Boomer281全液压凿岩台车供水系统改进分析

施升涛

（山东黄金矿业（莱州）有限公司三山岛金矿 ）

1 供水系统堵塞分析

Boomer281全液压凿岩台车工作用水来自地表沉淀池，井下每个生产中段的废水经泄水孔向下汇集在矿井底部的中心沉淀池，沉淀过滤后由井下水泵将中心沉淀池的水输送到地表沉淀池，废水在地表沉淀池再次过滤后，由地表水泵输送到井下各个生产中段，供生产使用，通过这种方式循环使用生产水。

尽管生产用水分别在井下和地表经过沉淀及过滤，但供水源内仍含有大量泥沙、矿浆和木屑等杂质。国外矿山生产中，对供水源的水质要求很高，水中存在泥沙、矿浆和木屑等杂质是绝对不允许的，这也是Boomer281全液压凿岩台车设计人员在设计供水系统时选用圆筒式网式过滤器的重要原因。

2 供水系统堵塞后果分析

在设备正常工作中，供水系统的主要作用：

（1）冲洗炮孔中被钎头破碎的碎石，使之及时冲出炮孔；（2）对工作中的凿岩机和钎杆进行降温；（3）通过水冷却器对液压系统进行降温。

受井下供水系统水质差和凿岩台车供水系统圆筒式网式过滤器过滤面积小等因素的制约，实际工作中，圆筒式网式过滤器滤网经常会堵塞，而且被堵塞的频率非常高，一个工作班次严重时会被堵塞十多次，给凿岩台车带来严重后果：（1）凿岩作业时，钎杆打干眼，炮孔中的碎石不能排出，造成钎杆卡在炮孔内；（2）凿岩机内部零件迅速升温，影响正常使用寿命；（3）液压系统快速升温，系统泄漏量增加，液压油和液压泵的正常使用寿命缩短。

考虑到矿山生产环境恶劣，无法在短时间内彻底改善并解决井下供水系统水质差的现状，鉴于凿岩台车供水系统在凿岩作业时的重要性，对凿岩台车自身的供水系统进行分析，以便解决上述问题，提高Boomer281全液压凿岩台车在这种环境下的作业效率。

3 供水系统过滤器改进对比分析

井下供水系统水质差的问题短时间内不能得到改善和解决，只能针对凿岩台车供水系统圆筒式网式过滤器过滤效果差这一实际问题，结合生产及设备实际，提出两种解决方案。

3.1 方案一

在流量一定的情况下，减小过水断面面积可增加断面平均流速，改善冲洗效率。同时，为防止因滤网面积变化影响过滤，提出优化原网式过滤器的方案，在保持进水管、出水管、排污管直径、滤网面积不变的情况下，将滤网做成渐缩式，壳体也做成渐缩式。将滤网做成渐缩式，滤网面积会缩小，为了保证滤网总面积不变，适当加长罐体和滤网。

进水管、出水管直径均为0.25m；排污管直径为0.075m。其中L为罐体和滤网的长度；D1和D2分别为罐体前端、末端直径；d1和d2分别为滤网前端、末端直径。

圆筒式和渐缩式网式过滤器的具体尺寸，见表1。由表1可知，渐缩式滤网长度比圆筒式滤网长90mm；渐缩式滤网面积与圆筒式滤网面积相差0.16%，可忽略不计，渐缩式罐体面积比圆筒式大2.64%。

表1 两种过滤器的具体尺寸

3.2 方案二

旋流器的基本原理是将具有一定密度差的液-液、液-固、液-气等两相或多相混合物在离心力的作用下进行分离。将混合液以一定的压力切向进入旋流器，在圆柱腔内产生高速旋转流场。混合物中密度大的组分在旋流场的作用下同时沿轴向向下运动，沿径向向外运动，在到达锥体段沿器壁向下运动，并由底流口排出，这样就形成了外旋涡流场；密度小的组分向中心轴线方向运动，并在轴线中心形成一向上运动的内涡旋，然后由溢流口排出，这样就达到了两相分离的目的。

在凿岩台车圆筒式网式过滤器前加装水力旋流器，具体由旋流室、内滤芯、滤芯座、进水口、出水口、排污口六部分组成。利用离心沉降原理，将进入水力旋流器的水，尽可能充分地形成旋流，通过内滤芯，将杂质从中分离出来，干净的水由出水口进入供水系统，分离出的杂质，经沉淀从过滤器底部的排污口排出，组成如下。（1）旋流室，用φ190×φ580mm，壁厚5mm的不锈钢板制作，上、下两端用厚度160mm的不锈钢板焊接紧固，形成一封闭空腔。（2）内滤芯，用ASJK-16矿用坑内卡车的空气滤芯内置ST-3.5铲运机的液压油滤芯共同制作而成。（3）滤芯座，用φ16×φ480mm的螺纹钢焊接于旋流室出水口一侧，用于紧固滤芯。（4）进水口，用φ20×φ50mm镀锌管焊接制作。（5）出水口，用φ20×φ150mm镀锌管外加油管弯头组合制作，方便管路接入工作系统。（6）排污口，用φ20×φ100mm镀锌管外加φ20mm的球阀组合制作。

3.3 方案对比

在5台Boomer281全液压凿岩台车上进行方案一的应用，在5台Boomer281全液压凿岩台车上进行方案二的应用，在5台Boomer281全液压凿岩台车上不做任何改变，对现场运行数据进行记录并分析，见表2。

表2 供水系统过滤器堵塞时间表

表2得出，方案一比不做改变，单台凿岩台车每月供水系统过滤器堵塞平均故障时间降低7.15h。方案二比不做改变，单台凿岩台车每月供水系统过滤器堵塞平均故障时间降低24.4h。方案二比方案一，单台凿岩台车每月供水系统水过滤器堵塞平均故障时间降低17.25h。因此，在凿岩台车供水系统加装水力旋流器，能有效解决供水系统过滤器的堵塞问题，确保设备正常工作，提高台效。

4 供水系统水泵国产化分析

Boomer281全液压凿岩台车使用的水泵为进口叶片泵，该泵对水质要求极高，对供水系统增设水力旋流器后，水质仍不能达到进口叶片泵的使用要求，通过跟踪设备现场作业，发现井下生产系统的供水压力为3bar，Boomer281全液压凿岩台车规定的供水工作压力为6bar，因此，设备对水泵增压能力的要求并非很高，通过安装尺寸及工作参数的对比，决定选用1台管道增压泵进行安装试验。

（1）两种水泵的结构及性能对比。

管道增压泵的特点：①结构紧凑，机泵一体化，体积小，立式结构具有安装占地小，运行平稳，安装无需调整；②泵与电机同轴，轴向尺寸短，使泵运行更加平稳，噪声低；③进出口设计成规格相同的法兰，且位于同一中心线，可像阀门一样安装在管路上，中心低，便于管道布置，安装方便；④市场价格便宜，购买方便，供货周期短；⑤对水质要求低。

进口叶片泵的特点：①运行效率高，节约能源，长期运行会给用户带来很大的节能效益；②结构设计合理、运行可靠、振动小、噪音低、维修费方便；③体积小，质量低；④密封性能可靠；⑤市场价昂贵，供货周期长；⑥对水质要求高。

表3 管道增压泵与叶片泵更换记录表

（2）通过在5台凿岩台车上分别安装管道增压泵与叶片泵，经过一年的使用，具体更换记录，见表3。

通过更换记录表，可直观地看出，单台凿岩台车管道增压泵的年均消耗量要比叶片泵的年均消耗量少3.6台，在供货时间及成本消耗方面，使用管道增压泵的效果要远高于使用叶片泵的效果。

5 结语

通过方案对比，得出加装水力旋流器，单台凿岩台车每月供水系统水过滤器堵塞平均故障时间降低17.25小时。比不作改变之前，单台凿岩台车每月供水系统过滤器堵塞平均故障时间降低24.4小时，因此，在凿岩台车供水系统加装水力旋流器能有效解决供水系统过滤器堵塞的问题。单台凿岩台车管道增压泵的年均消耗量要比叶片泵的年均消耗量少3.6台，在供货时间及成本消耗方面，使用管道增压泵的效果要远高于使用叶片泵的效果，真正实现降本增效。