Boomer281全液壓鑿巖臺車供水系統改進分析

施升濤

（山東黃金礦業（萊州）有限公司三山島金礦 ）

1 供水系統堵塞分析

Boomer281全液壓鑿巖臺車工作用水來自地表沉淀池，井下每個生產中段的廢水經泄水孔向下匯集在礦井底部的中心沉淀池，沉淀過濾后由井下水泵將中心沉淀池的水輸送到地表沉淀池，廢水在地表沉淀池再次過濾后，由地表水泵輸送到井下各個生產中段，供生產使用，通過這種方式循環使用生產水。

盡管生產用水分別在井下和地表經過沉淀及過濾，但供水源內仍含有大量泥沙、礦漿和木屑等雜質。國外礦山生產中，對供水源的水質要求很高，水中存在泥沙、礦漿和木屑等雜質是絕對不允許的，這也是Boomer281全液壓鑿巖臺車設計人員在設計供水系統時選用圓筒式網式過濾器的重要原因。

2 供水系統堵塞后果分析

在設備正常工作中，供水系統的主要作用：

（1）沖洗炮孔中被釬頭破碎的碎石，使之及時沖出炮孔；（2）對工作中的鑿巖機和釬桿進行降溫；（3）通過水冷卻器對液壓系統進行降溫。

受井下供水系統水質差和鑿巖臺車供水系統圓筒式網式過濾器過濾面積小等因素的制約，實際工作中，圓筒式網式過濾器濾網經常會堵塞，而且被堵塞的頻率非常高，一個工作班次嚴重時會被堵塞十多次，給鑿巖臺車帶來嚴重后果：（1）鑿巖作業時，釬桿打干眼，炮孔中的碎石不能排出，造成釬桿卡在炮孔內；（2）鑿巖機內部零件迅速升溫，影響正常使用壽命；（3）液壓系統快速升溫，系統泄漏量增加，液壓油和液壓泵的正常使用壽命縮短。

考慮到礦山生產環境惡劣，無法在短時間內徹底改善并解決井下供水系統水質差的現狀，鑒于鑿巖臺車供水系統在鑿巖作業時的重要性，對鑿巖臺車自身的供水系統進行分析，以便解決上述問題，提高Boomer281全液壓鑿巖臺車在這種環境下的作業效率。

3 供水系統過濾器改進對比分析

井下供水系統水質差的問題短時間內不能得到改善和解決，只能針對鑿巖臺車供水系統圓筒式網式過濾器過濾效果差這一實際問題，結合生產及設備實際，提出兩種解決方案。

3.1 方案一

在流量一定的情況下，減小過水斷面面積可增加斷面平均流速，改善沖洗效率。同時，為防止因濾網面積變化影響過濾，提出優化原網式過濾器的方案，在保持進水管、出水管、排污管直徑、濾網面積不變的情況下，將濾網做成漸縮式，殼體也做成漸縮式。將濾網做成漸縮式，濾網面積會縮小，為了保證濾網總面積不變，適當加長罐體和濾網。

進水管、出水管直徑均為0.25m；排污管直徑為0.075m。其中L為罐體和濾網的長度；D1和D2分別為罐體前端、末端直徑；d1和d2分別為濾網前端、末端直徑。

圓筒式和漸縮式網式過濾器的具體尺寸，見表1。由表1可知，漸縮式濾網長度比圓筒式濾網長90mm；漸縮式濾網面積與圓筒式濾網面積相差0.16%，可忽略不計，漸縮式罐體面積比圓筒式大2.64%。

表1 兩種過濾器的具體尺寸

3.2 方案二

旋流器的基本原理是將具有一定密度差的液-液、液-固、液-氣等兩相或多相混合物在離心力的作用下進行分離。將混合液以一定的壓力切向進入旋流器，在圓柱腔內產生高速旋轉流場。混合物中密度大的組分在旋流場的作用下同時沿軸向向下運動，沿徑向向外運動，在到達錐體段沿器壁向下運動，并由底流口排出，這樣就形成了外旋渦流場；密度小的組分向中心軸線方向運動，并在軸線中心形成一向上運動的內渦旋，然后由溢流口排出，這樣就達到了兩相分離的目的。

在鑿巖臺車圓筒式網式過濾器前加裝水力旋流器，具體由旋流室、內濾芯、濾芯座、進水口、出水口、排污口六部分組成。利用離心沉降原理，將進入水力旋流器的水，盡可能充分地形成旋流，通過內濾芯，將雜質從中分離出來，干凈的水由出水口進入供水系統，分離出的雜質，經沉淀從過濾器底部的排污口排出，組成如下。（1）旋流室，用φ190×φ580mm，壁厚5mm的不銹鋼板制作，上、下兩端用厚度160mm的不銹鋼板焊接緊固，形成一封閉空腔。（2）內濾芯，用ASJK-16礦用坑內卡車的空氣濾芯內置ST-3.5鏟運機的液壓油濾芯共同制作而成。（3）濾芯座，用φ16×φ480mm的螺紋鋼焊接于旋流室出水口一側，用于緊固濾芯。（4）進水口，用φ20×φ50mm鍍鋅管焊接制作。（5）出水口，用φ20×φ150mm鍍鋅管外加油管彎頭組合制作，方便管路接入工作系統。（6）排污口，用φ20×φ100mm鍍鋅管外加φ20mm的球閥組合制作。

3.3 方案對比

在5臺Boomer281全液壓鑿巖臺車上進行方案一的應用，在5臺Boomer281全液壓鑿巖臺車上進行方案二的應用，在5臺Boomer281全液壓鑿巖臺車上不做任何改變，對現場運行數據進行記錄并分析，見表2。

表2 供水系統過濾器堵塞時間表

表2得出，方案一比不做改變，單臺鑿巖臺車每月供水系統過濾器堵塞平均故障時間降低7.15h。方案二比不做改變，單臺鑿巖臺車每月供水系統過濾器堵塞平均故障時間降低24.4h。方案二比方案一，單臺鑿巖臺車每月供水系統水過濾器堵塞平均故障時間降低17.25h。因此，在鑿巖臺車供水系統加裝水力旋流器，能有效解決供水系統過濾器的堵塞問題，確保設備正常工作，提高臺效。

4 供水系統水泵國產化分析

Boomer281全液壓鑿巖臺車使用的水泵為進口葉片泵，該泵對水質要求極高，對供水系統增設水力旋流器后，水質仍不能達到進口葉片泵的使用要求，通過跟蹤設備現場作業，發現井下生產系統的供水壓力為3bar，Boomer281全液壓鑿巖臺車規定的供水工作壓力為6bar，因此，設備對水泵增壓能力的要求并非很高，通過安裝尺寸及工作參數的對比，決定選用1臺管道增壓泵進行安裝試驗。

（1）兩種水泵的結構及性能對比。

管道增壓泵的特點：①結構緊湊，機泵一體化，體積小，立式結構具有安裝占地小，運行平穩，安裝無需調整；②泵與電機同軸，軸向尺寸短，使泵運行更加平穩，噪聲低；③進出口設計成規格相同的法蘭，且位于同一中心線，可像閥門一樣安裝在管路上，中心低，便于管道布置，安裝方便；④市場價格便宜，購買方便，供貨周期短；⑤對水質要求低。

進口葉片泵的特點：①運行效率高，節約能源，長期運行會給用戶帶來很大的節能效益；②結構設計合理、運行可靠、振動小、噪音低、維修費方便；③體積小，質量低；④密封性能可靠；⑤市場價昂貴，供貨周期長；⑥對水質要求高。

表3 管道增壓泵與葉片泵更換記錄表

（2）通過在5臺鑿巖臺車上分別安裝管道增壓泵與葉片泵，經過一年的使用，具體更換記錄，見表3。

通過更換記錄表，可直觀地看出，單臺鑿巖臺車管道增壓泵的年均消耗量要比葉片泵的年均消耗量少3.6臺，在供貨時間及成本消耗方面，使用管道增壓泵的效果要遠高于使用葉片泵的效果。

5 結語

通過方案對比，得出加裝水力旋流器，單臺鑿巖臺車每月供水系統水過濾器堵塞平均故障時間降低17.25小時。比不作改變之前，單臺鑿巖臺車每月供水系統過濾器堵塞平均故障時間降低24.4小時，因此，在鑿巖臺車供水系統加裝水力旋流器能有效解決供水系統過濾器堵塞的問題。單臺鑿巖臺車管道增壓泵的年均消耗量要比葉片泵的年均消耗量少3.6臺，在供貨時間及成本消耗方面，使用管道增壓泵的效果要遠高于使用葉片泵的效果，真正實現降本增效。