李 劍

（科興米山煤業(yè)有限公司，山西 高平 048400）

引言

掘錨一體機(jī)在大斷面煤巷掘進(jìn)工作中被廣泛應(yīng)用，利用該設(shè)備可以同時(shí)完成巷道的臨時(shí)支護(hù)、錨桿支護(hù)、行走、除塵以及煤礦物料的截割、運(yùn)輸?shù)榷囗?xiàng)工作[1-2]。由于多項(xiàng)工作都集中在相同設(shè)備中完成，整個(gè)流程銜接更加順暢，能夠顯著提升煤礦開采效率[3]。噴霧系統(tǒng)是掘錨一體機(jī)中重要的構(gòu)成部分，其作用是通過噴霧降低礦井作業(yè)環(huán)境中粉塵的含量，營造良好的工作氛圍[4]。因此，噴霧系統(tǒng)性能的好壞直接決定了礦井工作環(huán)境的優(yōu)劣，進(jìn)而影響礦井工作人員的身體健康。本文主要以MB380型號(hào)掘錨一體機(jī)為例，對(duì)其噴霧系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)研究。

1 掘錨一體機(jī)整體結(jié)構(gòu)及其基本原理

掘錨一體機(jī)由多個(gè)部分構(gòu)成，整個(gè)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，見圖1。截割部的作用類似于采煤機(jī)，能夠完成掏槽、下切、拉底等多個(gè)動(dòng)作，達(dá)到落煤的效果[5-6]。裝載部的作用類似于刮板輸送機(jī)，將落煤進(jìn)行收集并運(yùn)輸至運(yùn)輸部，通過運(yùn)輸部將采集得到的煤礦物料輸送到其他傳輸設(shè)備中運(yùn)走。錨鉆系統(tǒng)和臨時(shí)支護(hù)則主要是為了完成各種支護(hù)工作，確保整個(gè)煤礦采掘過程的安全。噴霧系統(tǒng)的作用主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：由于煤礦采掘過程中會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵，通過噴霧系統(tǒng)能夠加速粉塵的降落，保障采掘環(huán)境質(zhì)量；對(duì)掘錨一體機(jī)設(shè)備中的泵箱以及電動(dòng)機(jī)等進(jìn)行冷卻，提升設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性。噴霧系統(tǒng)雖然不是掘錨一體機(jī)中最為關(guān)鍵和核心的部分，但同樣會(huì)對(duì)整個(gè)設(shè)備的性能產(chǎn)生重要的影響，因此需要對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。

圖1 礦用掘錨一體機(jī)整體結(jié)構(gòu)示意圖

2 掘錨一體機(jī)噴霧系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

噴霧系統(tǒng)除了降塵的作用外，更重要的是對(duì)掘錨一體機(jī)的電機(jī)進(jìn)行冷卻，避免溫度過高影響電機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性。而掘錨一體機(jī)屬于集成化設(shè)備，設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)很多功能，每個(gè)功能都需要利用電機(jī)提供動(dòng)力。因此掘錨一體機(jī)內(nèi)部包含有多部電機(jī)，使得整個(gè)掘錨一體機(jī)噴霧系統(tǒng)也相對(duì)較為復(fù)雜，見圖2。

圖2 掘錨一體機(jī)噴霧系統(tǒng)整體方案示意圖

從圖2中可以看出，整個(gè)噴霧系統(tǒng)有兩大支路構(gòu)成。冷卻水進(jìn)入噴霧系統(tǒng)后先需要經(jīng)過過濾器進(jìn)行處理，以確保冷卻水質(zhì)達(dá)到要求，避免雜質(zhì)進(jìn)入噴霧系統(tǒng)造成管路堵塞，然后沿兩個(gè)方向進(jìn)行流動(dòng)。在第一支路中，冷卻水流經(jīng)流量開關(guān)、流量表、減壓閥等設(shè)施后，可以對(duì)裝載電機(jī)和截割電機(jī)進(jìn)行冷卻。其中，裝載電機(jī)通過串聯(lián)方式進(jìn)行冷卻，而截割電機(jī)則通過并聯(lián)方式進(jìn)行冷卻。最終冷卻水在截割機(jī)和鏟板機(jī)中進(jìn)行噴霧；第二回路中，冷卻水經(jīng)過控制閥、減壓閥等設(shè)施后，又分成四個(gè)子支路。第一子支路通過串聯(lián)的方式對(duì)變頻器、兩個(gè)行走電機(jī)進(jìn)行冷卻，第二子支路對(duì)油泵電機(jī)進(jìn)行冷卻，且水最終流進(jìn)鉆箱，第三子支路直接對(duì)除塵機(jī)進(jìn)行供水噴霧，第四子支路同樣通過串聯(lián)方式對(duì)兩個(gè)輸送電機(jī)進(jìn)行冷卻，最終在輸送槽中進(jìn)行噴霧。需要說明的是，掘錨一體機(jī)正常工作時(shí)行走速度非常緩慢，因此行走電機(jī)發(fā)熱量相對(duì)較小，無需對(duì)其進(jìn)行冷卻，一般通過球閥對(duì)該支路進(jìn)行關(guān)閉。只有在掘錨一體機(jī)長距離行駛時(shí)才打開球閥對(duì)行走電機(jī)進(jìn)行冷卻。通過此措施能夠顯著提升噴霧系統(tǒng)的運(yùn)行效率，避免不必要的浪費(fèi)。

3 噴嘴的選型壓力流量設(shè)計(jì)

3.1 噴嘴的選型

為了確保煤礦生產(chǎn)安全，在掘錨一體機(jī)的多個(gè)部位均設(shè)置了噴霧系統(tǒng)。噴嘴是噴霧系統(tǒng)中比較關(guān)鍵的裝置，冷卻水需要通過噴嘴進(jìn)行霧化。如圖3所示為本系統(tǒng)選用的噴嘴實(shí)物圖片，屬于空心錐噴嘴。噴嘴內(nèi)部為螺旋空腔，冷卻水的入口與螺旋空腔相切，確保冷卻水以相切的方式進(jìn)入，使得水分在空腔內(nèi)能夠得到充分霧化，以達(dá)到最理想的效果。在設(shè)置噴霧系統(tǒng)時(shí)，要求噴嘴形成的噴霧、機(jī)械設(shè)備、煤壁等可以形成一個(gè)封閉的空間，使得掘錨一體機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的粉塵不會(huì)向外擴(kuò)散，而是隨噴霧沉降。

圖3 空心錐噴嘴實(shí)物圖片

3.2 壓力流量計(jì)算

根據(jù)我國制定的煤礦行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，為確保煤礦生產(chǎn)安全，要求截割部位噴霧系統(tǒng)噴霧時(shí)的壓力不得低于2 MPa。對(duì)于本系統(tǒng)選用的空心錐噴嘴，為達(dá)到上述壓力要求，其流量大小應(yīng)該不得低于2.7 L/min。第一回路中使用的噴嘴數(shù)量為26個(gè)，則要求第一回路的流量不得低于70.2 L/min。輸送槽噴霧和除塵噴霧的壓力不得低于0.5 MPa，要求對(duì)應(yīng)的流量不得低于1.3 L/min，此兩個(gè)子回路的噴嘴數(shù)量共為10個(gè)，則要求對(duì)應(yīng)的流量不得低于13 L/min。另外，每個(gè)鉆箱進(jìn)水流量要求每分鐘達(dá)到30 L，共計(jì)有三個(gè)鉆箱，則鉆箱的流量大小為90 L/min?；谝陨戏治隹梢钥闯?，在滿足最基本要求的情況下，噴霧系統(tǒng)的流量大小應(yīng)該為173.2 L/min。雖然通過控制噴霧系統(tǒng)入口流量大小能夠保障噴霧時(shí)的壓力要求，但為了進(jìn)一步提升系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，分別在各個(gè)噴霧支路前端設(shè)置增壓閥。使截割部位噴霧系統(tǒng)水壓和除塵部位噴霧系統(tǒng)水壓分別不低于2 MPa和0.5 MPa。

4 影響噴霧系統(tǒng)性能的主要因素

基于上述分析可以看出，掘錨一體機(jī)噴霧系統(tǒng)相對(duì)較為復(fù)雜。在復(fù)雜的煤礦環(huán)境下工作時(shí)，容易受環(huán)境因素的影響，進(jìn)而降低其使用性能。以下結(jié)合筆者實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)噴霧系統(tǒng)使用性能的主要影響因素及其解決措施進(jìn)行分析。

1）噴霧系統(tǒng)需要利用水進(jìn)行冷卻和噴霧，而礦井水質(zhì)通常不理想。雖然會(huì)利用過濾器對(duì)水進(jìn)行過濾，但不可避免地還是會(huì)混入各類雜質(zhì)，最終對(duì)噴霧系統(tǒng)造成堵塞，影響冷卻和噴霧效果。針對(duì)該問題，當(dāng)掘錨一體機(jī)停機(jī)時(shí)，應(yīng)該將噴霧系統(tǒng)前端的過濾器取下并清洗干凈，對(duì)濾芯定期進(jìn)行更換。

2）水流從噴嘴中流出時(shí)速度較快，經(jīng)過長時(shí)間使用后噴嘴會(huì)出現(xiàn)磨損問題，進(jìn)而影響噴霧的效果，需要定期對(duì)噴嘴進(jìn)行更換。另外，煤礦開采環(huán)境較為復(fù)雜，噴嘴口容易被雜質(zhì)堵塞，針對(duì)該問題可以利用針狀物體將噴嘴進(jìn)行疏通。

3）由于水質(zhì)問題，噴霧系統(tǒng)經(jīng)過長時(shí)間使用后，會(huì)在管道內(nèi)部產(chǎn)生水垢，阻礙水的流動(dòng)，影響冷卻和噴霧效果，需要定期對(duì)噴霧系統(tǒng)管道進(jìn)行清理。尤其是管道中的各類水路元件，彈簧表面產(chǎn)生水垢后可能會(huì)影響復(fù)位，使得水路元件工作精度降低，所以需要定期對(duì)各類水路元件進(jìn)行檢查，確保各元件都能夠正常工作。