采煤机喷雾结构的改进与应用

李 强

（山西煤炭运销集团南河煤业有限公司，山西晋城 048400）

0 引言

采煤机是煤矿井下一种重要的采煤设备，其工作状况的好坏将直接影响到矿井采煤效率，而矿井工作环境恶劣，井下不仅存在大量的易燃易爆气体，而且采煤机采煤过程中还易产生大量的粉尘，这些易燃易爆气体与粉尘，一方面会影响矿井采煤效率，另一方面还严重威胁着矿井安全生产，而矿井所用的MG300/7000WD型电牵引采煤机采煤机喷雾系统在日常作业中供水量小、雾化效果差，很难满足采煤实际需求，对此，急需了解MG300/7000WD型采煤机喷雾系统现存问题，并及时采用相关措施进行改进。

1 改进前采煤机喷雾系统问题

某煤矿中的某个工作面MG300/7000WD电牵引采煤机喷雾系统所采用的供水管道均设有17 mm的高压软管，这些软管不具有较大的供水量和喷水压力，导致其无法产生较好的冷却效果，出现了较大的损失[1]。

（1）采煤机喷雾系统中所采用的进水主管主要包含了两个通道：第一条通道主要包含了泵水、轴箱及左摇杆电机3种水通道，主要采用左摇杆喷嘴来进行喷射；第二条通道主要包含了右摇臂电机及外摇臂喷射水箱2种水通道。喷雾系统配置的摇臂不具有较好的冷却效果，但是煤机喷淋系统不具有较高的压力，水压只可以维持在2.1 MPa，导致滚筒缺少喷雾，无法发挥较好的雾化效果，产生较大的损失[2]。

（2）采煤机需要用水时，一般都是由冷却体系中出水，压力常常无法达到要求，导致喷雾的效果不佳。在生产过程中，外部喷雾无法取得较好的效果，极易被煤尘所覆盖，进而对喷雾降尘的效果造成了影响。

（3）摇臂上部的喷管极易破碎，必须随时停止液压软管的供液，及时更换。若高压管道内部的水压小于8 MPa时，喷管会出现破坏，导致工作人员的伤亡，存在较大的风险问题[3]。

2 喷雾结构改进

2.1 供水管路

在采煤机运行的过程中，为了提升降尘的效果，可以提升喷雾系统的供水压力。这种方法不仅会提高设备的负荷，使采煤机维持较高的功耗状况，而且也增强了管道的震动，出现严重的损坏。由于喷射泵输出的水量较小，因此空载循环将会增加水箱水的温度。在煤炭开采的过程中形成了较多的水雾，对采煤机司机的视野造成了影响，导致开采效率不断降低，造成了极大的安全隐患。对于这种状况，对喷雾冷却体系进行了完善，提出了相应的改善方案，分别开展了持续测试，最终选择了双向供水的方案[4]。首先将泵水喷射到单向供水管道的工作面中，之后采用两路供水：一路为标准的液压软管，其直径为36 mm，另一路则需要用直径为28 mm的管路进行配合。此时，供水管道的直径及水量不断提升，水的温度持续降低，喷雾效果得到提升。

2.2 冷却系统

改良之后的进水管主管是由反冲洗先导阀所构成，其主要包含4个通道：第一条通道通过泵电机水通道，泵利用轴箱水与左滚筒喷嘴形成连接；第二条通道通过左摇臂电机水道，并将该摇臂与外端喷嘴形成连接；第三条通道在经过水槽之后，与右滚筒的喷嘴形成连接；第四条通道利用右摇臂电机水通道与右摇臂的喷嘴形成连接[5]。

2.3 喷雾装置

在优化设计的过程中，将全新的外喷设备配置在采煤机上，以避免煤体切割过程中喷雾结构被覆盖。当对外喷雾块进行优化改良之后，原有的雾化喷嘴得到改良，由以往的1个转变为3个。如图1所示，上、下两个雾化喷嘴分别设置于滚筒切割的顶部及底部[6]。

图1 采煤机喷雾装置改进

2.4 管路护板

在原来上护板的基础上，设计相应的下护板，以保护左、右摇臂的喷雾设备。图2所示为左摇臂护板的三维立体图。

图2 增设的左摇臂护板的三维示意图

3 喷雾结构材料选择及强化措施

3.1 合理选择喷雾结构材料

在生产的过程中，采煤机喷雾构造常常会受到冲击力、压应力等多种力的影响，同时煤层内部存在的一些杂质也会与喷雾结构产生化学反应。因此，在设计的时候应当采用质量最佳的材料。喷雾结构所运用的材料不仅要具备较高的耐磨性，而且要具有较强的耐腐蚀性及抗冲击性。例如42CrMo、35CrMnsi等合金结构钢，可以用这种材料来制作喷雾结构，这种材料具有较强的锻造性和耐腐蚀性[7]。

3.2 利用表面强化技术

在制作喷雾结构的时候，一般会采用热喷技术，并在该结构周围加设相应的耐磨合金。这样不仅可以增强喷雾结构的强度，而且可以提升该结构的耐磨性，极大避免了截齿刀头的损坏。其中，激光熔覆技术主要是在喷雾结构的表面融入相应的高合金材料，以生成一种保护层，不仅可以增强高截齿表面的强度及耐磨性，而且可以提升使用年限。经过相关试验得出，喷雾结构在利用激光熔覆技术之后，其使用年限得到极大提升，达到了未采用该技术的喷雾结构的3倍。同时，喷雾结构因具有较好的耐磨涂层而不易产生变形。目前，等离子束表面冶金技术作为一种新兴的技术，其主要以喷涂、焊接等技术为基础，可以对粉末进行随意配比，然后再与喷雾结构的基体材料相结合，最终取得了有效的合金层。这种形式可以极大提升喷雾结构的使用寿命，进而使采煤机的维护费用得到降低、经济效益得以提升[8]。

4 应用效果

在采煤机喷射设备优化改良之后，对其进行了工业运用，在实际应用的过程中，该设备始终维持良好的状态，工作面的降尘效果得到显著提升，内部的喷水量不断增加，水温持续降低，采煤机各个部位都具有较高的冷却效果，喷头使用较久，外喷管道得到了较好的保护，并且不会再产生管道磨损的问题，保障了工作人员的安全，提升了生产的效率。

（1）减少生产的成本。通过降低采煤机的能耗来提升冷却效果，从而极大降低采煤机的能耗。不仅减少了截齿的更换周期和工作面的灰尘，而且提升了开采效率，增强了工作面的安全性。根据相关统计可知，在对喷雾结构进行改良之前，每割一刀截齿的平均消耗量为9.326个。在2019年2-9月该工作面对改良之后的采煤机开展了试验，改良后每刀截齿的平均消耗量为4.22个。假定每一个截齿的价格为125元，每一刀割煤将会减少638.25元的成本。根据相应的切割频率来进行计算，1年可以减少139.77万元。在对喷雾结构进行改良之后，开展试验的8个月内其截齿的消耗量如表1所示。

表1 改进采煤机喷雾结构后统计截齿损耗情况

（2）确保了煤体的质量。在外部喷雾设备中，分别将截止阀设置在两个高压软管上，有助于独立地控制。它可以对外部喷雾的流动速度进行调节，可以随时停止，同时不需要进行外部喷涂，极大确保了煤炭的质量。

（3）改善工作的环境，保障工作人员的安全。在采煤机的外喷装置之后再次配置外部喷雾，水可以由采煤机的进水口引入，不需要实施减压处理。喷雾压力始终维持在有效的范围内，从而极大改善了降尘问题，同时也改善了工作的环境及质量。与现存的摇臂结构相结合，对左、右摇臂的下护板进行设计制作。这样就可以对采煤机的喷水管加以保护，不仅不会受到落石的损坏，而且在煤岩运行的过程中也不会受到下方煤岩的影响。

5 结束语

喷雾系统的供水形式为2路供水，并将液压胶管的直径进行更换，由19 mm转变为25 mm。雾化喷嘴也增加至3个，上、下喷头分别以不同的角度配置在滚筒的割顶及割底部。采用下护板来保护左右臂的喷雾管。喷雾结构所采用的材料为合金钢，运用激光熔覆技术在喷雾结构的表面喷涂相应的高合金材料，以实施保护作用。对改良之后的喷雾结构进行实际应用，取得了显著的降尘效果，实现了最佳的喷雾水压，截齿消耗也得到了显著的改善。