采煤機噴霧結構的改進與應用

李 強

（山西煤炭運銷集團南河煤業有限公司，山西晉城 048400）

0 引言

采煤機是煤礦井下一種重要的采煤設備，其工作狀況的好壞將直接影響到礦井采煤效率，而礦井工作環境惡劣，井下不僅存在大量的易燃易爆氣體，而且采煤機采煤過程中還易產生大量的粉塵，這些易燃易爆氣體與粉塵，一方面會影響礦井采煤效率，另一方面還嚴重威脅著礦井安全生產，而礦井所用的MG300/7000WD型電牽引采煤機采煤機噴霧系統在日常作業中供水量小、霧化效果差，很難滿足采煤實際需求，對此，急需了解MG300/7000WD型采煤機噴霧系統現存問題，并及時采用相關措施進行改進。

1 改進前采煤機噴霧系統問題

某煤礦中的某個工作面MG300/7000WD電牽引采煤機噴霧系統所采用的供水管道均設有17 mm的高壓軟管，這些軟管不具有較大的供水量和噴水壓力，導致其無法產生較好的冷卻效果，出現了較大的損失[1]。

（1）采煤機噴霧系統中所采用的進水主管主要包含了兩個通道：第一條通道主要包含了泵水、軸箱及左搖桿電機3種水通道，主要采用左搖桿噴嘴來進行噴射；第二條通道主要包含了右搖臂電機及外搖臂噴射水箱2種水通道。噴霧系統配置的搖臂不具有較好的冷卻效果，但是煤機噴淋系統不具有較高的壓力，水壓只可以維持在2.1 MPa，導致滾筒缺少噴霧，無法發揮較好的霧化效果，產生較大的損失[2]。

（2）采煤機需要用水時，一般都是由冷卻體系中出水，壓力常常無法達到要求，導致噴霧的效果不佳。在生產過程中，外部噴霧無法取得較好的效果，極易被煤塵所覆蓋，進而對噴霧降塵的效果造成了影響。

（3）搖臂上部的噴管極易破碎，必須隨時停止液壓軟管的供液，及時更換。若高壓管道內部的水壓小于8 MPa時，噴管會出現破壞，導致工作人員的傷亡，存在較大的風險問題[3]。

2 噴霧結構改進

2.1 供水管路

在采煤機運行的過程中，為了提升降塵的效果，可以提升噴霧系統的供水壓力。這種方法不僅會提高設備的負荷，使采煤機維持較高的功耗狀況，而且也增強了管道的震動，出現嚴重的損壞。由于噴射泵輸出的水量較小，因此空載循環將會增加水箱水的溫度。在煤炭開采的過程中形成了較多的水霧，對采煤機司機的視野造成了影響，導致開采效率不斷降低，造成了極大的安全隱患。對于這種狀況，對噴霧冷卻體系進行了完善，提出了相應的改善方案，分別開展了持續測試，最終選擇了雙向供水的方案[4]。首先將泵水噴射到單向供水管道的工作面中，之后采用兩路供水：一路為標準的液壓軟管，其直徑為36 mm，另一路則需要用直徑為28 mm的管路進行配合。此時，供水管道的直徑及水量不斷提升，水的溫度持續降低，噴霧效果得到提升。

2.2 冷卻系統

改良之后的進水管主管是由反沖洗先導閥所構成，其主要包含4個通道：第一條通道通過泵電機水通道，泵利用軸箱水與左滾筒噴嘴形成連接；第二條通道通過左搖臂電機水道，并將該搖臂與外端噴嘴形成連接；第三條通道在經過水槽之后，與右滾筒的噴嘴形成連接；第四條通道利用右搖臂電機水通道與右搖臂的噴嘴形成連接[5]。

2.3 噴霧裝置

在優化設計的過程中，將全新的外噴設備配置在采煤機上，以避免煤體切割過程中噴霧結構被覆蓋。當對外噴霧塊進行優化改良之后，原有的霧化噴嘴得到改良，由以往的1個轉變為3個。如圖1所示，上、下兩個霧化噴嘴分別設置于滾筒切割的頂部及底部[6]。

圖1 采煤機噴霧裝置改進

2.4 管路護板

在原來上護板的基礎上，設計相應的下護板，以保護左、右搖臂的噴霧設備。圖2所示為左搖臂護板的三維立體圖。

圖2 增設的左搖臂護板的三維示意圖

3 噴霧結構材料選擇及強化措施

3.1 合理選擇噴霧結構材料

在生產的過程中，采煤機噴霧構造常常會受到沖擊力、壓應力等多種力的影響，同時煤層內部存在的一些雜質也會與噴霧結構產生化學反應。因此，在設計的時候應當采用質量最佳的材料。噴霧結構所運用的材料不僅要具備較高的耐磨性，而且要具有較強的耐腐蝕性及抗沖擊性。例如42CrMo、35CrMnsi等合金結構鋼，可以用這種材料來制作噴霧結構，這種材料具有較強的鍛造性和耐腐蝕性[7]。

3.2 利用表面強化技術

在制作噴霧結構的時候，一般會采用熱噴技術，并在該結構周圍加設相應的耐磨合金。這樣不僅可以增強噴霧結構的強度，而且可以提升該結構的耐磨性，極大避免了截齒刀頭的損壞。其中，激光熔覆技術主要是在噴霧結構的表面融入相應的高合金材料，以生成一種保護層，不僅可以增強高截齒表面的強度及耐磨性，而且可以提升使用年限。經過相關試驗得出，噴霧結構在利用激光熔覆技術之后，其使用年限得到極大提升，達到了未采用該技術的噴霧結構的3倍。同時，噴霧結構因具有較好的耐磨涂層而不易產生變形。目前，等離子束表面冶金技術作為一種新興的技術，其主要以噴涂、焊接等技術為基礎，可以對粉末進行隨意配比，然后再與噴霧結構的基體材料相結合，最終取得了有效的合金層。這種形式可以極大提升噴霧結構的使用壽命，進而使采煤機的維護費用得到降低、經濟效益得以提升[8]。

4 應用效果

在采煤機噴射設備優化改良之后，對其進行了工業運用，在實際應用的過程中，該設備始終維持良好的狀態，工作面的降塵效果得到顯著提升，內部的噴水量不斷增加，水溫持續降低，采煤機各個部位都具有較高的冷卻效果，噴頭使用較久，外噴管道得到了較好的保護，并且不會再產生管道磨損的問題，保障了工作人員的安全，提升了生產的效率。

（1）減少生產的成本。通過降低采煤機的能耗來提升冷卻效果，從而極大降低采煤機的能耗。不僅減少了截齒的更換周期和工作面的灰塵，而且提升了開采效率，增強了工作面的安全性。根據相關統計可知，在對噴霧結構進行改良之前，每割一刀截齒的平均消耗量為9.326個。在2019年2-9月該工作面對改良之后的采煤機開展了試驗，改良后每刀截齒的平均消耗量為4.22個。假定每一個截齒的價格為125元，每一刀割煤將會減少638.25元的成本。根據相應的切割頻率來進行計算，1年可以減少139.77萬元。在對噴霧結構進行改良之后，開展試驗的8個月內其截齒的消耗量如表1所示。

表1 改進采煤機噴霧結構后統計截齒損耗情況

（2）確保了煤體的質量。在外部噴霧設備中，分別將截止閥設置在兩個高壓軟管上，有助于獨立地控制。它可以對外部噴霧的流動速度進行調節，可以隨時停止，同時不需要進行外部噴涂，極大確保了煤炭的質量。

（3）改善工作的環境，保障工作人員的安全。在采煤機的外噴裝置之后再次配置外部噴霧，水可以由采煤機的進水口引入，不需要實施減壓處理。噴霧壓力始終維持在有效的范圍內，從而極大改善了降塵問題，同時也改善了工作的環境及質量。與現存的搖臂結構相結合，對左、右搖臂的下護板進行設計制作。這樣就可以對采煤機的噴水管加以保護，不僅不會受到落石的損壞，而且在煤巖運行的過程中也不會受到下方煤巖的影響。

5 結束語

噴霧系統的供水形式為2路供水，并將液壓膠管的直徑進行更換，由19 mm轉變為25 mm。霧化噴嘴也增加至3個，上、下噴頭分別以不同的角度配置在滾筒的割頂及割底部。采用下護板來保護左右臂的噴霧管。噴霧結構所采用的材料為合金鋼，運用激光熔覆技術在噴霧結構的表面噴涂相應的高合金材料，以實施保護作用。對改良之后的噴霧結構進行實際應用，取得了顯著的降塵效果，實現了最佳的噴霧水壓，截齒消耗也得到了顯著的改善。