趙海強(qiáng)

（中廣核鈾業(yè)發(fā)展有限公司，北京 100102）

目前國(guó)內(nèi)外鉆孔設(shè)備的粉塵治理工作主要有除塵器負(fù)壓干式除塵和噴霧注水濕式除塵。經(jīng)可靠部門（德國(guó)DMT檢測(cè)中心）進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，噴霧除塵效率為75%，干式除塵器除塵效率為99%。結(jié)合實(shí)際使用情況，除塵系統(tǒng)負(fù)壓除塵相比噴霧注水除塵效率要高得多。為進(jìn)一步提高我礦工作面粉塵的治理水平，鉆孔初期使用干式除塵以遏制大量粉塵溢出，而鉆孔中后期則使用濕式除塵以降低干式除塵系統(tǒng)的故障率[1,2]。隨著除塵系統(tǒng)運(yùn)行小時(shí)的增加，其中干式除塵系統(tǒng)產(chǎn)生的故障率比較高。針對(duì)鉆機(jī)干式除塵存在的問(wèn)題，進(jìn)行日常維護(hù)保養(yǎng)是維修部門進(jìn)行預(yù)防性維修的一個(gè)重要維修項(xiàng)目。本文通過(guò)對(duì)干式除塵系統(tǒng)日常存在的故障及問(wèn)題進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，制定了一套科學(xué)合理的管理、維修和改進(jìn)辦法，即增加了除塵系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性又節(jié)省了維修成本[3]。

1 干式除塵系統(tǒng)簡(jiǎn)介

下面以卡特彼勒MD6290為例來(lái)介紹干式除塵的工作原理，其余鉆機(jī)的工作原理與MD6290相類似，下面不在進(jìn)行逐一介紹。MD6290多功能鉆機(jī)（鉆桿可以配裝牙輪鉆頭或者潛孔鉆錘）干式除塵采用了氣旋式原理，通過(guò)風(fēng)扇/過(guò)濾裝置/真空管吸除鉆孔區(qū)域的鉆屑。工作原理如圖1所示。

除塵系統(tǒng)的主要部件包括：齒輪式液壓泵、除塵馬達(dá)、風(fēng)機(jī)、吸塵軟管、排塵軟管、集塵器、除塵濾芯、隔膜脈沖閥（氣動(dòng)沖洗）、隔塵罩、穩(wěn)桿器襯套、擋塵簾、擋塵簾油缸[4]。

除塵系統(tǒng)的工作原理是從空壓機(jī)輸出的壓縮空氣（約80psi～100psi）將巖屑粉塵反吹至擋塵簾內(nèi)，厚重的鉆屑則會(huì)倒流集中在鉆孔周圍[5]。同時(shí)泵驅(qū)動(dòng)馬達(dá)、馬達(dá)再驅(qū)動(dòng)風(fēng)葉將鉆孔內(nèi)排出的粉塵吸入集塵箱內(nèi)，氣流在集塵箱內(nèi)形成旋流，大顆粒粉塵被甩到筒壁上，向下流入排塵軟管。較小顆粒的粉塵隨氣流流經(jīng)褶皺紙質(zhì)濾芯時(shí)會(huì)被過(guò)濾，并積存在濾芯上。經(jīng)過(guò)過(guò)濾的干凈空氣由排風(fēng)口排出。由于除塵風(fēng)扇工作時(shí)風(fēng)扇向外吸風(fēng)，在集塵桶內(nèi)形成負(fù)壓，排塵軟管由于吸力的作用會(huì)閉合。當(dāng)進(jìn)入排塵軟管的粉塵較多時(shí)，粉塵會(huì)因自重較大打開(kāi)排塵軟管袋口，排出。

圖1 干式除塵系統(tǒng)

干式除塵器是利用沖擊振打的方式進(jìn)行清灰的，而且清理的灰塵大部分是干粉裝。隔膜脈沖閥反沖洗清潔旨在最大限度的延長(zhǎng)除塵濾芯的使用壽命，它是自動(dòng)并按照順序進(jìn)行的。只要鉆機(jī)在運(yùn)行，氣動(dòng)沖洗會(huì)以一個(gè)持續(xù)的清潔周期進(jìn)行工作循環(huán)。在凈化過(guò)程中，電磁閥將通電，使相應(yīng)的隔膜閥經(jīng)由空壓機(jī)產(chǎn)生的壓縮空氣（50psi）產(chǎn)生振打，系統(tǒng)設(shè)計(jì)可觸發(fā)一系列空氣脈沖，并按照預(yù)設(shè)的時(shí)間間隔一次清洗一個(gè)濾清器。

影響粉塵的因素：

巖渣中粉塵產(chǎn)生的多少，與鉆機(jī)的技術(shù)性能和材質(zhì)結(jié)構(gòu)、巖石的物理機(jī)械性質(zhì)、穿孔工作參數(shù)、排渣風(fēng)量、鉆頭的種類和材質(zhì)、進(jìn)給壓力、回轉(zhuǎn)速度等有關(guān)。

鉆孔時(shí)大致可以分為四個(gè)階段：

第一階段，當(dāng)進(jìn)給壓力小于某一臨界值時(shí)，巖石破碎僅具有表面研磨的性質(zhì)。這個(gè)階段鉆進(jìn)速度很低，而比功耗（鉆進(jìn)單位體積巖石所消耗的能量）卻很大。這個(gè)階段產(chǎn)生的巖渣基本是粉塵；

第二階段，當(dāng)進(jìn)給壓力超過(guò)臨界值后，巖石進(jìn)入疲勞破碎過(guò)渡階段。此時(shí)鉆進(jìn)速度開(kāi)始緩慢增加，比功耗明顯下降。這個(gè)階段產(chǎn)生的巖渣粉塵開(kāi)始減少，顆粒裝巖渣增多；

第三階段，當(dāng)進(jìn)給壓力使鉆頭施加在巖石上的壓力大于巖石的抗壓強(qiáng)度時(shí)，鉆頭割刃開(kāi)始?jí)喝霂r石進(jìn)行破碎，切割的厚度和鉆進(jìn)速度會(huì)隨著進(jìn)給壓力的增大而直線上升，比功率此時(shí)繼續(xù)下降，這個(gè)過(guò)程被稱為鉆銷破巖階段。這個(gè)階段粉塵繼續(xù)減少，顆粒巖渣繼續(xù)增多。這個(gè)階段是粉塵產(chǎn)生最少的階段；

第四階段，當(dāng)進(jìn)給壓力超過(guò)某極限值后，鉆頭的磨損加快，鉆進(jìn)速度也不會(huì)再增加，甚至出現(xiàn)下降，比功耗開(kāi)始增加。這個(gè)階段稱為阻塞階段。與第三階段相比，這一階段的粉塵增加，顆粒裝巖渣減少。

結(jié)論：鉆進(jìn)過(guò)程中，進(jìn)給壓力應(yīng)保持在鉆銷破巖階段進(jìn)行正常的鉆進(jìn)作業(yè)，此階段產(chǎn)生的粉塵最少，比功率消耗最少。

2 除塵系統(tǒng)常見(jiàn)故障匯總

（1）除塵濾芯堵塞，造成除塵效果差。露天礦使用的鉆機(jī)所配套的空壓機(jī)排量是非常大的（MD6290空壓機(jī)排量為43m3/min），鉆孔中排出鉆屑多，造成干式除塵裝置工作負(fù)荷大，例如：除塵濾芯極易發(fā)生堵塞失效。在鉆機(jī)工作時(shí)，經(jīng)常性會(huì)看到大量的巖粉從擋塵簾四周溢出，從而在鉆機(jī)周圍會(huì)形成一個(gè)好幾米的塵霧團(tuán)（如下圖所示），能見(jiàn)度有時(shí)不足3m，使得鉆機(jī)作業(yè)人員及附近作業(yè)人員深受粉塵之害。

圖2 除塵系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)

（2）隔塵罩、穩(wěn)桿器襯套或者鉆桿磨損過(guò)限（機(jī)構(gòu)工作協(xié)調(diào)性被破損），喪失密封性能或者密封性能下降，造成平臺(tái)處冒塵。

（3）擋塵簾封閉不嚴(yán)，無(wú)法為干式除塵系統(tǒng)形成密閉的空間，造成大量粉塵從縫隙中溢出。例如：作業(yè)區(qū)域道路崎嶇不平，為了找平鉆機(jī)，支平千斤伸出太長(zhǎng)，造成擋塵簾與地面之間存在較寬的縫隙；擋塵簾破損/撕裂/尺寸短。

（4）吸塵軟管內(nèi)淤積了大量的障礙物，如泥塊、沙石，造成進(jìn)氣受阻，吸力下降，從而造成除塵效果差。情況嚴(yán)重時(shí)巖粉還會(huì)倒流回孔內(nèi)，影響穿孔效率，縮短鉆頭的使用壽命。

（5）排塵軟管破損，密封效果差，無(wú)法保證集塵器內(nèi)部形成真空狀態(tài)，造成吸力下降，以至于除塵效果差。

（6）空壓機(jī)油氣分離器濾芯失效，壓縮空氣中帶有大量的空壓機(jī)油，形成的油泥被吸入除塵濾芯內(nèi)同樣會(huì)堵塞濾芯，造成除塵差。

（7）除塵濾芯隔膜脈沖閥（氣動(dòng)沖洗）壓力不足或者脈沖時(shí)間間隔調(diào)整不當(dāng)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)濾芯自凈功能，加速了濾芯的堵塞，造成除塵效果差。

（8）因干式除塵系統(tǒng)故障頻繁，處理起來(lái)占用的時(shí)間較長(zhǎng)，司機(jī)對(duì)于此類故障也就見(jiàn)慣不怪了，不愿意經(jīng)常上報(bào)故障。長(zhǎng)此以往，集成器內(nèi)淤積了大量的粉塵，日積月累形成了惡性循環(huán)，導(dǎo)致除塵系統(tǒng)工作狀況不佳，給人們普遍留下鉆機(jī)除塵差的印象。

（9）受地質(zhì)影響，部分區(qū)域巖石強(qiáng)度小，鉆機(jī)的鉆進(jìn)速度快、巖粉粒度大，所以沉降在擋塵簾內(nèi)的巖粉比例太大。由于吸塵能力以及擋塵簾容積有限，沉降的巖粉很快會(huì)堆滿擋塵簾內(nèi)部空間，以至于部分巖粉反復(fù)掉落在鉆孔內(nèi)，加劇了鉆桿的磨損。部分巖粉還會(huì)堵塞吸塵軟管，大大降低了系統(tǒng)的除塵能力。

3 除塵系統(tǒng)日常維護(hù)事項(xiàng)

（1）排塵軟管。確認(rèn)位于集塵器底部的排出軟管在排塵錐體上固定完好。此軟管上應(yīng)無(wú)洞眼，當(dāng)集成器形成真空狀態(tài)必需能夠保持密封。當(dāng)濾芯清潔完畢后，此軟管會(huì)在壓縮空氣每次回脈沖的同時(shí)瞬間打開(kāi)。

（2）吸塵軟管。從擋塵簾內(nèi)部通向集塵器的吸塵軟管內(nèi)不得積聚大量的障礙物，如板結(jié)的灰塵或泥塊。同時(shí)吸塵軟管不得存在大幅度的彎曲或扭結(jié)。

（3）除塵風(fēng)機(jī)。平時(shí)操作者應(yīng)注意觀察風(fēng)機(jī)的排氣口，正常情況下應(yīng)當(dāng)看不見(jiàn)有灰塵從風(fēng)機(jī)外殼的排氣口排出。如果有大量灰塵排出，應(yīng)當(dāng)立即更換除塵濾芯，否則還會(huì)對(duì)風(fēng)機(jī)葉片造成損壞。

（4）除塵濾芯。平時(shí)操作者應(yīng)傾聽(tīng)濾芯的脈沖信號(hào)，應(yīng)當(dāng)每隔幾秒鐘進(jìn)行一次急脈沖。若果通向集塵器的供氣管路上裝有壓力表，確認(rèn)空氣脈沖的最大壓力應(yīng)與維修手冊(cè)相符。日常點(diǎn)檢、保養(yǎng)只要條件允許就應(yīng)當(dāng)通過(guò)隔膜閥的振打?qū)ζ溥M(jìn)行清潔，清潔過(guò)程中風(fēng)機(jī)應(yīng)保持關(guān)閉。這項(xiàng)操作可以在每次鉆進(jìn)循環(huán)完成后進(jìn)行，也可以和鉆桿更換、鉆孔轉(zhuǎn)移同時(shí)進(jìn)行。打開(kāi)集塵器箱體檢查除塵濾芯，如果出現(xiàn)污染（油液或者泥漿污染）、塌架或孔洞時(shí)必須進(jìn)行更換。移除除塵濾芯底部螺母時(shí)，濾芯應(yīng)向下掉落，如卡住不動(dòng)，則說(shuō)明濾芯已完全堵塞。

（5）擋塵簾/隔塵罩/穩(wěn)桿器襯套/鉆桿。日常應(yīng)檢查塔架底部相連接的鉆桿密封裝置以及擋塵簾是否完好無(wú)損，如有損壞或者磨損過(guò)限應(yīng)及時(shí)更換。隔塵罩為易損件，鉆孔過(guò)程中經(jīng)常與鉆桿發(fā)生摩擦，當(dāng)間隙大于10mm時(shí)應(yīng)及時(shí)更換。將鉆頭、穩(wěn)桿器提至隔塵罩位置時(shí)，應(yīng)緩慢操作，避免對(duì)隔塵罩造成損壞。將鉆頭、穩(wěn)桿器提至隔塵罩位置時(shí)禁止鉆桿回轉(zhuǎn)，否則會(huì)嚴(yán)重破壞隔塵罩。選用不同廠家的鉆桿混搭時(shí)，必需注意其規(guī)格、型號(hào)、強(qiáng)度等級(jí)、尺寸（特別指直徑）、絲扣等保持一致，否則會(huì)使穩(wěn)桿器襯套、隔塵罩磨損不均而縮短它們的使用壽命。

圖3 除塵風(fēng)機(jī)設(shè)備

（6）擋塵簾升降油缸。油缸損壞或者動(dòng)作失靈時(shí)必須及時(shí)更換或維修，因?yàn)橛透坠ぷ鞯暮门c壞直接關(guān)系到擋塵簾的使用壽命及維修效率，否則遇到不平的地表或者地表上有其它物體時(shí)會(huì)將擋塵簾刮壞。

（7）除塵濾芯隔膜脈沖閥清灰周期及清灰時(shí)間的調(diào)整。此項(xiàng)工作是左右除塵系能和運(yùn)轉(zhuǎn)狀況的重要因素。因此，必須對(duì)粉塵性質(zhì)、含塵濃度等進(jìn)行慎重地研究，并根據(jù)不同的清灰方法來(lái)決定清灰壓力、循環(huán)周期和時(shí)間間隔。

（8）回轉(zhuǎn)小車滑道間隙。回轉(zhuǎn)小車導(dǎo)向組件與塔架主鋼架之間間隙總和應(yīng)保持允許范圍內(nèi)（2mm～3mm），否則無(wú)法保證鉆進(jìn)部分的運(yùn)動(dòng)精度，會(huì)加速隔塵罩、穩(wěn)桿器襯套以及鉆桿之間的磨損。（注：對(duì)于獨(dú)立高度約16m～22m的塔架，如果滑道間隙超標(biāo)，鉆進(jìn)時(shí)在鉆頭處的圓周位移量將增大好幾倍，極易導(dǎo)致回轉(zhuǎn)部件的磨損，同時(shí)還會(huì)造成連接螺栓及結(jié)構(gòu)件的損壞，對(duì)鉆架部分的受力更為不利，甚至造成塔身折斷）。

特別說(shuō)明：除塵系統(tǒng)的作用是盡可能的收集鉆孔過(guò)程中排出的灰塵，改善作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的空氣質(zhì)量，減少污染。但是，由于設(shè)備作業(yè)的地點(diǎn)是露天的野外環(huán)境，且設(shè)備作業(yè)時(shí)有大量灰塵被高壓吹出，系統(tǒng)不可能100%的收集灰塵，要達(dá)到五星級(jí)酒店空中花園的空氣質(zhì)量是不可能的。所以請(qǐng)不要將鉆機(jī)的除塵系統(tǒng)和家用吸塵器做對(duì)比。鉆機(jī)作業(yè)的過(guò)程中產(chǎn)生一定的灰塵是正常的，這正如一臺(tái)飛機(jī)，我們不能因?yàn)樗嬖谠肼暰驼f(shuō)它存在故障，甚至禁止它起飛。如果您是在室內(nèi)使用一臺(tái)電視機(jī)，那么它將不會(huì)產(chǎn)生灰塵。

4 禁止使用干式除塵的情況

①下雨天氣。②下雨過(guò)后開(kāi)孔階段。③地面有積水或稀泥。④含水巖層。⑤鉆孔后排出的巖渣較潮濕的巖層。

5 除塵系統(tǒng)改造方案

（1）重新設(shè)計(jì)擋塵簾的結(jié)構(gòu)。湖山礦區(qū)的擋塵簾材質(zhì)均為硬質(zhì)膠皮。為了延長(zhǎng)擋塵簾的使用壽命，將其設(shè)計(jì)成剛?cè)岵?jì)的結(jié)構(gòu)，即剛性擋塵簾的下端連接著柔性罩。柔性罩的中部應(yīng)安裝鋼筋骨架，可防止擋塵簾中的負(fù)壓將罩體吸癟。柔性罩的下端應(yīng)鑲有沉鐵，柔性罩下放后沉鐵接地，保證了柔性罩接地密封性。為了增強(qiáng)柔性罩對(duì)不平地表的適應(yīng)性，在沉鐵的下面應(yīng)安裝一定寬度的裙邊。柔性罩接地后，裙邊可將沉鐵與地表間的縫隙密封好。

（2）加大擋塵區(qū)域的空間，在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上盡量向左、向右、向前、向后做擴(kuò)大延伸，讓吹出的粉塵在較大的空間里回旋沉降，以緩解集塵器中的吸入量和粉塵從擋塵簾縫隙中的溢出量。

（3）多數(shù)鉆機(jī)均采用二級(jí)干式過(guò)濾，建議生產(chǎn)廠家多加裝一套物理過(guò)濾器，即在集塵器（除塵濾芯）前再增加一套預(yù)濾沉降器。這樣空氣中較大質(zhì)量的顆粒物就會(huì)發(fā)生二次沉降，而除塵濾芯只需針對(duì)空氣中的更為細(xì)小微粒進(jìn)行攔截，從而可以大大延長(zhǎng)其使用壽命，節(jié)約維修成本。（由于每種鉆機(jī)的空間尺寸不一樣，此建議僅供參考）。

（4）加大風(fēng)扇吸力一定會(huì)彌補(bǔ)除塵系統(tǒng)其它方面存在的不足，但是帶來(lái)的后續(xù)問(wèn)題也有很多。例如：增大風(fēng)扇吸力意味著其體積就得加大，馬達(dá)功率也得加大。對(duì)應(yīng)的其它問(wèn)題如液壓泵的排量、除塵濾芯的納垢容量及過(guò)濾能力、安裝空間等是否能滿足改進(jìn)要求。綜上所述要想進(jìn)行此方面的技術(shù)改造，必須要設(shè)計(jì)制造廠家對(duì)除塵系統(tǒng)的主要參數(shù)進(jìn)行重新校核計(jì)算（負(fù)壓、功率、效率、阻力等），并對(duì)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。

（5）鉆桿隔塵罩由于各種形式的磨損以及受鉆進(jìn)時(shí)的垂直度影響，經(jīng)常使密封元件磨損不均勻而縮短壽命。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的維修經(jīng)驗(yàn)，牛筋材質(zhì)隔塵罩的使用壽命相對(duì)普通橡膠材質(zhì)要用的更久一些，所以建議優(yōu)先選用優(yōu)質(zhì)的牛筋隔塵罩。如下圖所示。

圖4 牛筋隔塵罩

（6）建議將除塵濾芯替換為除塵布袋。依據(jù)國(guó)內(nèi)其它礦山的使用效果，布袋過(guò)濾器在過(guò)濾精度、過(guò)濾能力、清洗維護(hù)等方面的性能更加優(yōu)越。同時(shí)還可以通過(guò)增多布袋的數(shù)量、改進(jìn)流通管道的方法以擴(kuò)大納垢容量和減少進(jìn)氣阻力。為了滿足生產(chǎn)需求，采購(gòu)優(yōu)質(zhì)的除塵布袋至關(guān)重要。布袋應(yīng)符合以下的要求：①具有良好的透氣性，納垢容量必需足夠大；②具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，不致因壓力的作用而破壞；③抗高溫、抗腐蝕性要強(qiáng)；④必須易于清灰，以延長(zhǎng)其使用壽命；⑤盡量選用可以反復(fù)清洗的布袋，以節(jié)約維修成本的投入。

6 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)大量實(shí)踐證明，干式除塵的預(yù)防性維修與發(fā)生概率幾乎成反比，只要把平常的日檢及保養(yǎng)維護(hù)做精做細(xì)，實(shí)時(shí)處理所發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，除塵系統(tǒng)每個(gè)部件的均可達(dá)到正常的使用壽命。本人在‘除塵系統(tǒng)改造方案’編寫過(guò)程中參考了大量的文獻(xiàn)資料，仍需不斷實(shí)踐才能在干式除塵系統(tǒng)中大規(guī)模推廣使用。