申高紅

（山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司望云煤礦分公司，山西 晉城 048400）

山西蘭花礦的采煤機使用過程中電機很容易發(fā)熱，為了避免這種故障，該礦采用了冷卻水對電機進行冷卻。在采用冷卻水進行冷卻時，采煤機的截割電機仍然發(fā)生了燒毀問題。對燒壞的電機進行拆解分析，90%的電機是因為冷卻水的流量不夠，或者水壓太小，而采煤機司機沒有立即停機檢查，導致電動機絕緣下降，繼而發(fā)生接地甚至燒壞的事故。針對此問題，設(shè)計了采煤機截割電機冷卻水保護裝置。

1 冷卻水保護裝置簡介

冷卻水保護裝置的作用原理是根據(jù)截割電機的溫度來調(diào)節(jié)水流流量，它主要是由水流壓力傳感器、PLC編程控制器和防爆報警器等輔助元件組成，如圖1。

如圖1所示，采煤機冷卻水路保護裝置包括進水入水分配閥，水分配閥分出五路，兩路去了左右內(nèi)噴霧，三路通過內(nèi)部減壓后進入外噴霧，噴向煤壁。第一路未減壓直接進入左內(nèi)噴霧；第二路未減壓直接進入右內(nèi)噴霧；第三路進入截割電動機、水流壓力傳感器、搖臂、外噴霧，噴向煤壁；第四路進入截割電動機、水流壓力傳感器、搖臂、外噴霧，噴向煤壁；第五路通過三通分開兩路，一路連接水流壓力傳感器、調(diào)高電動機、左牽引電動機、單噴嘴，噴向煤壁，另一路連接水流壓力傳感器、右牽引電動機、單噴嘴，噴向煤壁。內(nèi)噴霧進水壓力4 MPa，外噴霧通過水分配閥內(nèi)部減壓后，出水壓力1.5 MPa。

圖1 截割電機冷卻水保護裝置結(jié)構(gòu)示意圖

在保護裝置中水流壓力傳感器的主要作用是采集冷卻水的實時壓力，并將采集來的數(shù)據(jù)傳遞給PLC可編程控制器。PLC根據(jù)采集來的信號做出合理的判斷并發(fā)出相應(yīng)的動作指令，主要是停止采煤機的運行和發(fā)出事故的安全警報[1-4]。

具體運行過程如下：

（1）根據(jù)采煤機司機的操作習慣，先啟動采煤機啟動按鈕，等待截割電機啟動后，打開冷卻水。也有采煤機司機等采煤機開始行走后才開冷卻水，這種習慣很容易造成截割電機由于過熱而出現(xiàn)燒毀的問題。在安裝保護裝置后，采煤機司機在啟動采煤機前必須先開冷卻水，當水流壓力在設(shè)定值范圍內(nèi)時，方可啟動采煤機，反之，不能啟動采煤機。如果在啟動采煤機前，未開啟冷卻水，控制回路斷開，不能啟動采煤機；啟動采煤機后，通過水流壓力傳感器對冷卻水的壓力進行監(jiān)測，通過開關(guān)量反饋到PLC編程控制器中，對采煤機啟動控制回路做出反應(yīng)，如果冷卻水壓力未達到設(shè)定值范圍內(nèi)，PLC編程控制器會接通聲光報警器，聲光報警會發(fā)出警報，如果在3 min之內(nèi)未處理問題，采煤機控制回路斷開電源，待冷卻水壓力達到設(shè)定值范圍時，采煤機方可啟動。

（2）當采煤機在割煤過程中，由于外界因素發(fā)生水壓變小或者出現(xiàn)流量變小的情況，這款電動機冷卻水保護裝置會立刻發(fā)出警報（防爆報警器），采煤機司機應(yīng)該立刻檢查冷卻水路，例如閥門沒有完全打開、冷卻水管密封壞、水管擠破發(fā)生漏水等原因，造成水流量變小。在此期間采煤機司機必須停止采煤機，否則，報警器會一直發(fā)出警報，持續(xù)3 min后，自動切斷采煤機電源，起到保護采煤機電機的作用。保護裝置的PLC控制程序如圖2。

圖2 水冷保護裝置的PLC控制程序

2 應(yīng)用效果分析

山西蘭花礦于2020年8月開始在采煤機截割電機上安裝冷卻水保護裝置。整個安裝改造和調(diào)試花了40 d時間，改造花費40萬元。從安裝完成到現(xiàn)在，采煤機截割電機已經(jīng)完好運行了300 d左右。

2.1 安全性

通常情況下，在電機發(fā)生燒毀時，內(nèi)部會發(fā)生短路，短路時會產(chǎn)生較大的短路電流。較大的短路電流不僅會燒毀線路，還容易引發(fā)火災(zāi)，危險性極大。而在安裝水冷保護裝置后，就能避免過熱引起的內(nèi)部短路。一旦電機出現(xiàn)了過熱，保護裝置立即發(fā)生動作，從而切斷電源，可以最大程度保護電機，能有效地避免引發(fā)火災(zāi)。

2.2 經(jīng)濟性

改造后，截割電機發(fā)生的故障頻率由過去的每月3次下降到現(xiàn)在的1次甚至0次。若每次維修耽誤時間3 h左右，在維修期間不能出煤，則會造成經(jīng)濟損失6萬元左右，因此，只需數(shù)月就可以將改造的成本收回。此外，在電機進行保護后，設(shè)備得到正常的使用，減少了維修的次數(shù)，有助于延長設(shè)備的使用壽命，降低了煤礦開采的運行成本[5]。

2.3 可推廣性

在我國機械化采煤具有非常高的普及程度，非常有必要研發(fā)一種采煤機截割電機的保護裝置。一方面，由于采煤機的型號并不通用，在更換時非常麻煩，會存在有價無市的情況，這會在很大程度上耽誤生產(chǎn)的進度。另一方面，由于煤礦井下惡劣的環(huán)境，截割電機發(fā)生故障的原因很多，非常不利于煤礦的安全高效生產(chǎn)。因此，非常必要對采煤機的截割電機進行保護。本文采用的截割電機冷卻水保護裝置可以為煤礦生產(chǎn)中截割電機的保護提供一種借鑒，具有很強的推廣性。

3 結(jié)語

在機械化采煤過程中，采煤機電機由于過熱而經(jīng)常出現(xiàn)燒壞的問題，嚴重影響到了煤礦開采的高產(chǎn)高效。研發(fā)采煤機截割電機冷卻水保護裝置，有效解決了因采煤機冷卻水量和壓力不足而發(fā)生電機燒壞的問題。