采煤机喷雾水路增压方案的研究*

朱信平

(天地科技股份有限公司 上海分公司， 上海 200030)

0 引言

在工作面采煤机工作时会产生大量的粉尘。随着现代采煤机生产能力的提高，产尘量增加，不但影响煤机司机的视线，而且大量粉尘吸入体内会严重危及煤矿工人的身体健康[1]。因此，采煤工作面降尘是当前我国煤炭开采中一项事关职业健康的重要课题。

《煤矿安全规程》规定“采煤机必须安装内、外喷雾装置，割煤时必须喷雾降尘，内喷雾工作压力不得小于2 MPa，外喷雾工作压力不得小于4 MPa”。现有的降尘方式主要通过设在顺槽的泵站提供一定压力的水，经管路输送到工作面采煤机，由采煤机滚筒和摇臂上的喷嘴喷出，实现内、外喷雾降尘[2]。然而，从泵站到采煤机长距离传输后，产生了较大的压力损失，导致喷雾水压力不足，难以达到规程规定的喷雾压力，工作面喷雾降尘效果较差[3]。为了获得更好的降尘效果，在简单增加供水泵站水量和水压的方法无法奏效的情况下，在采煤机上设置增压水泵是提高喷雾水压最有效的途径。

1 增压方案设计

要实现喷雾水路增压，通常需要动力源、执行元件和辅助装置三部分。动力源可选择电机、液压马达或采煤机已有的动力；执行元件为水泵；通过辅助装置将动力源与水泵、管路有机地连接起来。

在新设计机型上增加喷雾水路增压系统，可选用任意一种动力源，并选用匹配的执行元件和辅助装置。

若在现有采煤机基础上增加一套增压系统，则需要解决以下几个问题：

1) 增压系统动力源的确定。由于工作环境的特殊性，现有机型结构设计较为紧凑，特别是薄煤层设备，机器上没有额外的空间安装新增的增压泵站[4]。驱动只能采用采煤机自身的动力。

2) 增压系统执行元件的选择。

3) 增压装置安装位置的确定及保护。现有机型受空间限制，增压系统在布置和结构设计上也具有较大的难度。

根据驱动增压水泵动力来源的不同，可设计以下3种喷雾水路的增压方案。

1.1 采煤机摇臂动力驱动方案

该方案利用采煤机摇臂三轴处的空间和三轴的动力输出，驱动增压水泵，将采煤机喷雾降尘水增压，通过摇臂喷雾降尘。采用摇臂传动轴驱动水泵的方案如图1所示，具体包括齿轮轴、离合轴、座、骨架油封、联轴器、水泵、法兰、压盖等组成部分。离合轴联接齿轮轴和联轴器，通过联轴器与水泵联接，由齿轮轴带动离合轴和联轴器，继而带动水泵旋转。联接座与轴承压盖之间安装骨架油封，用于在联接座旋转状态下防止齿轮箱中的润滑油进入水泵。采煤机工作时，截割电动机驱动摇臂齿轮传动系统至三轴处转速约为1 000 r/min，由增压水泵通过联接传动机构与三轴联接，在电动机运转的状态下对喷雾水路进行增压。

1-齿轮轴;2-离合轴;3-座;4-骨架油封;5-联轴器;6-水泵;7-法兰;8-压盖。图1 采用摇臂传动轴驱动水泵的方案

该方案由于增压水泵设置在摇臂上，其优点是无需额外的动力源，且离喷雾点距离短，压力损失小。但需解决以下几个难点：

1) 采煤机摇臂结构紧凑，需要增压泵及相关联接传动结构的体积足够小且布置合理；

2) 采煤机摇臂工况极其恶劣，增压泵系统的防护难度大，需要合理设计防护装置，保证具有足够的强度。

1.2 液压马达驱动方案

该方案利用采煤机的液压系统，采用液压马达驱动增压水泵，对采煤机喷雾降尘水进行增压。液压马达的高压油来自三联齿轮泵，喷雾水路增压系统由液压马达、增压水泵、高压溢流阀和附件等组成[5]。三联泵产生高压油，驱动液压马达旋转，带动高压水泵工作，实现水路增压。液压马达驱动的增压方案原理如图2所示。

图2 液压马达驱动水泵的增压方案原理

由于液压马达驱动方案的连接方式为通过管路连接液压件，没有硬性的机械连接，可安装在机身内部，所以不存在防护问题。但是要具备两个前提：一是机身需要有一定的安装空间，用来安装更换后的齿轮泵和增压系统的其余零部件；二是机器所配置的液压动力需要有较大的余量，否则会影响机器自身的正常调高。

1.3 电机驱动的喷雾水路增压方案

在采煤机新开发机型上设置喷雾水路增压系统时，可设计增加单独的增压单元，提供单独的动力源。采用电机驱动增压水泵的方式，如图3所示。采煤机电控系统增加一路交流电源，为增压水泵电机供电。电机通过联轴器和法兰与增压水泵联接，入水口和出水口安装相应的水压水量传感器、过滤器、溢流阀和压力表等附件。

1-电动机;2-联轴器;3-法兰座;4-增压水泵。图3 电机驱动水泵的增压方案

由于该方案是在新机型开发时一并考虑的，所以在空间、安装位置和驱动动力方面都不存在问题，方案更加完善，具有较好的可行性和较高的可靠性。

2 方案的对比分析

根据以上3种喷雾水路增压方案特点，通过8个方面进行对比分析，结果见表1。

表1 3种方案性能对比分析

由表1可看出：

(1) 3种方案理论上都是可行的；

(2) 方案1的特点是对机器本身影响小；

(3) 方案2的特点是成本低和可靠性高；

(4) 方案3的特点是可靠性高和独立性强。

3 结论

本文提出了3种采煤机喷雾水路增压方案，并对3种方案的特点进行了对比分析，为便于方案选择建议如下：

1) 对于新开发的机器宜采用单设喷雾水路增压泵站的方案；

2) 对于在现有的中厚、厚煤层采煤机机型上新增设喷雾水路增压系统，由于在摇臂上有一定的容纳空间，可优先采用摇臂传动系统驱动增压水泵的方案；

3) 对于薄煤层煤机，摇臂由于安装空间受限、工作环境恶劣，可优先采用液压马达驱动的方案。