張 磊

（山西煤炭運銷集團陽城四侯煤業(yè)有限公司， 山西 晉城 048100）

引言

目前，煤礦井下掘進巷道的掘進方式逐漸多樣化，但大多還是利用連采機、掘錨機和懸臂式掘進機等分斷面的方式進行掘進，不僅無法滿足現(xiàn)在的發(fā)展要求，而且還制約了煤礦生產的發(fā)展。以中煤科工集團上海有限公司研制的煤巷全斷面掘進機為例，一次性制作斷面為矩形（5.8 m×3.8 m），月進尺3 000 m，利用步進式掘進能夠大幅度地提升施工制作效率。掘進機在運作時，傳動系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)會產生高熱，與此同時還會出現(xiàn)大量煤塵，這些問題需要經過冷卻和噴霧降塵系統(tǒng)進行處理。

1 系統(tǒng)構成及工作原理

1.1 系統(tǒng)構成

由1 個大刀盤、4 個小刀盤共5 個刀盤組成的全斷面掘進機截割功率1 600 kW。全斷面掘進機的降塵系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)主要是對掘進機大刀盤、前殼體還有6 臺錨桿機進行內外噴霧冷卻降塵，并對8件減速箱、1 件傳動箱潤滑油冷卻器、8 件減速箱、8臺水冷電機進行冷卻[1-2]。

由過濾器（反沖洗功能）、節(jié)流閥、安全閥、水泵、電動球閥、噴嘴及壓力流量傳感器共同組成了冷卻、噴霧系統(tǒng)。

1.2 系統(tǒng)工作原理

圖1 所體現(xiàn)的是冷卻噴霧系統(tǒng)運作流程和工作原理，掘進機吸水泵3.1 通過過濾器由煤礦提供低壓水反沖洗過濾后，總進水水壓由調節(jié)安全閥4.1控制機器完成并通過節(jié)流閥5.1 和節(jié)流閥5.2 對兩路進水量進行調節(jié)，其中一路流經節(jié)流閥5.1 對大刀盤中的4 套電機減速器、1 號油箱冷卻器6.2 和傳動箱潤滑油的6.3 冷卻器進行冷卻，另一路流經5.2節(jié)流閥被分流至5.3 節(jié)流閥和5.4 節(jié)流閥分別對2套小刀盤電機減速器進行冷卻。5.1 節(jié)流閥和5.2 節(jié)流閥分流出來的5.3 節(jié)流閥、5.4 節(jié)流閥形成的三路水流匯合，一路水流用于錨桿機冷卻除塵，一路水流途經11.1 電動球閥從內噴霧噴頭噴出，最后一路供水給3.2 高壓水泵進行增壓，外噴霧供水水壓由4.2安全閥設置調節(jié)進行并經過11.2 電動球閥從外噴霧噴頭噴出。

圖1 冷卻噴霧系統(tǒng)原理圖

礦井供水檢測使用2.1 壓力傳感器，水泵3.1 的出水壓力使用2.2 壓力傳感器，內噴霧水壓力使用2.3 壓力傳感器，加壓泵3.2 的水壓使用2.4 壓力傳感器，加壓泵供水壓力使用2.5 壓力傳感器。3 條水路的流量情況分別使用3 個流量傳感器進行監(jiān)視。內噴霧的流量大小使用5.3 節(jié)流閥用來調節(jié)[3-4]。

2 壓力流量分析

根據(jù)現(xiàn)行國家煤礦安全規(guī)定要求，掘進機內噴霧壓力要超過2 MPa、外噴霧壓力要超過4 MPa，所以4.1 安全閥應該調節(jié)為2.7 MPa、4.2 安全閥需要調節(jié)為4.2 MPa。

全斷面掘進機需要依照工作16 h/d、掘進6.2 m/h、斷面尺寸5.8 m×3.8 m、月進尺3 000 m。

2.1 單位時間的出煤量

式中：V 代表單位時間內的煤體積，取137.7 m3/h；ρ為煤的密度，取1.35×103kg/m3。

將數(shù)值代入公式得：單位時間的出煤量G 為186 t/h。

2.2 噴霧、冷卻流量Q1 的計算

式中：q 為噸煤噴霧水量，取0.03 m3/t。

將數(shù)值代入公式得：Q1=105 L/min。

2.3 系統(tǒng)總進水量Q 的計算

式中：Q2為噴霧降塵所需流量，取30 L/min。

將數(shù)值代入公式得：Q=135 L/min。

3 內外噴嘴布置

圖2 所示為矩形掘進機在井下布置情形。利用流量系數(shù)較大且阻力系數(shù)小的噴嘴可以讓噴霧效果更好更安全的運作[5]。

圖2 掘進機位置示意圖

圖3 為內外噴霧布置示意圖，在3 個大刀盤上裝置4 個2 MPa 水壓下每個噴嘴流量為3.5 L/min 的12 個V 形噴嘴，形成的噴霧在大刀盤軌跡范圍內。

為了有效清除掘進機作業(yè)工程中產生的塵土，我們采用噴霧模式清理。在前殼體上布置16 個V形噴嘴的外噴霧裝置，在4 MPa 下每個噴嘴流量為4.2 L/min。在前殼體左、右兩邊各布置6 個噴嘴，上下方各布置2 個噴嘴，下方布置的噴嘴位于刮板輸送機兩側，對清理刮板輸送機產生的灰塵較為及時有效。

圖3 內外噴霧布置圖

4 結語

通過工業(yè)性實驗證明，作為煤炭行業(yè)新興挖掘機械的全斷面矩形掘進機冷卻噴霧系統(tǒng)裝置在很大程度上滿足了機器流量和壓力對故障率低、降塵效果良好、噴霧區(qū)域大等要求，將其運用在采掘機械領域之中，可顯著提升采掘效率，推進采掘機械的設計和發(fā)展。