潛孔鉆機濕式除塵系統的改造

王貴根，朱志興

（江西銅業(yè)集團有限公司 城門山銅礦，江西 九江 332100）

1 引言

潛孔鉆機是利用潛入孔底的沖擊器與鉆頭對巖石連續(xù)沖擊破碎，借助壓縮空氣將巖粉排出。由于潛孔鉆機具有鉆孔深、鉆孔直徑大、鉆孔效率高、適應范圍廣等特點，主要用于礦山開采［1］，建筑、水利 、電站、建材、交通及國防建設等多種工程中。近年來隨著我國礦山以及工程建筑的快速發(fā)展，國內鉆機設備廠家研發(fā)力度不斷加大，潛孔鉆機的得到了廣泛使用，裝備精度、智能控制及工作穩(wěn)定性能都有很大提高。

城門山銅礦有ZGYX460 一體式液壓潛孔鉆機4 臺［2］，是爆破穿孔作業(yè)的主力設備。該鉆機是設備廠家早期第一代產品，鉆孔孔徑為138～165mm，鉆孔深度可達到34m（6 根付桿+1 根主桿）。最大工作壓力為24bar，供氣量為22m3/min，配置了干式除塵和濕式除塵兩套系統，以干式除塵為主，濕式除塵為輔。該鉆機工作性能穩(wěn)定、穿孔效率高。

2 潛孔鉆機結構及工作原理

2.1 結構組成

ZGYX460 鉆機是集鑿巖、發(fā)動機動力和供氣于一體，采用全液壓驅動，高氣壓潛孔鑿巖，履帶行走。該鉆機結構設計緊湊（如圖1 所示），功能模塊清晰。配置卡特彼勒C11 發(fā)動機，進口英格索蘭兩級旋轉螺桿式空壓機。液壓系統采用液壓先導控制系統，發(fā)動機通過PTO 驅動4 臺液壓泵。鉆臂和推進器是液壓驅動回頭和液壓鉆孔進給系統。鉆孔進給系統由油缸驅動的滑輪和鋼絲繩構成，鋼絲繩由進給控制裝置控制，推進控制可根據巖石條件和鉆機司機的經驗來調節(jié)。配置了干式除塵系統和濕式除塵系統。

圖1 潛孔鉆機結構

2.2 工作原理

潛孔鉆機其工作原理是沖擊器連同鉆頭裝在鉆桿的前端［3］，鉆孔時推進機構使鉆具連續(xù)推進并將一定的軸向壓力施加于孔底，使鉆頭與孔底巖石相接觸，同時回轉機構使鉆具連續(xù)回轉，安裝在鉆桿前面的沖擊器在壓縮空氣的作用下，使活塞往返沖擊鉆頭，完成對巖石的沖擊。壓縮空氣從回轉供風機構進入，經鉆桿中空桿直達孔底，把破碎的巖粉從鉆桿與孔壁之間的環(huán)形空間排至孔外，從而形成炮孔。潛孔式鑿巖的實質是在軸向壓力的作用下，沖擊和回轉兩種破碎巖石方法的結合，其中沖擊是間斷的，回轉是連續(xù)的，巖石在沖擊和剪切力作用下不斷地被壓碎和剪碎。

2.3 巖粉的形成

潛孔鉆機是利用潛入孔底的沖擊器與鉆頭對巖石進行沖擊破碎，有沖擊、轉動、排碴和推進等鑿巖成孔過程，在作業(yè)過程中會產生大量的巖渣和巖土，不但嚴重影響了操作者身體健康，也不符合環(huán)保政策，也影響力設備使用壽命。

3 除塵系統及原理

潛孔鉆機作業(yè)時不僅工作崗位粉塵濃度高，而且粉塵顆粒級配分布廣。在潛孔鉆機鑿巖穿孔作業(yè)時，巖粉被壓縮空氣由孔底吹到地面，如果不采取措施便會在大氣中擴散形成環(huán)境污染。即潛孔鉆機除塵效果是評估潛孔鉆機一項重要的性能指標［4］。

潛孔鉆機除塵方式分為兩種：一種是濕式除塵，另一種是干式除塵。兩種除塵方式針對不同巖土性質和水文地質條件效果有所不同。干式除塵采用旋流分離加過濾的方式，濕式除塵采用在壓縮空氣中噴水濕潤巖粉使之不飄散的方式。干式除塵需要定時更換濾芯，濾芯費用高。如穿孔地質含水高時，濾芯容易杜塞。濕式除塵水分加入壓縮空氣，通過鉆桿、沖擊器深入孔底，增加了生產作業(yè)用水量，不利于鉆頭和沖擊器。

3.1 干式除塵系統

潛孔鉆機干式除塵系統［5］主要由過濾器和風管組成（如圖2 所示），在鉆具鑿巖的過程中，巖粉在壓縮空氣和除塵風機抽吸的共同作用下，從鉆桿與炮孔壁之間的環(huán)形空間吹出孔口（如圖3 所示）。捕塵罩將粉塵封閉，防止粉塵從鉆桿和周邊空隙吹出，使含塵的氣流經過捕塵罩和吸塵管高速進入一級過濾器，沿著一級過濾器內壁旋流，巖渣一旦與器壁接觸，便失去了徑向慣性力，在離心力作用下與氣流分離下降，排出過濾器，完成除塵系統的一級除塵。含有巖粉的氣流進入二級過濾器，經過脈沖除塵器濾芯的過濾凈化后附著在濾芯上，巖土在電磁脈沖閥的高壓噴吹下排出脈沖除塵器，完成除塵系統的二級除塵［6］。

3.2 濕式除塵系統

濕式除塵是通過混合器將壓氣與水混合，用水泵將水箱中的水打上水管，由空壓機供給壓氣將分散為極細水霧，氣水混合后經風水接頭和鉆桿進入孔底，孔口風機風流將排出的泥漿吹向孔口一側，并沉積該處，干燥后呈膠結狀，不會出現二次飛揚。潛孔鉆機濕式除塵在潛孔鉆機上應用，對抑制粉塵飛揚，改善現場工人的工作環(huán)境，具有良好的效果。

圖2 干式除塵系統結構

圖3 干式除塵原理圖

4 除塵效果的比較

城門山銅礦ZGYX460 機型潛孔鉆機是廠家第一代產品，出廠時配置了兩種除塵方式。以干式除塵為主，濕式除塵為輔。隨著鉆機在礦區(qū)投入使用，兩種除塵效果呈現出不同問題。

由于礦區(qū)三面環(huán)湖，絕大部分礦體在侵蝕基準面（湖岸線）以下，礦巖松軟、破碎，地表水體發(fā)育、地下涌水量大，水文地質條件和巖土性質復雜，且?guī)r土含水率較高。使用干式除塵在地質復雜區(qū)域鉆孔時巖屑極易杜塞濾芯，造成過濾器故障率較高，維修成本高。干式除塵方式在現場使用效果不理想，不適合現場復雜的地質條件。

濕式除塵是作為該機型輔助除塵方式［7］，沒有配置水泵相關的動力配件，主要以壓縮空氣方式混合除塵水來潤濕粉塵達到降塵效果（如圖4 所示），從空壓機壓縮的空氣經過開停閥控制后進入水箱，水箱里的水與壓縮氣體混合后排出水箱，氣水混合后經過油霧器再注入主風管，再進入沖擊器孔口，于是濕潤的氣流將巖粉吹向孔口一側［8］。

降塵的水依靠壓縮空氣壓入水箱混合后，形成的水霧然后從水箱頂部排出，由于沒有水泵控制水量，受氣壓不穩(wěn)定、水箱水位高低的影響，導致進入主風管的氣水量不穩(wěn)定，降塵效果不穩(wěn)定。進入水箱風管與主風管都是接到開停閥后端，受開停閥控制。在開孔流程，由于降塵氣流比工作氣流慢，與工作主氣流不同步導致開孔時揚塵較大，穿孔流程才起到降塵作用，導致鉆機在開鉆流程短時揚塵大。

圖4 原濕式除塵示意圖

圖5 技改后濕式除塵示意圖

5 濕式除塵系統改造

5.1 改造方案

基于以上分析，該濕式除塵系統不滿足現場使用要求。要滿足現場降塵效果必須確保穩(wěn)定水量。查閱相關資料和設備改造經驗，如果由水泵提供穩(wěn)定進水量即可解決問題，但由于該機型設計穩(wěn)定，現場難以加裝改造。把原有水箱下排水口作為降塵水的出口，利用水面上部有壓縮空氣壓力，加上水的自重有利于除塵水排出。同時將壓水氣管接入分氣管處，只要空壓機啟動就會有開孔氣流混合進入主風管（如圖5所示），可以實現開孔時降塵的要求。

5.2 改造效果

改造后濕式除塵效果能達到使用要求，開孔和穿孔作業(yè)過程中粉塵明顯降低，除塵效果穩(wěn)定，保證了使用技術要求。有效的改善了鉆機周圍環(huán)境狀況，取得了預期的除塵效果。

6 結束語

用上述方法，我們對ZGYX460 潛孔鉆機濕式除塵系統進行了改造。經過近兩年來使用，現場除塵效果明顯，除塵系統工作穩(wěn)定，改善了操作人員現在作業(yè)環(huán)境。由于粉塵降低設備清潔度得到了保障，提高了設備的利用率，達到了改造預期目標，為我們今后設備技術難題打下了堅實的基礎。設備管理人員不應停留在現有設備的應用上，而且更應當深入了解設備結構、原理，不斷技術創(chuàng)新，進一步改善并提高現有設備的技術水平。