煤矿EBZ150A型掘进机水冷系统的优化改造

2020-07-07张栋

机械管理开发 2020年5期

张栋

（山西长平煤业有限责任公司，山西晋城 048000）

引言

煤矿掘进作业为煤炭开采作业服务，并为回采工作面开采提供行人、通风和运输通道。近年来我国煤矿开采能力大幅提升，而煤炭赋存地质条件则不断恶化，采掘斜街紧张程度日趋严峻，采煤和掘进之间的矛盾更加突出，因此提高煤矿掘进作业效率是缓解采掘矛盾，实现高效掘进的基础。目前，随着我国煤矿智能化的发展，煤矿装备机械化、自动化程度得到明显提升。加大机械设备维护，实现掘进机械设备[1-2]的安全可靠运行，是提高煤矿掘进效率的保证。

1 EBZ150A型掘进机水冷系统冷却方式

EBZ150A掘进机是在EBZ150掘进机的基础上升级的，其具有多个优点，主要用于煤岩硬度不大于6.5的煤巷、半煤岩巷及软岩巷道掘进，能够下式连续切割、装载、运输作业。EBZ150A型掘进机由截割部、铲板部、第一运输机、本体部、行周部、后支承、液压系统、水系统、润滑系统和电气系统构成。水系统可实现喷雾灭尘，并起到给截割电机降温、冷却液压油维持热平衡、保证液压元件可靠运行的作用，是保证掘进机安全高效进行掘进截割作业的基础。其中水系统分为内、外喷雾水路。外来水经过滤后分为二路，第一路经进水直接通往喷水架，由武装喷嘴喷出；第二路经二级过滤、减压、冷却（冷却液压系统用油）再分为二路，一路经截割电机（冷却电机）后喷出，另一路经水泵加压（3 MPa）后由截割头内喷出，起到冷却截齿和灭尘作用。

2EBZ150A型掘进机水冷系统存在问题及原因分析

2.1 存在问题

长平煤矿井下地质条件复杂，瓦斯含量高，为掩护煤巷安全掘进，需要施工大量的岩巷，EBZ150A型掘进机在进行岩巷作业施工时，由于岩石强度高，掘进机需要长时间作业，功率消耗大，导致发热量增高，就给掘进的水冷确系统提出更高的要求；加之岩巷掘进时会产生大量的粉尘，这些飘扬在空气中的粉尘会附着在油箱外表，且掘进巷道通风量有限，从而使得油箱自然散热效果降低。并且煤矿开采深度增加导致地温升高，都给掘进机的冷却系统带来巨大的挑战。掘进机的冷却系统冷却效果不理想，经常会使得掘进机在高油温状态下进行持续性的工作，从而导致掘进机出现较多的机电事故和较高的机电事故率，不能有效保障巷道煤矿掘进作业的安全高效运行[3-4]。

2.2 原因分析

EBZ150A型掘进机的水冷却系统是通过水和液压油的双循环对液压油进行降温。该掘进原厂设计的水冷却系统位于掘进机液压油箱的外部，在液压邮箱外部设置液压油冷却水箱，如下页图1所示。由图可见，在掘进机邮箱上装有一根进油管和一根出油管，在两根油管外部装配有冷却水箱；并在冷却水箱上安装有一根进水管和一根出水管。该水冷却系统的运行方式为：首先冷却水通过冷却水箱上的进水口进入，并从出水孔流出，形成冷却水的循环；其次，掘进机运行时，油箱中的液压油流出进入掘进机液压系统，保证掘进机的正常运行，之后又通过液压箱进油口回流至液压油箱，从而形成液压油在掘进机和油箱之间的循环。这样使用后被加热的液压油就会经过冷却水箱，从而形成热液压油和冷却水两者之间的双循环，达到热交互的目的，从而使得使用后的热液压油达到冷却降温的目的。

由上述冷却系统的冷却方式可以看出：该掘进原厂配备的冷却系统只有在掘进机处于运行状态时方可形成液压油的循环，从而实现液压油和冷却水的双循环，最终达到冷却降温的目的，如果掘进机为处于运行状态，则不能形成液压油的循环，冷却系统无效，造成液压油箱中的液压油长时间处于高温状态；由于该冷却系统仅是对包裹与冷却水箱中的那部分进、处油管进行水循环冷却，冷却水和油管的接触面积有限，冷却效果不理想。掘进机液压油箱内的液压油长时间处于高温状态，一旦掘进机进入运行状态，高温液压油进入掘进机液压系统，很容易造成掘进机机电故障，降低掘进机使用寿命，降低掘进作业施工效率，并增加掘进机的维护成本。

图1 EBZ150A型掘进机水冷却系统原理图

3 EBZ150A型掘进机水冷系统的改造

3.1 改造原则

根据上节对EBZ150A型掘进机水冷系统存在的问题和原因分析，本次对EBZ150A型掘进机水冷系统的改造要从根本上解决液压油冷却问题，要实现掘进机液压油在全时段均处于可冷却状态，并且要提高液压油的冷却效率，从而降低因液压油冷却效果差而导致的掘进机设备故障，延长掘进机的使用寿命，降低维护成本。

3.2 改造方案

通过分析可知，目前EBZ150A型掘进机的水冷系统需要满足液压油的循环方可实现热液压油的冷却，且冷却面积有限，冷却效果不佳，掘进机一旦处于非运行状态，油箱内的液压油则处于高温状态，无法得到冷却。因此，需要改变冷却系统的冷却位置，不再对掘进机液压油箱的进、出油管进行冷却，而是直接对液压油箱进行冷却；并可使原先的液压油和冷却水双循环方可实现冷却的方式，变为只需冷却水单循环即可实现冷却，如图2所示。具体方案如下：

1）拆除原有掘进液压油箱外部的冷却水箱；

2）在原掘进机油箱底部开两个孔，一个用于进水，一个用于出水；

3）在原油箱底部铺设完整的钢质的冷却水闭合循环管路，两侧开口均从油箱已开好的两个进出水孔伸出，并将其进行焊接封闭，保证两个开孔不漏油。

图2 改进后的水冷却系统原理图

4 应用效果

该改造方案目前已在长平矿综掘一队进行改进应用，并进行了一年的现场应用试验。通过对比分析综掘一队在进行掘进机水冷却系统改造前后发生机电事故的数量可知进行水冷却系统改造后，队组发生机电事故的数量明显减少。根据目前统计，队组每个月可减少3次机电事故算，每次机电事故处理需要约2个班，耽误生产约1个班，处理机电事故需要约4个人，生产班空余人员约7个人，机电配件更换按每次2 000元计算，每人每个班按400元计算，可得一个队组每月可因此节约维修费用2.4万元，每年可节约维修费用28.8万元。改造后不仅能够降低掘进机的维修费用，保证掘进机安全可靠运行，而且可以明显提高掘进作业时间，从而提高掘进进尺，缓解矿井采掘斜街紧张局面，实现矿井掘进生产作业的安全高效。