

通過工業(yè)性實(shí)驗(yàn)證明，作為煤炭行業(yè)新興挖掘機(jī)械的全斷面矩形掘進(jìn)機(jī)冷卻噴霧系統(tǒng)裝置在很大程度上滿足了機(jī)器流量和壓力對故障率低、降塵效果良好、噴霧區(qū)域大等要求，將其運(yùn)用在采掘機(jī)械領(lǐng)域之中，可顯著提升采掘效率，推進(jìn)采掘機(jī)械的設(shè)計(jì)和發(fā)展。