膠帶機(jī)返程干式清掃機(jī)組的研究與應(yīng)用

李浩峰,李銀廣

(神華北電勝利能源有限公司,內(nèi)蒙古 錫林浩特 026000)

伴隨著礦山技術(shù)的進(jìn)步和環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增加,煤礦行業(yè)向著綠色礦山方向發(fā)展[1-3]。我國(guó)露天礦區(qū)主要集中在干旱且高寒地區(qū),在煤炭的儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中極易導(dǎo)致產(chǎn)生煤塵,嚴(yán)重威脅著作業(yè)人員的身體健康及機(jī)械設(shè)備的正常運(yùn)行[4-7]。為了解決粉塵災(zāi)害,大量學(xué)者針對(duì)降塵和除塵進(jìn)行了大量的研究。高智軍[8]為了解決采煤工作面粉塵超限的問(wèn)題,提出了泡沫降塵和支架間負(fù)壓二次噴霧降塵技術(shù),降塵率達(dá)到了90%;王鵬[9]研究了工作面的粉塵運(yùn)移規(guī)律,得出采用徑向式附壁風(fēng)筒控塵效果較為明顯;荔軍[10]通過(guò)對(duì)17套井下干式除塵器的初始使用情況和長(zhǎng)期使用情況進(jìn)行調(diào)研,發(fā)現(xiàn)控塵技術(shù)在巷道粉塵治理中起著重要作用;王昊等[11]針對(duì)煤礦綜掘面粉塵超限,對(duì)不同壓抽風(fēng)量比條件下的多徑向渦旋氣幕運(yùn)移及其阻塵效果進(jìn)行研究,分析得出當(dāng)壓抽風(fēng)量比為0.8時(shí),降塵效果明顯;葛少成等[12]針對(duì)泡沫除塵技術(shù)和風(fēng)幕除塵技術(shù)進(jìn)行了分析于歸納,得出目前降塵技術(shù)尚不完善,需要將多因素結(jié)合進(jìn)行粉塵的治理。除塵設(shè)備方面,張江石等[13]針對(duì)現(xiàn)有連續(xù)采煤機(jī)除塵系統(tǒng)無(wú)法解決掘進(jìn)工作面粉塵超限的問(wèn)題,設(shè)計(jì)了適合神東大柳塔煤礦掘進(jìn)工作面的連采機(jī)除塵系統(tǒng),現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試現(xiàn)實(shí)降塵效果明顯;陰少輝[14]提出了采用自動(dòng)化噴霧系統(tǒng)對(duì)帶式輸送機(jī)進(jìn)行降塵在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用過(guò)程中取得了明顯效果。

目前,極端工作條件下的膠帶機(jī)除塵問(wèn)題仍然未得到妥善的解決,隨著建設(shè)綠色礦山要求的提出,膠帶機(jī)的粉塵治理問(wèn)題顯得越發(fā)重要。鑒于此,筆者針對(duì)神華北電勝利能源有限公司302號(hào)膠帶機(jī)沿程及驅(qū)動(dòng)站粉塵處理的現(xiàn)狀和實(shí)際生產(chǎn)需求以及氣候環(huán)境的制約,設(shè)計(jì)了一種膠帶機(jī)返程干式清掃機(jī)組,機(jī)組運(yùn)用螺旋刀片繞中心軸旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的切削原理以及條狀物抽打沖擊得到的振顫原理,將附著于膠帶的煤粉清除掉,實(shí)現(xiàn)了膠帶表面的干式清掃,且能將附著在膠帶機(jī)表面的煤粉進(jìn)清理后自動(dòng)100%回收,運(yùn)行過(guò)程無(wú)人值守,保障了膠帶機(jī)的安全高效運(yùn)行,有效降低了膠帶機(jī)附近的粉塵含量,保證了作業(yè)人員的良好工作環(huán)境,為膠帶機(jī)粉塵治理和除塵提供了新思想和新理念。

1 工程背景

神華北電勝利能源有限公司位于內(nèi)蒙古錫林浩特市北郊6 km,距錫林浩特市6 km,年平均氣溫0～3 ℃,結(jié)冰期長(zhǎng)達(dá)5個(gè)月,寒冷期長(zhǎng)達(dá)7個(gè)月。膠帶機(jī)是煤礦運(yùn)輸?shù)闹匾b置,擔(dān)負(fù)著全廠煤炭的運(yùn)輸任務(wù)。302號(hào)膠帶機(jī)是公司的主要運(yùn)輸膠帶,302號(hào)膠帶寬2 000 mm;帶速4.35 m/s;膠帶表面較新且較為平整,機(jī)尾原有滾筒除塵裝置且無(wú)水沖洗地面系統(tǒng)。302號(hào)膠帶機(jī)沿程一期給煤機(jī)、二期給煤機(jī)、機(jī)尾導(dǎo)料槽、機(jī)尾滾筒等處已安裝相應(yīng)的除塵設(shè)備,這些部位的粉塵已得到治理。但由于原煤所含水分、膠帶靜電、帶面?zhèn)鄣仍蚴沟梅党棠z帶帶粉嚴(yán)重,并且膠帶運(yùn)行時(shí),膠帶表面粘附的煤粉與驅(qū)動(dòng)滾筒、改向滾筒、包角滾筒、各種托輥發(fā)生接觸、擠壓、震動(dòng),導(dǎo)致粘附在膠帶表面的煤塵和隱藏與膠帶表層橡膠裂紋深處的煤塵脫離膠帶表面,造成膠帶機(jī)沿程和驅(qū)動(dòng)間等處粉塵污染嚴(yán)重。

煤塵飄蕩會(huì)嚴(yán)重危害作業(yè)人員的身體健康,并且煤塵飄落與設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)表面會(huì)造成磨損或污染腐蝕影響設(shè)備安全運(yùn)行。大量的粉塵飄落于地面需要大量的人員進(jìn)行清理作業(yè),降低了工作效率的同時(shí)還存在十分嚴(yán)重的安全隱患。

2 膠帶機(jī)返程干式清掃機(jī)組

2.1 機(jī)組結(jié)構(gòu)組成

膠帶機(jī)返程干式清掃機(jī)組為殼體結(jié)構(gòu),殼體內(nèi)安裝上下2排滾動(dòng)清掃器,上排有2組滾刷,下排有1組螺旋鉸刀和2組滾刷,上下2排滾動(dòng)清掃器平行安裝,其中有螺旋鉸刀用于清除冬季板結(jié)的凍層,滾刷用于清理附著在膠帶表面的煤粉,以上下2排滾動(dòng)清掃器由驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)方向與膠帶機(jī)運(yùn)行方向相反,以上下2排滾動(dòng)清掃器可進(jìn)行上下微調(diào)以保持與膠帶緊密接觸,滾動(dòng)清掃器清理下來(lái)的煤粉落入殼體底部積灰斗,落到積灰斗的煤粉由清灰絞龍輸送集中到負(fù)壓風(fēng)管入口,由負(fù)壓輸送系統(tǒng)將煤粉送到除塵器進(jìn)行分離。膠帶機(jī)返程干式清掃機(jī)組,膠帶的進(jìn)、出口有一定長(zhǎng)度而且狹窄由于負(fù)壓風(fēng)管產(chǎn)生的高負(fù)壓和高風(fēng)速將膠帶表面的粉塵帶走達(dá)到清掃膠帶的目的。機(jī)組結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示。

圖1 機(jī)組外殼示意Fig.1 Schematic diagram of unit casing

圖2 機(jī)組內(nèi)部示意Fig.2 Internal schematic diagram of the unit

目前,膠帶附著物清理多數(shù)采用板式清掃器清掃,由于膠帶運(yùn)行速度很快(3.15～4.15 m/s),且不斷地發(fā)生抖動(dòng),板式清掃器磨損較快,導(dǎo)致清理不徹底,用水沖洗后冬季結(jié)冰無(wú)法使用。但是本膠帶機(jī)返程干式清掃機(jī)組有上下2排滾動(dòng)清掃器,消除了膠帶抖動(dòng)問(wèn)題,不間斷進(jìn)行清掃,所以經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用清掃效果很好。

2.2 機(jī)組的作業(yè)方式

膠帶機(jī)卸料后,由于粉塵含水和膠帶橡膠裂紋的吸附力部分煤塵仍黏附與膠帶表面,且北方冬季寒冷膠帶長(zhǎng)時(shí)間處于露天溫度極低,由于粉塵含水會(huì)凍結(jié)在膠帶承載表面或托輥、改向滾筒、驅(qū)動(dòng)滾筒表面,影響膠帶機(jī)正常運(yùn)行或危害膠帶,影響膠帶的使用壽命。鑒于這些原因,利用螺旋清冰器清除凍結(jié)于膠帶承載表面的板結(jié)層,利用滾刷清除附著于膠帶非承載和承載表面的煤粉,利用負(fù)壓吸塵原理將隱藏與膠帶非承載和承載裂紋的微細(xì)粉塵吸除干凈,完成膠帶非承載和承載表面的清潔工作,膠帶每運(yùn)行1周清理1遍,實(shí)現(xiàn)膠帶無(wú)塵進(jìn)行。

膠帶清掃之后掉落下來(lái)的煤塵或板結(jié)凍塊落入機(jī)組下部集灰斗內(nèi),集灰斗底部設(shè)置了絞龍清灰器,通過(guò)絞龍清灰器葉片旋轉(zhuǎn)推力將集灰斗底部的煤粉推到處灰口,煤粉推到處灰口后利用負(fù)壓吸塵系統(tǒng)將煤粉輸送到除塵器,將煤粉輸送到除塵器后進(jìn)行分離,分離后的煤塵落入緩沖倉(cāng)或潔凈空氣,由風(fēng)機(jī)出口排入大氣。絞龍清灰器如圖3所示。

圖3 絞龍清灰器Fig.3 Twisting dragon dust remover

除塵機(jī)組為一密閉殼體,密閉殼體內(nèi)在高壓引風(fēng)機(jī)的作用下呈負(fù)壓狀態(tài)。膠帶的進(jìn)出口為氣體進(jìn)口,進(jìn)口的高壓氣流會(huì)起到負(fù)壓清掃膠帶的作用。除塵機(jī)組安裝于機(jī)頭返程膠帶二道清掃器的位置,實(shí)現(xiàn)完整膠帶的清掃工作。機(jī)組進(jìn)氣口如圖4所示。

圖4 機(jī)組進(jìn)氣口Fig.4 Unit air inlet

3 膠帶機(jī)返程干式清掃機(jī)組的作業(yè)原理

由于氣候寒冷,原煤帶水在寒冷的環(huán)境中極易結(jié)冰,故機(jī)組采用螺旋清冰器進(jìn)行清冰作業(yè)。利用纏繞旋轉(zhuǎn)主軸上的螺旋刀片,刀片旋轉(zhuǎn)方向與膠帶運(yùn)行方向相反,刀片運(yùn)行線速度為膠帶的1.5倍,刀片數(shù)量為6片,軸功率4.5 kW。實(shí)踐表明,刀片與膠帶橫向截面平行,由于刀片為螺旋狀為點(diǎn)切削保證絞龍與膠帶連續(xù)切削膠帶與平穩(wěn)接觸,螺旋切削減小切削阻力,節(jié)省功率。

返程膠帶帶粉的原因主要是物料水分粘度粘料、靜電吸附、膠帶表面?zhèn)刍蛄鸭y藏料、冬季凍粘料等。由于膠帶瞬間運(yùn)行速度較快,附著于膠帶表面的微細(xì)物料慣性很大,普通片式清掃器會(huì)發(fā)生漏料現(xiàn)象,并且由于膠帶摩擦起電(靜電)和抖動(dòng)現(xiàn)象也會(huì)漏掉部分粉料。滾筒毛刷的刷毛選料為富有彈性的聚氨酯,刷毛直徑2.5 mm,刷毛長(zhǎng)度過(guò)盈量為15 mm,刷毛密度較大,線速度5 m/s,運(yùn)行方向與膠帶運(yùn)行方向相反。刷毛高速抽打膠帶表面將附著于膠帶表面的微細(xì)顆粒機(jī)振脫離膠帶表面,經(jīng)兩級(jí)抽打后脫離膠帶表面的粉塵顆粒由進(jìn)口高速氣流帶入負(fù)壓輸送系統(tǒng),由負(fù)壓輸送系統(tǒng)到除塵器分離,粉塵顆粒落入料斗回收,潔凈空氣由引風(fēng)機(jī)排入大氣。滾刷清灰性能測(cè)試如圖5所示。

圖5 滾刷清灰性能測(cè)試Fig.5 Rolling brush cleaning performance test

機(jī)組為殼體結(jié)構(gòu)中部中分面膠帶進(jìn)出口同為進(jìn)風(fēng)口,由于負(fù)壓輸送系統(tǒng)引風(fēng)機(jī)的負(fù)壓作用機(jī)組為殼體內(nèi)部為負(fù)壓,所以唯一空氣進(jìn)口就是膠帶的進(jìn)出口的間隙,所以機(jī)組為殼體膠帶進(jìn)出口為一狹窄風(fēng)道由于高負(fù)壓的作用氣流速度很高,高度氣流對(duì)膠帶表面有強(qiáng)大的清掃作用,可以將膠帶表面疤痕、裂縫的粉塵洗干凈。膠帶機(jī)返程干式清掃機(jī)組如圖6所示。

圖6 膠帶機(jī)返程干式清掃機(jī)組Fig.6 Belt conveyor return dry sweeping unit

螺旋絞龍及清掃滾筒清理下來(lái)的較大顆粒沉降到殼體底部,由螺旋清渣機(jī)輸送到負(fù)壓輸送系統(tǒng)吸口,經(jīng)負(fù)壓輸送系統(tǒng)輸送到除塵器。采用高壓引風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)殼內(nèi)的高負(fù)壓,實(shí)現(xiàn)進(jìn)口的高風(fēng)速得到風(fēng)力清掃膠帶表面粉塵。高負(fù)壓還可以將負(fù)壓輸送系統(tǒng)進(jìn)料口物料輸送到除塵器。驅(qū)動(dòng)電機(jī)67.5 kW,主軸轉(zhuǎn)速960 r/min,B2型槽輪驅(qū)動(dòng)螺旋絞龍旋轉(zhuǎn),螺旋絞龍旋轉(zhuǎn)并聯(lián)鏈輪依次驅(qū)動(dòng)兩級(jí)清掃滾筒旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)向與膠帶運(yùn)行方向相反,速度可調(diào)。螺旋絞龍及清掃滾筒兩端支撐軸承座可調(diào),用以調(diào)整螺旋絞龍及清掃滾筒與膠帶面的清掃力度,兩端支撐軸承座的緊固螺栓沿梯形曹滑動(dòng)實(shí)現(xiàn)清掃力度調(diào)諧和緊固。電氣調(diào)整原理為變頻調(diào)諧滾筒轉(zhuǎn)速,實(shí)現(xiàn)改變清掃效果的目的。春、夏、秋3個(gè)季節(jié)煤粉附著強(qiáng)度小且量較少,需轉(zhuǎn)速較低,冬季煤粉附著強(qiáng)度高切小量較達(dá),需轉(zhuǎn)速較高,應(yīng)啟動(dòng)冬季運(yùn)行模式。機(jī)組于302號(hào)膠帶機(jī)運(yùn)行信號(hào)連鎖,運(yùn)行模式位位首先接收到302號(hào)膠帶機(jī)運(yùn)行信號(hào)(無(wú)源信號(hào)),除塵器清灰機(jī)構(gòu)啟動(dòng)5 s停止,除塵器主風(fēng)機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行進(jìn)而真空泵啟動(dòng)運(yùn)行,機(jī)組螺旋清渣機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行最終螺旋絞龍及清掃滾筒啟動(dòng)運(yùn)行。停止模式為首先膠帶停止運(yùn)行訊號(hào)(無(wú)源信號(hào)),螺旋絞龍及清掃滾筒停止運(yùn)行,隨后機(jī)組螺旋清渣機(jī)停止運(yùn)行,真空泵停止運(yùn)行,除塵器停止運(yùn)行,除塵器清灰機(jī)構(gòu)啟動(dòng)5 s停止最終除塵機(jī)組停止運(yùn)行。

螺旋絞龍式清冰器利用纏繞并焊接與主軸的6只葉片,螺旋絞龍經(jīng)車削和動(dòng)平衡處理,可高速運(yùn)轉(zhuǎn),由于6只葉片為螺旋盤繞安裝在主軸上,對(duì)板結(jié)在膠帶表面的凸出板結(jié)層有切削作用,而對(duì)平滑的膠帶表面并沒有傷害作用,由于的旋轉(zhuǎn)方向與膠帶運(yùn)行方向相反且線速度略高,其線速度差越大清理潔凈度越好。為了防止螺旋絞龍工作時(shí)膠帶跳動(dòng),非承載面安裝防跳滾筒,以免漏粉。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及分析

膠帶機(jī)是主要的運(yùn)輸設(shè)備,由于膠帶運(yùn)行時(shí)需要眾多的設(shè)備協(xié)調(diào)作業(yè),附著在膠帶表面的粉塵經(jīng)過(guò)這些設(shè)備的震動(dòng)、碰撞擠壓,會(huì)產(chǎn)生產(chǎn)生蕩塵,污染沿程環(huán)境或經(jīng)擠壓粘附在設(shè)備表面影響安全運(yùn)行并且由于膠帶保供運(yùn)行給人工清掃帶來(lái)不便或由于清掃還會(huì)產(chǎn)生二次揚(yáng)塵污染,給清掃人員帶來(lái)危害和安全隱患。

通過(guò)將多功能組合式膠帶機(jī)清掃機(jī)組在神華北電勝利能源有限公司302號(hào)膠帶機(jī)進(jìn)行應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)了粉塵的有效控制和治理,并可以將附著在膠帶機(jī)表面的煤粉進(jìn)清理后自動(dòng)100%回收,運(yùn)行過(guò)程無(wú)人值守,降低污染并且改變生產(chǎn)勞動(dòng)環(huán)境,保障了膠帶機(jī)的安全高效運(yùn)行?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用照片如圖7所示。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試得出,膠帶清洗裝置運(yùn)行可靠,除塵效率高,膠帶機(jī)機(jī)頭區(qū)域、膠帶廊、機(jī)尾區(qū)域粉塵有極大的改善,實(shí)現(xiàn)膠帶機(jī)潔凈運(yùn)行,減少膠帶機(jī)故障率,改善人員的工作環(huán)境。并且由于粉塵的極度降低和減少,降低了電纜橋架、設(shè)備表面、空間地面粉塵污染,極大的降低了人工清掃工作量,降低了粉塵污染和侵蝕危害。

圖7 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試Fig.7 On-site testing

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)膠帶機(jī)運(yùn)輸過(guò)程中粉塵較大等問(wèn)題,結(jié)合工程背景,設(shè)計(jì)了膠帶機(jī)返程干式清掃機(jī)組,清除了附著在膠帶上的粉塵,實(shí)現(xiàn)了膠帶機(jī)表面的干式清掃,并且可以對(duì)粉塵進(jìn)行回收,實(shí)現(xiàn)了膠帶機(jī)的無(wú)人值守,具體研究成果如下。

(1)膠帶機(jī)返程干式清掃機(jī)組運(yùn)用螺旋刀片繞中心軸旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的切削原理以及條狀物抽打沖擊得到的振顫原理,將膠帶機(jī)表面的粉塵進(jìn)行清理,利用負(fù)壓吸塵原理將隱藏于膠帶非承載和承載裂紋的微細(xì)粉塵吸除,實(shí)現(xiàn)了粉塵的100%回收,完成膠帶非承載和承載表面的清潔工作。

(2)膠帶機(jī)返程干式清掃機(jī)組的應(yīng)用解決了膠帶運(yùn)行過(guò)程帶粉及膠帶所帶的粉塵遇到滾筒、托輥等障礙物時(shí)產(chǎn)生擠壓、彎曲、振動(dòng)、空氣擾動(dòng)的作用使得附著在膠帶表面或橡膠裂紋深處的煤塵溢出的粉塵污染問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)了對(duì)清除煤粉二次回收,集綜合治理為一體,降低了設(shè)備運(yùn)行總功率,提高了煤礦儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備除塵的自動(dòng)化及一體化水平。

(3)膠帶機(jī)返程干式清掃機(jī)組是集膠帶煤粉清掃、煤粉回收、除塵為一體的除塵機(jī)組,該機(jī)組實(shí)現(xiàn)了膠帶機(jī)粉塵治理的無(wú)人值守,提高了除塵效率,降低了粉塵自燃風(fēng)險(xiǎn),改善了人員工作環(huán)境,增加了人員積極性。由于極大地降低了粉塵的污染對(duì)設(shè)備的腐蝕和粉塵傷害,降低了設(shè)備事故率,減輕了維修維護(hù)工作量,保障了輸煤系統(tǒng)安全高效運(yùn)行。