孫 敏

（陽煤集團二礦調(diào)度室機掘二隊， 山西 陽泉 045000）

引言

掘進機作為煤礦井下綜掘工作面最重要的機器，在工作過程中會產(chǎn)生大量的粉塵，不僅影響工作進度，而且會對工人身體造成嚴(yán)重?fù)p害，導(dǎo)致塵肺病等的發(fā)生，所以抑塵降塵工作尤為重要。當(dāng)前主要的降塵措施是掘進機自帶的內(nèi)外噴霧系統(tǒng)噴霧降塵，但使用過程中發(fā)現(xiàn)降塵效果很不理想，主要原因是截齒深入煤層后內(nèi)噴霧系統(tǒng)大多堵塞失效，失去噴霧作用；外噴霧由于距離截割頭較遠(yuǎn)，且噴霧壓力低，降塵效果也很有限。本文研究的EBZ-120型掘進機屬于懸臂式掘進機，應(yīng)用于巷道斷面不大的巷道，調(diào)動方便、穩(wěn)定可靠、截割效率高，可以在包括煤巷、半煤巖巷及較軟巖巷中實現(xiàn)連續(xù)掘進目的。當(dāng)前噴霧系統(tǒng)效率低、易失效且難維護，導(dǎo)致了掘進面工作環(huán)境非常惡劣。因此，亟需對掘進機噴霧系統(tǒng)進行優(yōu)化和改進。

1 掘進機噴霧系統(tǒng)組成及原理

霧化除塵的原理是壓力水經(jīng)噴嘴噴出，高壓使水流實現(xiàn)擴散和霧化噴向截割頭及煤壁，霧化后的水珠與空氣中粉塵顆粒結(jié)合并實現(xiàn)自然沉降。當(dāng)前掘進機截割臂上設(shè)置外噴霧系統(tǒng)，截齒上設(shè)置內(nèi)噴霧系統(tǒng)。

外噴霧系統(tǒng)是指在截割搖臂兩側(cè)分別設(shè)置一排噴嘴，掘進機工作時井下壓力水從噴嘴射向截割頭部分進行除塵，因水壓一般不高，其霧化效果較差，且其距離截割頭較遠(yuǎn)，故除塵效果不佳。但其結(jié)構(gòu)簡單、不易堵塞和損壞，可以長期使用[1]。

內(nèi)噴霧系統(tǒng)是指均勻布置在截割頭上截齒間隙的噴嘴，其與截齒一樣呈螺旋分布，掘進機開啟后壓力水從噴嘴射出水霧覆蓋截齒，實現(xiàn)霧化降塵的同時對截齒進行濕潤和降溫。這種方法可以實現(xiàn)從產(chǎn)塵源處壓制粉塵的產(chǎn)生和擴散，效果好且耗水較少。但因其裝設(shè)在截割頭上，截割頭工作時需割入煤壁，故其噴嘴極易堵塞，失去效果，且目前內(nèi)噴霧系統(tǒng)的供水系統(tǒng)由掘進臂內(nèi)部通入，非常難以拆卸和維護。EBZ-120型掘進機噴霧系統(tǒng)組成如下圖1所示，由圖1可以看出掘進機內(nèi)外噴霧的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及組成，井下靜壓水經(jīng)過濾器過濾后由三通分別流向外噴霧和內(nèi)噴霧系統(tǒng)，外噴霧系統(tǒng)部分經(jīng)過球閥控制直接噴灑出去；流向內(nèi)噴霧部分經(jīng)二級過濾及減壓閥后經(jīng)冷卻器部分進行冷卻，后由三通分為兩路，一部分繞切割電機流動對電機進行冷卻后由噴嘴噴出；另一部分經(jīng)小型柱塞泵進行加壓后從截割頭上部噴嘴噴出進行降塵和冷卻濕潤截齒。EBZ-120型掘進機噴霧系統(tǒng)常用外噴霧水壓約為2 MPa，內(nèi)噴霧水壓約為3 MPa。經(jīng)試驗，此時霧化效果良好。

圖1 掘進機噴霧系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意

2 噴霧系統(tǒng)存在問題

根據(jù)圖1可以發(fā)現(xiàn)，EBZ-120型掘進機的內(nèi)噴霧的走水結(jié)構(gòu)鑲嵌在掘進臂內(nèi)部，后經(jīng)截割頭流出，從而實現(xiàn)噴霧除塵。按照系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來說，為保障截割臂軸線的穩(wěn)定和精確，掘進臂內(nèi)部會設(shè)置兩組滾動軸承對主軸支撐和定位。這種結(jié)構(gòu)也就要求在掘進臂內(nèi)部的軸承處需按時加入潤滑油進行維護，保障其使用年限和工作穩(wěn)定性。為了使水路系統(tǒng)與潤滑油隔離，通常采用的辦法是利用O型密封墊及幾組格萊圈進行旋轉(zhuǎn)密封。但由于掘進迎頭工作條件惡劣，環(huán)境復(fù)雜，伴隨著劇烈的振動和撞擊，密封措施經(jīng)常會出現(xiàn)磨損失效，這就會導(dǎo)致下述一系列問題：

1）噴霧水與潤滑油造成混合。若格萊圈及O型密封墊發(fā)生磨損破壞，則壓力水進入截割臂軸承處造成與軸承混合，嚴(yán)重影響潤滑油的品質(zhì)和作用效果，從而間接降低了滾動軸承的作用及使用年限。

2）內(nèi)噴霧系統(tǒng)損壞失效。若破碎的格萊圈或O型密封墊流入內(nèi)噴霧水路系統(tǒng)，則可能導(dǎo)致噴霧系統(tǒng)堵塞失效，從而導(dǎo)致工作時大量粉塵產(chǎn)生，對掘進工作面環(huán)境造成嚴(yán)重污染，影響操作和工人健康。同時失去了內(nèi)噴霧對截齒的濕潤和冷卻效果，截齒截割效率下降，且使用壽命也會明顯降低，造成極大的工作困難和經(jīng)濟損失。

3）造成電機進水。密封措施失效后，靜壓水可能會進入截割電機處，從而導(dǎo)致電機進水，出現(xiàn)漏電或跳閘的問題。

4）維護困難。因為密封圈位置位于切割旋轉(zhuǎn)軸及配水盤交錯處，若發(fā)生損壞必須將掘進機前部整個掘進臂拆除才能維修，嚴(yán)重影響進度。

除了上述問題，EBZ-120型掘進機的噴霧還有結(jié)構(gòu)原件冗雜、中間環(huán)節(jié)過多、噴嘴位置、口徑設(shè)置待優(yōu)化及過濾精度不夠，噴嘴易堵等明顯問題。

3 水路改進及優(yōu)化

根據(jù)前面對掘進機噴霧系統(tǒng)存在問題的分析，經(jīng)過不斷地實驗研究和現(xiàn)場測試，以下提出了幾點改進和優(yōu)化方案。

1）對于掘進臂內(nèi)部水路通過可能造成水進入潤滑油或電機進水等問題，擬采用將內(nèi)噴霧走水結(jié)構(gòu)外置的方案。在懸臂外部設(shè)置條狀鋼保護槽對水路進行固定和保護。這樣設(shè)置以后，一旦發(fā)生漏水或堵塞可以快速發(fā)現(xiàn)并進行維護，有效避免了水進入截割臂，同時使故障維護變得更加簡單可行。具體的操作原理圖如圖2，在截割臂外端裝設(shè)和截割臂固定的軸套護槽，在護槽上開出走水孔，使靜壓水進入；在截割頭上裝設(shè)和截割頭固定的軸套，其隨截割頭一起旋轉(zhuǎn)。噴霧系統(tǒng)水經(jīng)掘進臂上軸套預(yù)留口進入后到達(dá)旋轉(zhuǎn)軸套，經(jīng)軸套上的導(dǎo)水口進入截割頭，最終由噴嘴噴出實現(xiàn)霧化降塵[2-3]。

2）對于格萊圈等密封措施易損壞的問題，進行一定的防護和管理。在掘進機噴霧系統(tǒng)工作時，密封措施起到重要作用，密封圈可靠耐用不僅保障了系統(tǒng)的穩(wěn)定正常運行，還能夠防止煤塵、巖粒等雜物進入堵塞損壞噴嘴。改進后的噴霧系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，密封格萊圈及O型圈內(nèi)外徑均有所加大。在相同轉(zhuǎn)速情況下，其線速度也有所增加，加快了其磨損程度，降低其使用壽命。因此將密封件的摩擦面光滑程度和硬度均適當(dāng)增大，同時不影響其裝配和使用密封效果。在安裝時必須保障兩個軸套的軸向間距和旋轉(zhuǎn)密封保持同一中心，不然可能會出現(xiàn)漏水現(xiàn)象。此外，在進水口處應(yīng)加大防護槽的強度和厚度，防止落煤或落石損壞系統(tǒng)[4]。

圖2 內(nèi)噴霧水路外置改進示意圖

4 應(yīng)用效果

經(jīng)過改造后的噴霧系統(tǒng)在潞安常村礦進行了現(xiàn)場應(yīng)用，實踐發(fā)現(xiàn)改造后的系統(tǒng)使用效果明顯，且發(fā)現(xiàn)堵塞等情況后維護方便，電機進水情況不再發(fā)生，內(nèi)噴霧效果明顯提高，截齒濕潤冷卻情況正常。工作面環(huán)境得到顯著改善。根據(jù)現(xiàn)場實測，改造后內(nèi)噴霧霧化覆蓋直徑可達(dá)1.8 m，完全覆蓋截割頭產(chǎn)塵部分。軸套溫度在45℃以下，且無漏水現(xiàn)象發(fā)生。

5 結(jié)論

把EBZ-120型掘進機原本由截割臂內(nèi)部通過的內(nèi)噴霧水路系統(tǒng)置于截割臂外部，并在截割臂和截割頭處分別裝設(shè)固定軸套及旋轉(zhuǎn)軸套，在截割臂上設(shè)置管路系統(tǒng)保護槽，解決了水進入截割臂內(nèi)與潤滑油混合的問題。同時，通過提高密封件摩擦面的光滑度和硬度，并加強維護，安裝時保證其與軸套在同一圓心，從而提高了密封設(shè)施的耐用度和密封效果。