干式除塵器在綜掘工作面的應(yīng)用

項(xiàng) 杰 石 洋

（三一重型裝備有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110027）

0 背景

目前煤礦用掘進(jìn)機(jī)尤其是硬巖掘進(jìn)機(jī)工作時(shí)，綜掘工作面粉塵濃度非常高，嚴(yán)重影響工人的作業(yè)視線，導(dǎo)致工作效率低，事故率高，更主要的是粉塵顆粒直接威脅到工人的身體健康，煤礦每年直接接觸粉塵工作的人員塵肺病發(fā)生率為9.7%。當(dāng)配套采用濕式除塵器時(shí)，不但除塵效果達(dá)不到要求，而且在使用過(guò)程中需要大量用水，約40L/min，大量用水會(huì)造成底板的破壞和巷道環(huán)境的二次污染，因此如何有效解決綜掘工作面粉塵污染、提升工人作業(yè)環(huán)境的問(wèn)題，已經(jīng)逐步成為制約巷道掘進(jìn)技術(shù)發(fā)展的瓶頸。在這個(gè)背景下，干式除塵器[1]的研發(fā)及與掘進(jìn)機(jī)配套使用登上歷史舞臺(tái)，經(jīng)驗(yàn)證，使用干式除塵器時(shí)綜掘工作面的除塵效率可得到較大的提升，本體除塵效率達(dá)99%以上，環(huán)境除塵效率達(dá)95%以上。

1 亮點(diǎn)介紹

干式除塵器具備除塵效率高、噪聲低、阻燃抗靜電、一鍵清灰等亮點(diǎn)。除塵效率高：經(jīng)安標(biāo)中心檢測(cè)，總除塵效率為99.5%以上，呼吸性粉塵除塵效率為96.2%以上，巷道環(huán)境除塵效率為96%以上，除塵效率與進(jìn)口干式CFT水平相當(dāng)，成本較進(jìn)口干式（CFT）降低80%以上。噪聲低：風(fēng)機(jī)采用二級(jí)消音器，噪聲檢測(cè)78.4dBa，遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)值85dBa。阻燃抗靜電：濾筒采用不銹鋼骨架和抗阻燃材質(zhì)的濾材，使用壽命可達(dá)到1年及以上且具有阻燃的特性，因?yàn)V筒結(jié)構(gòu)具備靜電釋放線，所以可將靜電及時(shí)釋放，同時(shí)濾材采用合理的褶皺式結(jié)構(gòu)，在體積不變的情況下可使效過(guò)濾面積增加3～5倍。一鍵清灰：除塵器采用脈沖式控制閥的氣動(dòng)系統(tǒng)，可通過(guò)外部接入0.5MPa～0.7MPa的氣源，當(dāng)壓力表顯示壓力達(dá)到0.5MPa時(shí)，通過(guò)手動(dòng)啟動(dòng)清灰按鈕來(lái)打開脈沖閥，通過(guò)氣路系統(tǒng)產(chǎn)生的瞬時(shí)高壓氣體為濾筒清灰。

2 工作原理

干式除塵器的除塵原理[2]是利用除塵器后置軸流抽出式風(fēng)機(jī)運(yùn)行的動(dòng)力，將含有粉塵的空氣由進(jìn)氣口吸入除塵器，通過(guò)過(guò)濾元件對(duì)含有粉塵的空氣進(jìn)行過(guò)濾，最終粉塵顆粒被阻擋在過(guò)濾元件外，潔凈的空氣則通過(guò)過(guò)濾元件從抽出式風(fēng)機(jī)后側(cè)排出。當(dāng)濾筒的褶皺式濾材上的灰塵積聚到一定數(shù)量時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大的阻力，使除塵效率降低，這時(shí)需要啟動(dòng)清灰按鈕，通過(guò)手動(dòng)啟動(dòng)清灰按鈕打開脈沖閥，使氣路吹掃系統(tǒng)工作，每個(gè)按鈕對(duì)應(yīng)控制氣路系統(tǒng)中的一條管路，一條管路又分別對(duì)應(yīng)一排濾筒，所以要完成整個(gè)除塵器的清灰工作，須一次開啟每個(gè)清灰按鈕。清灰過(guò)程由氣源提供的高壓氣體沖入氣罐，氣罐上連接有壓力表，當(dāng)壓力表達(dá)到要求的壓力后，啟動(dòng)清灰按鈕，打開脈沖式控制閥，這時(shí)高壓氣體快速進(jìn)入管路，通過(guò)管路上均布的噴嘴高速噴出，產(chǎn)生巨大的氣流沖擊波，而濾筒在噴嘴的正下方，受到高壓氣流的沖立力使積聚在濾筒褶皺式濾材上的灰塵落下，集中收集或者隨皮帶運(yùn)輸機(jī)排出。

干式除塵器的結(jié)構(gòu)[3]主要包括前箱體、后箱體、軟連接、風(fēng)機(jī)、承載車、連桿、連接彎頭、風(fēng)筒支架等。

干式除塵器結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 干式除塵器主要結(jié)構(gòu)示意圖

3 布局方式

干式除塵器的井下布局方式主要有三種，各自優(yōu)缺點(diǎn)分析如下。

直接置于地面軌道上：采取除塵器直接置于地面軌道上（布局示意圖見圖2），用鋼絲繩將負(fù)壓風(fēng)筒吊掛于巷道頂部，掘進(jìn)一段距離后向前拉動(dòng)一次的方式，這種方式適合礦方既不使用三運(yùn)皮帶機(jī)也不使用單軌吊的情況。該方案因除塵器體積較大，會(huì)造成巷道內(nèi)空間擁擠，導(dǎo)致工人行走及輸送料困難，并且隨著掘進(jìn)工作面的前移須移動(dòng)除塵器時(shí)，每次都要提前鋪設(shè)除塵器運(yùn)輸皮帶車的行走軌道，吊掛風(fēng)筒、鋪設(shè)軌道等，使工人的工作量增加，引起工人的不滿和抱怨，并且在掘進(jìn)機(jī)工作時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)吸風(fēng)風(fēng)筒與掘進(jìn)工作面距離較遠(yuǎn)的情況，從而影響除塵效果。

圖2 布局示意圖

放置于三運(yùn)皮帶機(jī)上：采取除塵器放置于三運(yùn)皮帶機(jī)上（布局示意圖見圖3），負(fù)壓風(fēng)筒通過(guò)風(fēng)筒支架固定在三運(yùn)皮帶機(jī)軌道和掘進(jìn)機(jī)上，利用二運(yùn)機(jī)尾拖拽除塵器前移的方式，這種方式適合礦方使用三運(yùn)皮帶機(jī)且愿意加長(zhǎng)三運(yùn)的情況。該方案可解決巷道空間擁擠以及設(shè)備移動(dòng)困難的問(wèn)題，并且在掘進(jìn)生產(chǎn)時(shí)，除塵器可隨掘進(jìn)機(jī)一起移動(dòng)，在維持最佳工藝參數(shù)的同時(shí)保證除塵效果，但是會(huì)影響掘進(jìn)機(jī)的后退。

圖3 布局示意圖

氣動(dòng)單軌吊吊掛：采取氣動(dòng)單軌吊吊掛除塵器及負(fù)壓風(fēng)筒（布局示意圖見圖4）的方式， 這種方式適合于具有氣動(dòng)單軌吊設(shè)備的礦方。該方案不僅能夠更加方便地移動(dòng)干式除塵裝置，減少工人工作量，增強(qiáng)除塵系統(tǒng)適應(yīng)性，在生產(chǎn)過(guò)程中除塵系統(tǒng)可隨著氣動(dòng)單軌吊隨掘進(jìn)機(jī)的移動(dòng)而隨時(shí)移動(dòng)，有效保證干式除塵器風(fēng)筒距迎頭距離一直處于最佳工藝參數(shù)范圍，保證除塵效果。而且可以充分利用掘進(jìn)機(jī)工作面的空間，采用氣動(dòng)單軌吊吊掛干式除塵器進(jìn)行井下布置，可形成獨(dú)立系統(tǒng)，克服除塵器與綜掘工作面其他生產(chǎn)設(shè)備產(chǎn)生干涉的不足，大大降低對(duì)綜掘工作面生產(chǎn)的影響。目前，干式除塵器多用于巖巷綜掘工作面，采用錨網(wǎng)索支護(hù)，單軌吊可直接利用頂部支護(hù)錨索進(jìn)行懸吊。為便于干式除塵器與配套用掘進(jìn)機(jī)的移動(dòng)保持同步，從而保證干式除塵器風(fēng)筒距迎頭距離等最佳工藝參數(shù)，已達(dá)到最好的除塵效果，最終干式除塵器一致采用單軌吊吊掛和移動(dòng)的布置方式進(jìn)行井下布置。

圖4 布局示意圖

因單軌吊直接利用頂部支護(hù)錨索進(jìn)行懸吊，考慮到安全因素，在懸吊前應(yīng)使用錨索拉拔計(jì)對(duì)每個(gè)錨索的緊固力進(jìn)行檢測(cè)，必須保證錨索緊固力達(dá)到要求才能使用。除塵系統(tǒng)的風(fēng)筒采用氣動(dòng)單軌吊吊掛在巷道側(cè)幫頂部，以不影響掘進(jìn)機(jī)生產(chǎn)的高度布置為宜。礦方布置的單軌吊總長(zhǎng)度應(yīng)大于50m，為了單軌安裝方便，錨索吊掛環(huán)應(yīng)盡量控制在同一直線上。單軌與錨索吊掛環(huán)通過(guò)卸扣相連，可采用吊掛環(huán)個(gè)數(shù)增加或者減少的方法調(diào)整錨索固定環(huán)的位置偏差，從而保證單軌保持水平位置的要求。

除塵器的通風(fēng)除塵[4]工藝采用“長(zhǎng)壓短抽”，即通風(fēng)風(fēng)速要保持在巷道要求的前提下，單軌吊前段應(yīng)延伸至距離迎頭不大于3m的位置，并且干式除塵器吸風(fēng)口必須位于掘進(jìn)機(jī)操作手的前方，當(dāng)掘進(jìn)機(jī)進(jìn)尺達(dá)到6m以上時(shí)，應(yīng)將氣動(dòng)單軌吊及干式除塵器同步前移至迎頭位置，如此反復(fù)進(jìn)行以保證正常的使用狀態(tài)。

4 工藝參數(shù)選擇

干式除塵器吸風(fēng)口距綜掘工作面迎頭的距離[5]要求如下。

掘進(jìn)工作面迎頭距干式除塵器吸風(fēng)口距離過(guò)小時(shí)，風(fēng)流會(huì)帶出截割工作時(shí)產(chǎn)生的大量粉塵，使之不能進(jìn)入除塵器中被凈化處理；掘進(jìn)工作面迎頭距干式除塵器吸風(fēng)口距離過(guò)大時(shí)，經(jīng)過(guò)除塵器吸風(fēng)口的供風(fēng)流會(huì)被直接吸入吸風(fēng)口，導(dǎo)致吸風(fēng)口不能正常吸入大量粉塵，不利于收塵，同時(shí)在吸風(fēng)口處的供風(fēng)流風(fēng)速減弱，也不利于綜掘工作面迎頭瓦斯的稀釋，給礦井帶來(lái)重大安全隱患。通過(guò)除塵流場(chǎng)軟件反復(fù)的模擬以及客戶現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地反復(fù)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，總結(jié)出具有實(shí)際指導(dǎo)意義的數(shù)據(jù)：即干式除塵器的最佳工作位置為吸風(fēng)口距掘進(jìn)工作面迎頭距離在3m時(shí)，同時(shí)為不影響進(jìn)機(jī)操作手正常工作，須保證干式除塵器吸風(fēng)口位于掘進(jìn)機(jī)操作手上方。

5 使用效果

采用氣動(dòng)單軌吊吊掛干式除塵系統(tǒng)后，整個(gè)除塵系統(tǒng)成為一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，不再和其他生產(chǎn)設(shè)備相關(guān)聯(lián)，吸風(fēng)口位置可以隨著綜掘工作面的推進(jìn)而及時(shí)移動(dòng)，能夠保證除塵系統(tǒng)的最佳工藝參數(shù)，改善綜掘工作面的作業(yè)環(huán)境，掘進(jìn)工作時(shí)本體除塵效率達(dá)99%以上，環(huán)境除塵效率達(dá)90%以上，綜掘司機(jī)位除塵效率達(dá)98%以上，有效保障了綜掘工作面操作工的身體健康和礦井生產(chǎn)安全。

干式除塵器的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用：從驗(yàn)證成功開始推廣至今，該設(shè)備已完成簽定合同32臺(tái)，實(shí)現(xiàn)銷售額1600多萬(wàn)元，銷售24 臺(tái)主機(jī)，實(shí)現(xiàn)銷售收入13000多萬(wàn)元。已完成發(fā)貨15 臺(tái)，已投入使用9臺(tái)，分別應(yīng)用于河南、神東、淮南、貴州、新疆等地。目前該設(shè)備在河南能化集團(tuán)順和礦累計(jì)運(yùn)行2200小時(shí)，進(jìn)尺1035米，設(shè)備未發(fā)生故障；在河南能化集團(tuán)河南陳四樓礦累計(jì)運(yùn)行1760小時(shí)，進(jìn)尺780米，設(shè)備未發(fā)生故障；在龍煤集團(tuán)正陽(yáng)礦等其他在用客戶也已經(jīng)累計(jì)運(yùn)行超過(guò)400小時(shí)，經(jīng)客戶反饋，對(duì)該設(shè)備的使用效果很滿意。

在設(shè)備使用過(guò)程中，我們的專業(yè)技術(shù)人員也一直在對(duì)設(shè)備進(jìn)行跟蹤，與使用客戶溝通，吸收一些好的想法及意見，改善其缺點(diǎn)及不足，不斷地完善設(shè)備的性能。為更好地掌握該設(shè)備的使用效果，筆者先后到達(dá)了河南能化集團(tuán)順和礦、陳四樓礦及龍煤集團(tuán)正陽(yáng)礦，與客戶一起對(duì)設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行了實(shí)地測(cè)量，測(cè)得的數(shù)據(jù)見表1。

表1 粉塵濃度數(shù)據(jù)表（mg/m3）

經(jīng)計(jì)算：順和礦掘進(jìn)機(jī)操作手處和除塵機(jī)排風(fēng)口后50m處除塵效率分別為98.74%和99.07%；陳四樓礦掘進(jìn)機(jī)操作手處和除塵機(jī)排風(fēng)口后50m處除塵效率分別為98.53%和99.20%；正陽(yáng)礦掘進(jìn)機(jī)操作手處和除塵機(jī)排風(fēng)口后50m處除塵效率分別為98.37%和99.08%。

綜上可得該設(shè)備本體除塵效率可達(dá)99%以上，環(huán)境除塵效率可達(dá)90%以上，綜掘司機(jī)位除塵效率可達(dá)98%以上。風(fēng)機(jī)開啟前巷道環(huán)境見圖5，風(fēng)機(jī)開啟后巷道環(huán)境見圖6。

圖5 風(fēng)機(jī)開啟前巷道環(huán)境

圖6 風(fēng)機(jī)開啟后巷道環(huán)境

6 結(jié)語(yǔ)

干式除塵器既能解決濕式除塵器除塵效果不佳的問(wèn)題又能解決其使用中因大量用水造成底板損壞及環(huán)境二次污染的問(wèn)題，并且采用氣動(dòng)單軌吊吊掛除塵系統(tǒng)既能方便地使之與掘進(jìn)機(jī)同步移動(dòng)又能保證除塵系統(tǒng)的工藝參數(shù)一直保持最佳狀態(tài)。但由于除塵系統(tǒng)較重，單軌吊的吊掛要求必須牢固，同時(shí)注意日常維護(hù)與管理，以保證除塵系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行并充分發(fā)揮其高效除塵性能。干式除塵器與掘進(jìn)機(jī)配套使用在綜掘工作面的應(yīng)用是巷道高效除塵技術(shù)的一大突破，它具備低能耗、高效率、無(wú)污染的特點(diǎn)，將為整個(gè)行業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益，具有較大的市場(chǎng)需求和廣闊的應(yīng)用前景。