掘進機內噴霧系統水路結構的改進

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，主要優點是截割功率大、可掘巷道斷面大、調動靈活、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掘進要求。但是，EBZ－160掘進機在掘進作業過程中，噴霧效果較差。主要表現為內噴霧易堵塞，甚至出現開掘300 m就失效的情況；外噴霧系統則存在壓力低、流量小，噴霧效果不理想等問題。

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

2 掘進機噴霧系統概述

2.1 掘進機噴霧系統原理

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噴霧和外噴霧。

所謂外噴霧，是將噴嘴裝在工作機構的懸臂上，將壓力水噴向截割頭，噴出的水擴散并霧化，將截割頭包圍，實現降低粉塵濃度的目的。這種方式結構比較簡單、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，供水管路比較復雜。

圖1 掘進機噴霧系統原理示意

EBZ－160掘進機噴霧系統原理示意（見圖1）。從圖中可以看出，該噴霧系統有內噴霧和外噴霧兩套系統。外來水首先經過一級過濾，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，因此內噴霧水壓約3MPa左右。

2.2 EBZ－160掘進機內噴霧系統存在的問題

從圖1可以看出，EBZ－160掘進機內噴霧水從懸臂端內部穿過，到截割頭上的噴嘴噴出，形成霧化效果實現降塵。從結構上來講，為了保證截割主軸的精確性和穩定性，一般懸臂內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，懸臂端內部要定期添加潤滑油。為了分開冷卻水和潤滑油，通常旋轉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境比較惡劣，很容易出現密封圈失效的情況，可能引起內噴霧系統出現以下故障。

（1）內噴霧系統故障，無法正常運行。如果內噴霧系統失效，工作面會產生大量的粉塵煤塵，污染作業環境，帶來安全隱患。而且，內噴霧系統失效，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。如果密封件出現問題，可能使冷卻水進入懸臂段內部，與潤滑油混合，影響潤滑油的質量，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部，可能造成電機進水，發生漏電、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。實際作業時，在井下拆卸懸臂段非常困難，影響生產進度。

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

3 掘進機噴霧系統改進方案

針對前面分析EBZ－160掘進機內噴霧系統易出現的問題，通過查閱文獻和現場試驗，提出了改變水路結構和提高密封件使用壽命的改進方案。

首先，針對懸臂段內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，采取將水路結構改在懸臂段外側的改進方案。改進以后，如果發生了漏水現象，能夠在第一時間及時發現并采取相應的處理措施，避免水進入懸臂段內部。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的軸套，也就是旋轉軸套。靜壓水能夠流過固定軸套的進水口和旋轉軸套的引水孔，最后達到截割頭內，并從噴嘴噴出，實現霧化。

圖2 掘進機噴霧系統結構改造示意

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。由于在內噴霧系統工作過程中，密封件的作用至關重要，密封件可靠性高，不僅能夠保證系統正常工作，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。改造后的水路結構，密封件的外徑和內徑比改造前都有所增加。如果轉速相同的話，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密封件的同心度，不然還會發生漏水現象。除此之外，由于水路結構在懸臂段外側，還應在進水口側采取一定的防護，避免落下的煤塊或巖石砸壞系統管路。

4 改造效果

1）社會效益：通過對內噴霧系統水路結構進行優化改造，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）經濟效益：根據《煤礦安全規程》要求，工作面采掘設備的內噴霧系統如果不能投入使用或效果不好，必須配備其它相應的除塵降塵設備。相比附加設備的投入，優化改造的費用要少很多。改造后，設備維修更加方便。

3）使用效果：改造后的設備投入使用后，切割頭內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，沒有出現噴嘴堵塞故障。

5 結語

1）通過對EBZ－160掘進機內噴霧系統結構和存在問題的分析，提出了改進的措施：將水路系統改在懸臂段外側，安裝了固定軸套和旋轉軸套，避免了靜壓水進入懸臂段內的問題。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密封件的同心度。

2）通過對內噴霧系統水路結構優化改造，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，沒有出現噴嘴堵塞故障，整體使用效果非常好。

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