掘进机内喷雾系统水路结构的改进

李海斌

（大同煤矿集团公司 煤峪口矿，山西 大同037041）

1 概述

EBZ－160型掘进机是一种悬臂式重型掘进机，主要优点是截割功率大、可掘巷道断面大、调动灵活、可靠性强，能够很好地满足煤巷、半煤岩巷及软岩巷道的连续掘进要求。但是，EBZ－160掘进机在掘进作业过程中，喷雾效果较差。主要表现为内喷雾易堵塞，甚至出现开掘300 m就失效的情况；外喷雾系统则存在压力低、流量小，喷雾效果不理想等问题。

喷雾系统的这些问题导致掘进机无法正常使用，工作环境恶劣影响作业人员的身体健康。既影响了煤矿生产的经济效益，又存在一定的安全隐患。因此，对喷雾系统进行改造是非常必要的。

2 掘进机喷雾系统概述

2.1 掘进机喷雾系统原理

一般来讲，掘进机的除尘方式有两种，即喷雾式和抽出式。本文主要分析喷雾式除尘。喷雾式除尘是通过喷嘴将压力水喷出，在喷出过程中高度扩散，最终雾化，使得空气中的粉尘随着水粒降下来，达到除尘的目的。喷雾式除尘可以分成内喷雾和外喷雾。

所谓外喷雾，是将喷嘴装在工作机构的悬臂上，将压力水喷向截割头，喷出的水扩散并雾化，将截割头包围，实现降低粉尘浓度的目的。这种方式结构比较简单、可靠性高、使用寿命长，但是因为喷嘴距离粉尘源比较远，导致降尘效果较差。

内喷雾是指在截割头上装有喷嘴，喷嘴按螺旋线的形式分布，压力水通过喷嘴射向截齿，降低空气中粉尘浓度。这种方式因为喷嘴安装在截割头，距离粉尘源近，喷雾效果好，耗水量少。但是喷嘴容易堵塞，供水管路比较复杂。

图1 掘进机喷雾系统原理示意

EBZ－160掘进机喷雾系统原理示意（见图1）。从图中可以看出，该喷雾系统有内喷雾和外喷雾两套系统。外来水首先经过一级过滤，之后分成两个部分，一部分通往喷水架，由雾状喷嘴直接喷出；另一部分经过二级过滤、减压、冷却之后又分为两部分，一部分通过截割电机后喷出，起到冷却电机的作用，另一部分通过水泵加压后由内喷嘴喷出，起到冷却截齿和除尘的作用。大量理论研究和实践验证，最佳雾化效果时的水压为2.8MPa左右，因此内喷雾水压约3MPa左右。

2.2 EBZ－160掘进机内喷雾系统存在的问题

从图1可以看出，EBZ－160掘进机内喷雾水从悬臂端内部穿过，到截割头上的喷嘴喷出，形成雾化效果实现降尘。从结构上来讲，为了保证截割主轴的精确性和稳定性，一般悬臂内部都有两个滚动轴承用来支撑主轴，为了确保轴承的使用寿命和可靠性，悬臂端内部要定期添加润滑油。为了分开冷却水和润滑油，通常旋转密封件使用的是四个格来圈和O型密封，不过由于井下掘进工作面的工作环境比较恶劣，很容易出现密封圈失效的情况，可能引起内喷雾系统出现以下故障。

（1）内喷雾系统故障，无法正常运行。如果内喷雾系统失效，工作面会产生大量的粉尘煤尘，污染作业环境，带来安全隐患。而且，内喷雾系统失效，不能有效的冷却截齿，会使得截齿的寿命大大缩短。

（2）冷却水可能与润滑油混合。如果密封件出现问题，可能使冷却水进入悬臂段内部，与润滑油混合，影响润滑油的质量，影响轴承的可靠性和使用寿命。

（3）可能导致电机进水。如果密封件失效，冷却水进入截割电机内部，可能造成电机进水，发生漏电、跳闸等故障。

（4）拆卸困难，影响掘进进度。由于密封件的位置在配水盘和切割主轴旋转相交的地方，如果密封件损坏需要维修，就必须拆掉整个悬臂段。实际作业时，在井下拆卸悬臂段非常困难，影响生产进度。

除了上述几点与喷雾系统密封圈有关的故障之外，EBZ－160掘进机内喷雾系统还存在元件冗余、故障点多、喷嘴孔径小、易堵塞、水源不净等问题。

3 掘进机喷雾系统改进方案

针对前面分析EBZ－160掘进机内喷雾系统易出现的问题，通过查阅文献和现场试验，提出了改变水路结构和提高密封件使用寿命的改进方案。

首先，针对悬臂段内部可能进水导致水与润滑油混合或者导致电机进水的问题，采取将水路结构改在悬臂段外侧的改进方案。改进以后，如果发生了漏水现象，能够在第一时间及时发现并采取相应的处理措施，避免水进入悬臂段内部。具体改进方案见图2，在悬臂段外部，安装一个与悬臂段固定的轴套，即固定轴套，在轴套上设进水孔一个，能够直接让静压水进入；另外，在截割头上，安装一个随截割头一起旋转的轴套，也就是旋转轴套。静压水能够流过固定轴套的进水口和旋转轴套的引水孔，最后达到截割头内，并从喷嘴喷出，实现雾化。

图2 掘进机喷雾系统结构改造示意

其次，针对密封件容易失效的问题，采取一定的管理和防护措施。由于在内喷雾系统工作过程中，密封件的作用至关重要，密封件可靠性高，不仅能够保证系统正常工作，还能避免掘进机割煤过程中煤尘、粉尘等异物的进入，造成喷雾嘴的堵塞。改造后的水路结构，密封件的外径和内径比改造前都有所增加。如果转速相同的话，线速度就会变大，导致密封件的磨损速度变快、磨损程度加剧。为了提高密封件使用寿命，应该在保证密封效果的同时，增大摩擦面的硬度和光洁度，而且在装配的过程中，必须保证两个轴套之间的轴向间距和旋转密封件的同心度，不然还会发生漏水现象。除此之外，由于水路结构在悬臂段外侧，还应在进水口侧采取一定的防护，避免落下的煤块或岩石砸坏系统管路。

4 改造效果

1）社会效益：通过对内喷雾系统水路结构进行优化改造，不仅确保了喷雾效果，并且解决了电机进水问题，降低了截齿温度，改善了工作环境。本方案能够为其它煤矿相同类型的机型改造提供参考。

2）经济效益：根据《煤矿安全规程》要求，工作面采掘设备的内喷雾系统如果不能投入使用或效果不好，必须配备其它相应的除尘降尘设备。相比附加设备的投入，优化改造的费用要少很多。改造后，设备维修更加方便。

3）使用效果：改造后的设备投入使用后，切割头内喷雾雾化范围半径可达1m左右，轴套温度能够保持在40℃上下，悬臂段漏水问题得到解决，没有出现喷嘴堵塞故障。

5 结语

1）通过对EBZ－160掘进机内喷雾系统结构和存在问题的分析，提出了改进的措施：将水路系统改在悬臂段外侧，安装了固定轴套和旋转轴套，避免了静压水进入悬臂段内的问题。另外，为了提高密封件使用寿命，要增大摩擦面的硬度和光洁度，而且装配时要确保轴套轴向间距和旋转密封件的同心度。

2）通过对内喷雾系统水路结构优化改造，不仅确保了喷雾效果，而且解决了电机进水问题，降低了截齿温度，改善了工作环境。改造后，轴套温度能够保持在40℃上下，悬臂段漏水问题得到解决，没有出现喷嘴堵塞故障，整体使用效果非常好。

〔1〕胡付凯.EBZ260型掘进机内喷雾装置的改进〔J〕.矿山机械，2014，42（6）：148－149.

〔2〕郑云龙.掘进机内喷雾系统技术研究〔J〕.煤，2012，21（3）：9－10.

〔3〕殷春雷.掘进机除尘喷雾系统分析〔J〕.科技风，2011，（02）：226.

〔4〕陶永芹.EBZ－160型掘进机外喷雾系统的改进〔J〕.淮南职业技术学院学报，2005，5（14）：28－29.

〔5〕李 忠，卢进南，谢 苗.EBZ－160A型掘进机高压喷雾系统的设计〔J〕.煤矿机械，2009，30（11）：143－145.