掘進(jìn)機(jī)機(jī)載除塵風(fēng)機(jī)的改進(jìn)

霍宏贍

（山西西山煤電股份有限公司西曲礦， 山西 古交 030200）

引言

井下工作面煤（巖）巷道的掘進(jìn)依賴于掘進(jìn)機(jī)的高效工作，而掘進(jìn)機(jī)機(jī)載除塵風(fēng)機(jī)是掘進(jìn)過(guò)程中一種有效的除塵設(shè)備。但現(xiàn)有的掘進(jìn)機(jī)機(jī)載除塵風(fēng)機(jī)在掘進(jìn)過(guò)程中仍存在諸多問題亟待解決，如除塵風(fēng)機(jī)體積龐大、工作時(shí)噪聲污染嚴(yán)重和存在爆炸隱患等?；谏鲜鰡栴}，提出了有針對(duì)性的改進(jìn)措施，并將改進(jìn)后的除塵風(fēng)機(jī)應(yīng)用于井下掘進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)。

1 掘進(jìn)機(jī)機(jī)載除塵風(fēng)機(jī)存在的問題

我國(guó)煤礦當(dāng)前掘進(jìn)工作面所采用的掘進(jìn)機(jī)機(jī)載除塵風(fēng)機(jī)葉片為鋁制品，基本采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的除塵風(fēng)機(jī)。這種驅(qū)動(dòng)方式下的除塵器不僅體積龐大、噪聲污染嚴(yán)重，而且電驅(qū)動(dòng)需要相關(guān)的配套開關(guān)和電纜，存在很大的爆炸隱患。不合理的除塵器旋風(fēng)導(dǎo)流體結(jié)構(gòu)會(huì)引起尾部渦流，從而引起氣體流動(dòng)紊亂，降低除塵器除塵效率。此外，掘進(jìn)機(jī)的除塵器常常發(fā)生故障，從而影響井下工作面掘進(jìn)速度且增加了設(shè)備維護(hù)成本。

2 改進(jìn)措施

2.1 除塵器工作原理的改進(jìn)

改進(jìn)后的除塵器使用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，其工作原理為：風(fēng)機(jī)葉輪在液壓馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)下做高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生能將含粉塵的風(fēng)流吸入除塵器的高負(fù)壓。隨后，由噴霧器產(chǎn)生的水霧與含粉塵的風(fēng)流在噴霧器附近混合并進(jìn)入風(fēng)機(jī)，并且兩者間的混合程度和相互作用通過(guò)風(fēng)機(jī)葉輪的攪動(dòng)而進(jìn)一步增強(qiáng)。接著，在風(fēng)機(jī)作用的影響下，含水、塵混合物的風(fēng)流進(jìn)入旋風(fēng)導(dǎo)流體，且做高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的水、塵混合物通過(guò)與水霧粒子相互作用而沉降，未沉降的微粉塵粒子在高速旋轉(zhuǎn)的離心作用下附著在除塵器筒壁上，且與運(yùn)動(dòng)的水膜相混合而沉降，從而將粉塵完全沉降后經(jīng)排污管排出，以達(dá)到降低粉塵濃度和凈化風(fēng)流的效果。

2.2 除塵器除塵方式的改進(jìn)

將當(dāng)前較低除塵效率、較弱處理粉塵能力、較多壓力損失的落后除塵機(jī)理改進(jìn)為掘進(jìn)機(jī)液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)載除塵器的高除塵效率、強(qiáng)大處理粉塵能力、較少壓力損失、維護(hù)成本低的直流濕式旋風(fēng)除塵的機(jī)理。改進(jìn)后的除塵機(jī)理通過(guò)將高強(qiáng)度旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)施加于經(jīng)初步噴霧除塵沉降了較大粉塵顆粒的風(fēng)流中，從而使得風(fēng)流中剩余的較小粉塵微粒與空氣中的水霧以及在除塵器筒體壁附著的水膜發(fā)生劇烈的相互作用。通過(guò)相互作用，較小粉塵微粒被聚集成較大顆粒沉降或吸附于水膜上，從而進(jìn)一步凈化了風(fēng)流并降低了風(fēng)流中的粉塵濃度[1]。

除塵器選用能夠滿足掘進(jìn)機(jī)供油能力條件的液壓馬達(dá)為其提供動(dòng)力，且選用的液壓馬達(dá)應(yīng)與掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)的供油泵相匹配?；诖?，具備雙向旋轉(zhuǎn)性能的液壓馬達(dá)被選用，其相關(guān)參數(shù)如表1 所示。

表1 液壓馬達(dá)參數(shù)

此外，確定了除塵器處理風(fēng)量的上限被定為180 m3/min，以保證其較強(qiáng)的處理風(fēng)量能力。為根據(jù)井下現(xiàn)場(chǎng)的具體使用情況確定除塵器實(shí)際運(yùn)行時(shí)的處理風(fēng)量的多少，調(diào)節(jié)并改變其液壓馬達(dá)的供油量以達(dá)到調(diào)節(jié)和改變風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。風(fēng)機(jī)與除塵器形成一個(gè)整體，因此風(fēng)機(jī)葉片也需要進(jìn)行改進(jìn)。在此，風(fēng)機(jī)葉片選用符合MT113-85《煤礦井下非金屬制品（聚合物）安全性能檢驗(yàn)規(guī)范》要求的塑料風(fēng)機(jī)葉片，以確保風(fēng)機(jī)在運(yùn)行中無(wú)摩擦火花，避免了爆炸隱患[2]。

2.3 除塵器旋風(fēng)導(dǎo)流體的改進(jìn)

除塵器旋風(fēng)導(dǎo)流體是控制進(jìn)入除塵器內(nèi)部的含粉塵污風(fēng)風(fēng)流旋轉(zhuǎn)強(qiáng)弱的重要元件，其性能參數(shù)的高效性與合理性將會(huì)大幅度提高除塵器的降塵效率。因此，將除塵器旋風(fēng)導(dǎo)流體改進(jìn)為使用繞轂安裝的方法固定葉片，這種安裝方法會(huì)使氣流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。此外，導(dǎo)向葉片與軸線夾角的大小是影響旋流器工作效率的重要參數(shù)，在改進(jìn)過(guò)程中對(duì)其最佳夾角的模擬試驗(yàn)和精確，得到45°為兩者間的最佳夾角度數(shù)。改進(jìn)后的除塵器旋風(fēng)導(dǎo)流體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 改進(jìn)后的除塵器旋風(fēng)導(dǎo)流體的結(jié)構(gòu)

2.4 除塵器噴霧器的改進(jìn)

安裝在除塵器內(nèi)部的噴霧器難以對(duì)其進(jìn)行清洗或更換，而現(xiàn)用的噴霧器又不具備良好的防堵塞性能。此外，井下一般采用靜壓水對(duì)除塵器進(jìn)行供水，其供水水壓相對(duì)較低，而現(xiàn)用的噴霧器也不具備優(yōu)良的低壓噴霧性能?；诖朔N情況，改進(jìn)后的噴霧器采用旋渦式噴霧體的結(jié)構(gòu)，此種噴霧結(jié)構(gòu)張角大、流量大和霧化程度高，性能優(yōu)良。

2.5 整體結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

改進(jìn)后的除塵器采用在進(jìn)風(fēng)位置設(shè)置噴霧器、抽吸風(fēng)機(jī)以及旋風(fēng)導(dǎo)流體，在除塵位置設(shè)置脫水器的整體結(jié)構(gòu)，從而將抽風(fēng)、除塵和脫水結(jié)合成整體，此種整體結(jié)構(gòu)能夠大幅度縮短除塵器的長(zhǎng)度，減小整體體積。改進(jìn)后的除塵器整體結(jié)構(gòu)的技術(shù)參數(shù)如表2 所示。

表2 改進(jìn)后的除塵器整體結(jié)構(gòu)的技術(shù)參數(shù)

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

對(duì)改進(jìn)后的掘進(jìn)機(jī)機(jī)載除塵風(fēng)機(jī)在井下綜采工作面開拓巷道的作業(yè)中進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，并與其改進(jìn)前的使用效果進(jìn)行了對(duì)比。應(yīng)用效果對(duì)比如下：掘進(jìn)機(jī)正常工作時(shí)，掘進(jìn)機(jī)司機(jī)處的粉塵質(zhì)量濃度由改進(jìn)前高達(dá)約900 mg/m3降低至改進(jìn)后僅為60 mg/m3，降幅達(dá)93.3%。掘進(jìn)機(jī)后部距掘進(jìn)機(jī)25 m 處的粉塵質(zhì)量濃度則在改進(jìn)前約由改進(jìn)前的275 mg/m3降低至改進(jìn)后30 mg/m3，降幅達(dá)89.1%?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果表明：改進(jìn)后的掘進(jìn)機(jī)機(jī)載除塵風(fēng)機(jī)能夠大幅度降低巷道風(fēng)流中的粉塵濃度，極大地保障了井下工人的健康水平。此外，改進(jìn)后的掘進(jìn)機(jī)機(jī)載除塵風(fēng)機(jī)體積大幅度減小，且故障率得到了有效降低，降低了維護(hù)成本和工人勞動(dòng)強(qiáng)度，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果良好。

4 結(jié)論

改進(jìn)后的掘進(jìn)機(jī)機(jī)載除塵風(fēng)機(jī)被應(yīng)用于井下綜采工作面開拓巷道的作業(yè)中，不僅大幅度降低了掘進(jìn)面巷道風(fēng)流中的粉塵濃度，而且極大地保障了井下工人的健康水平，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果良好。