巷道綜合除塵裝備應(yīng)用分析

石 洋 高志廣 項 杰

（三一重型裝備有限公司，遼寧 沈陽 110027 ）

0 引言

隨著礦藏開采強度和機械化程度的不斷提高，礦山的生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)效率提高，同時也產(chǎn)生了大量的粉塵，在礦山掘進機作業(yè)過程中，產(chǎn)生的粉塵是整個開采過程中最主要的產(chǎn)塵塵源。高濃度粉塵不僅影響工作視線，導(dǎo)致工作效率低，事故率高，而且粉塵顆粒直接影響工人的身體健康，吸入高濃度的粉塵，極易引發(fā)塵肺等職業(yè)病。據(jù)統(tǒng)計每年直接接塵的工作人員塵肺的發(fā)病率為9.7%。另外,井下粉塵會隨礦井通風系統(tǒng)排入大氣中，造成進一步污染。

隨著人們對安全環(huán)保、職業(yè)健康的要求越來越高，人們越來越重視除塵，除塵要求也越來越嚴格。因掘進機作業(yè)過程產(chǎn)生的粉塵是整個開采過程中最主要的產(chǎn)塵塵源，所以在掘進機工作過程中進行降塵除塵就尤為重要，尤其是采用除塵設(shè)備對掘進機工作過程中產(chǎn)生的粉塵進行治理越來越得到客戶的重視和認可。當前我國常用的除塵方式有噴霧除塵、泡沫除塵、干式除塵及濕式除塵等，其中以干式除塵和濕式除塵為主。該文主要介紹了干式除塵和濕式除塵的結(jié)構(gòu)特點和應(yīng)用方法。

1 干式除塵

1.1 設(shè)備結(jié)構(gòu)

干式除塵設(shè)備主要由軸流抽出式風機、清灰氣路連接口、清灰按鈕、清灰指示及設(shè)備本體等構(gòu)成。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 干式除塵器結(jié)構(gòu)

1.2 工作原理

除塵風機工作時，軸流風機將含塵氣體經(jīng)風筒由進風口抽吸到除塵室內(nèi)，含塵氣體中的一部分粗大顆粒粉塵在與氣流分布板的撞碰過程中失去動能，落到除塵器底部的輸灰裝置中。而在布朗擴散和篩濾等組合效應(yīng)下，細粒粉塵進入濾塵室后吸附在濾筒的表面，凈化后的氣體經(jīng)濾筒的上端口進入凈氣室內(nèi)，經(jīng)出風口由風機排出。干式除塵設(shè)備的主要工作環(huán)節(jié)就是濾筒的清灰作業(yè)，清灰作業(yè)有離線和在線兩種清理方式。離線清理過程中過濾工作已經(jīng)停止，不會產(chǎn)生灰塵的二次吸附，便于灰塵的有效降落。由于離線清灰過程中容易出現(xiàn)用氣量的不足的問題，清理過程存在的一些缺點難以有效彌補；為保證清灰過程中有足夠的風量，通常采用在線清灰作業(yè)方式。因此需要在掘進機掘進工作過程中連續(xù)清灰，大大減少了工作人員的工作量。同時需要確保開采過程中的安全性，使用氣動方式進行清灰作業(yè)，使用壓縮空氣作為清灰作業(yè)的動力源。隨著濾筒表面粉塵厚度的增加，其阻力相應(yīng)增大，當阻力達到某一規(guī)定值時需要進行清灰。清灰時，軸流風機停機，打開脈沖清灰閥，壓縮空氣從儲氣罐內(nèi)經(jīng)噴嘴倒吸入濾筒內(nèi)部，濾筒在短時間內(nèi)迅速膨脹、振動變形，其表面上的粉塵被吹落入除塵器本體的底部。在除塵器本體底部設(shè)置刮板輸送機構(gòu)，將粉塵運輸至卸灰口，在卸灰口處安裝的集塵布袋具有除塵、集灰、清灰的作用。氣動清灰系統(tǒng)主要由儲氣罐、脈沖閥、脈沖控制儀、過濾裝置等構(gòu)成。該系統(tǒng)的工作原理如圖2 所示。

圖2 清灰系統(tǒng)在線作業(yè)原理圖

除塵器正常工作時，壓縮空氣通過減壓裝置被收集起來，然后經(jīng)過過濾裝置后進入除塵器的儲氣罐，同時脈沖控制儀器在不產(chǎn)生信號時就會關(guān)閉脈沖閥；脈沖控制儀器在輸出一定的信號到控制閥后就會操作控制閥，實現(xiàn)控制閥外氣體的卸壓，從而導(dǎo)致壓力的急劇下降，壓力膜片兩端產(chǎn)生一定的壓力差，同時按照一定的順序開啟脈沖閥，壓縮空氣就會經(jīng)過脈沖閥與吹管噴出。此時，在誘導(dǎo)器的作用下，高速噴出的氣體吹入濾袋，進而在濾袋內(nèi)產(chǎn)生瞬間的正壓效果，完成自動清灰的連續(xù)操作。

在刮板輸送機上安裝有排灰裝置，可以進行連續(xù)的排灰操作，工作時，電機驅(qū)動輸送鏈，粉塵降落到運輸槽內(nèi)，并被輸送到尾部的輸送機，通過尾部的輸送桿以及集塵袋被收集。當集塵袋中的粉塵累積到一定程度后更換新的集塵袋，對粉塵進行集中處理。如此，可定點收集粉塵且不會產(chǎn)生二次粉塵污染。

1.3 案例

某煤礦應(yīng)用干式除塵系統(tǒng)現(xiàn)場試驗的數(shù)據(jù)見表1。

表1 某煤礦干式除塵系統(tǒng)現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)

由該煤礦應(yīng)用的干式除塵系統(tǒng)現(xiàn)場試驗效果可以得到，干式除塵系統(tǒng)效率可高達96%，能夠有效清除巷道內(nèi)的粉塵。

1.4 特點

適用于各粉塵濃度的綜掘巖巷，除塵率可達96%以上，而且不僅能夠?qū)Γ?μm的粉塵顆粒進行高效處理，同時對＜5μm的粉塵進行有效處理，降低塵肺對井下作業(yè)人員的危害。除塵器位置的除塵效率受制于除塵風量不足，相對效率較低，該部分的粉塵不能及時被收集會產(chǎn)生擴散問題。但在除塵器負壓作用下，擴散到巷道內(nèi)部的粉塵會回折流回除塵器中。

干式除塵設(shè)備體積比較大，成本比較高，維護難度較高，對水比較敏感，進水后除塵效果大大降低。

2 濕式除塵設(shè)備

2.1 設(shè)備結(jié)構(gòu)

濕式除塵設(shè)備主要由除塵風箱、除塵器外殼、噴嘴、除塵墊層、泥水分離器、風機、泥漿泵等組成。設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 濕式除塵器結(jié)構(gòu)

2.2 工作原理

利用上述抽出式軸流通風機的工作原理，風機動力將迎頭含塵空氣壓入除塵器，在來流方向上設(shè)置的水噴霧器向振弦過濾板上噴霧，通過過濾板的粉塵在噴霧的作用下濕潤增重或凝固滯留。在含塵氣體氣流的沖擊下，振弦過濾板的纖維產(chǎn)生振動。水霧霧粒與含塵氣體中粉塵融合的能力得到提升，加強了對微細粉塵的捕獲能力。振弦過濾板的含塵氣體在噴霧器不斷噴霧的作用下變成濕潤的含塵液氣流。氣流沿外壁由上向下旋轉(zhuǎn)運動形成外渦旋，旋轉(zhuǎn)氣流在錐體底部轉(zhuǎn)而向上沿軸心旋轉(zhuǎn)形成內(nèi)渦旋，少量氣體沿徑向運動到中心區(qū)域。切向速度決定含塵液氣流離心力大小，含塵液氣流在離心力作用下逐漸移向外壁。到達外壁后，在氣流和重力的共同作用下沿著壁面下落至灰斗中，形成污水流。污水流進入循環(huán)過濾水箱重新經(jīng)噴霧站循環(huán)利用或通過脫水環(huán)下排污斗流出機外。除塵風機出風口排出凈化后的潔凈空氣。

2.3 案例

某煤礦應(yīng)用濕式除塵系統(tǒng)除塵試驗數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 某煤礦濕式除塵系統(tǒng)現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)

由某煤礦應(yīng)用的濕式除塵系統(tǒng)現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)可得到，在煤礦巷道粉塵濃度不高的工況下，濕式除塵系統(tǒng)具有超高的除塵效率。

2.4 特點

適用于粉塵濃度不太高的綜掘巖巷，除塵效率可達到99%以上，但對＜5μm粉塵處理能力相對較差。濕式除塵設(shè)備體積較大，成本低，但需要持續(xù)的水源且過濾產(chǎn)生的污水需要特定污水處理設(shè)備，增加處理成本。

3 除塵裝置與掘進機配套方式

干式與濕式除塵設(shè)備在巷道中通風方式上基本相同，都是采用長壓短抽的混合通風方式，即對掘進機工作面進行長距離供風，除塵設(shè)備在掘進工作面短距離抽風進行除塵，如圖4所示。

圖4 除塵裝置與掘進機配套圖

除塵設(shè)備與掘進機在巷道中配套方式大致分為三種，可結(jié)合實際情況選擇合適的配套方式。

3.1 吊掛式

吊掛式主要是將除塵系統(tǒng)吊掛于單軌吊上，利用單軌吊車驅(qū)動系統(tǒng)前移，布置圖如圖5所示。

圖5 吊掛式除塵系統(tǒng)布置圖

單軌吊配套方式優(yōu)點在于適應(yīng)性強、可充分利用巷道空間、降低人工勞動強度，移動除塵設(shè)備便捷，可在工程掘進過程中根據(jù)掘進面的掘進需要隨時移動，有效地保證除塵設(shè)備處于最佳工作位置，克服除塵設(shè)備與巷道其他生產(chǎn)設(shè)備先干涉產(chǎn)生的困難。單軌吊須鋪設(shè)特定軌道，要求較高且須定期維護與管理，成本較高。

3.2 滑靴式

滑靴式主要是將除塵設(shè)備布置在滑靴上，放在巷道地面上，位于掘進機后方，巷道一側(cè)，由轉(zhuǎn)載機進行定期移動，布置圖如圖6所示。

圖6 滑靴式除塵系統(tǒng)布置圖

滑靴式配套方式除塵設(shè)備布置在掘進機后方巷道的一側(cè)，除塵風筒通過導(dǎo)軌固定在巷道一側(cè)墻壁上，布置結(jié)構(gòu)簡單，成本較低。掘進過程中需要定期使用裝載機進行前移以保證除塵效果，移動較困難且存在與其他生產(chǎn)設(shè)備干涉的問題。

3.3 自移式

除塵設(shè)備布置自移小車上，放置于巷道地面上，掘進機后方，巷道一側(cè)。自移式配套方式在滑靴式配套方式增加自移小車，自移小車為履帶式或輪式，方便除塵設(shè)備的移動，降低移動難度，成本較滑靴式增加，其他與滑靴式相同。

4 結(jié)語

干式除塵設(shè)備除塵效率高，處理的粉塵大部分為干粉狀，有利于集中生產(chǎn)和綜合利用，占地面積小，使用范圍廣，但是成本高；濕式除塵器，利用水作為凈化介質(zhì)，結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單，初期投資較低。在處理粉塵時，能將吸塵器中的其他有害成分吸收并且達到降溫的目的；另外，能夠處理相對濕度高、有腐蝕性的氣體。其缺點是結(jié)構(gòu)單一、體積大、相對效率低，濕式除塵設(shè)備只能進行粗凈化，除塵效率低。干式除塵設(shè)備和濕式除塵設(shè)備都具有自身獨特的優(yōu)點和缺點，可根據(jù)掘進巷道的具體情況選擇合適的除塵設(shè)備及與掘進機配套方式。