田 晋

（山西晋城煤业集团技术研究院神悦节能公司，山西晋城 048006）

1 掘进机喷雾系统

掘进机的内外喷雾系统主要用于灭尘、冷却掘进机截割部电机、降低工作面的煤尘浓度、改善掘进工作面的生产环境，这有助于更好地保障矿井安全生产。如若当煤尘浓度达到0.75～1.00 mm[1]的范围内时，极易发生煤尘爆炸等安全事故，借助掘进机内外喷雾系统的及时喷雾可显著降低矿井煤尘浓度。

外喷雾系统主要是把喷嘴装设于掘进机悬臂段，让喷出的水大致集中在截割头部位，喷出的水扩散并雾化，充分包围于截割头四周，以有效降低煤尘浓度。外喷雾系统实际构造及工作原理都相对较简单，与内喷雾系统相比，具有更高的可靠性与更长的使用寿命，但是由于掘进机割煤时产生的煤尘量大而外喷雾装置距离截割部位远，所以降尘效果不好。

内喷雾系统经过悬臂段内部水路由截割头之间的喷嘴喷出，水压处于高压状态，高压水雾喷出后能长时间停留、悬浮在工作面环境中，大大降低煤尘浓度，而且可以捕捉煤尘中的细小颗粒，所以内喷雾系统具有更好的降尘效果，实际耗水量也相对较少，但内喷雾系统也存在很多不足，如喷嘴较易堵塞，所用供水管路也相对较复杂。

目前的掘进机为了能把冷却水和润滑油分隔开，采用格兰圈和0型密封圈来作为旋转密封，悬臂段内部有用以支撑切割主轴做旋转运动的2个圆锥滚子轴承[2]，因此在生产过程中，必须定期加注润滑油来确保轴承的使用寿命。但是由于井下掘进工作面的工作环境较差，悬臂段内主轴与内喷雾格兰圈组成的配水装置因磨损而很快漏水，经常因密封圈和其他原因造成密封件失效导致内喷雾系统不能发挥作用。

所以内喷雾系统存在使用寿命短、喷嘴易堵等问题。特别是内喷雾配水装置不能维修，损坏后不易更换，使得内喷雾装置形同虚设。

2 EBZ-120型掘进机内、外喷雾系统原理

内、外喷雾冷却除尘系统如图1所示。井下输水管送来的水经过Y型过滤器进行过滤后会流入总进液球阀，一趟水路通过减压阀进行减压作业后，途经冷却油箱与切割电机等设备，再流至前端的雾状喷嘴架位置喷出。另一趟水路不流经减压阀设备，不进行减压，直接为高压水，让这路高压水从掘进机截割部位截割头处的喷嘴喷出，在无内喷雾的情况下，可把此路水进一步引至叉形架前方左右两边布设的加强型外喷雾处的喷嘴喷出。内喷雾配水装置安装在悬臂段内，喷嘴分别安装在截割头的齿座之间；外喷雾喷雾架固定在悬臂筒法兰上，通常装设10个雾状喷嘴[3]。

图1 内、外喷雾冷却除尘系统原理图

3 EBZ-120型掘进机内喷雾系统常见故障

EBZ-120型掘进机内喷雾系统，先让水从掘进机悬臂段内部穿过，再到截割头部位相邻两截齿间的喷嘴喷出，让水变为高压雾化状，进而来降低矿井煤尘。为使采煤机的截割主轴更稳定，通常应为悬臂段内部装设两个滚动轴承来更牢固地支撑主轴，同时应为轴承添加润滑油。但因矿井掘进工作面的作业环境一般较恶劣，传统密封系统更易失效，会产生严重不良后果。

（1）密封失效，严重影响工作面降尘效果，产生的大量煤尘会严重危害施工人员人身健康。

（2）若密封发生故障，造成冷却水意外流入悬臂段内部，这些水与润滑油发生混合后，严重影响润滑油质量，缩短轴承正常使用寿命。

（3）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）密封件位于配水盘和切割主轴旋转相结合的部位，如果密封件损坏需要维修或更换，需把整个悬臂段都拆除。但在日常生产作业中，悬臂段一般不易拆除，拆除会耗费大量时间，影响矿井正常生产[4]。

EBZ-120型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，而且如果内喷雾系统失效还会影响截齿的寿命。

4 对EBZ-120型掘进机配水装置的研究改进

基于某单位EBZ-120型掘进机内喷雾系统在日常生产作业中较易出现的问题，通过查阅相关文献与进行必要的现场试验，提出耐用经济的即时注油喷雾灭尘迷宫密封配水装置结构方案，重点研究现有掘进机械用内喷雾配水装置，研发悬臂段的配水装置及密封性能。

新的配水装置属于液路密封结构，主要涉及掘进机灭尘输水密封结构的改进，采用多组迷宫沟槽设计，对水产生阻力，使阻力趋于无穷大，降低泄漏水流的压力和流量。

用静密封与多重迷宫式密封，并辅以注入密封填充物结构，可显著增强迷宫式密封能力，用迷宫式密封替代原配水盘所用的单一滑动配合的密封，这样可很好地解决输水降尘用水密封结构实际应用寿命相当较短的问题，在满足实际使用要求的前提下，一方面易损密封部件的实际使用寿命得到了有效延长，另一方面本部设备本身也可起到无水启动或无水运行。但值得注意的是在装配的时候需要保证配水装置与悬臂段的空间配合及安装、维修、更换等问题。另外，影响喷雾系统的执行元件—喷嘴的选取也非常重要，为达到理想的喷雾灭尘效果，应合理选择喷嘴[5]。

5 改造效果

（1）经济效益

依据规程规定，工作面的采掘设备内喷雾系统如果使用效果不好，需要另外配备除尘设备，与附加除尘设备需投入的资金相比，此种改造所需资金更少，可节约部分矿井生产成本，且经改造后的设备用起来也更便利，更高效。

（2）社会效益分析

减少更换减速机的次数，以前由于管路渗水，造成油水混合，减速器各部件润滑效果不好，各部件经常容易损坏，改造后在使用中没更换过减速器及零部件，节省人力，降低零部件消耗[6]。

保证安全生产，改造后的内喷雾效果很好，能抑尘，节省截齿，消灭截割火花的产生[7]。

该技术专为解决掘进机内喷雾寿命短、实践中不起作用的问题以及悬臂段主轴使用过程中易损坏的问题，提高煤矿行业掘进设备工作面的除尘水平，为工作面人员的工作环境改善提供更加有效的手段，其综合经济价值显而易见。

（3）推广应用前景

根据市场调研，掘进机内喷雾市场需求量越来越大，神华集团公司、川煤集团、神华集团、潞安集团、宁煤集团、平顶山集团等许多大型矿业集团都迫切需要解决该技术难点，预计在国内掘进机保有量为1 800台左右，所以该项目成果具有很广阔的市场前景[8]。

6 结语

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，必须配备其他相应的除尘降尘设备。与附加设备所需的投入相比，优化改造的费用更少。且改造后设备日常维护维修作业也更加方便。

该技术在某矿开始装配工业性试验以来，试验效果非常明显，系统压力稳定在2～3 MPa，悬臂段未发生漏水现象，内喷雾雾化范围大于1m，轴套温度一直稳定在40℃左右，为井下掘进生产创造良好的条件。