項(xiàng) 杰 石 洋

（三一重型裝備有限公司，遼寧 沈陽 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)，通過手動(dòng)啟動(dòng)清灰按鈕來打開脈沖閥，通過氣路系統(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，通過過濾元件對(duì)含有粉塵的空氣進(jìn)行過濾，最終粉塵顆粒被阻擋在過濾元件外，潔凈的空氣則通過過濾元件從抽出式風(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)口距離過大時(shí)，經(jīng)過除塵器吸風(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，給礦井帶來重大安全隱患。通過除塵流場(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多萬元，銷售24 臺(tái)主機(jī)，實(shí)現(xiàn)銷售收入13000多萬元。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)正陽礦等其他在用客戶也已經(jīng)累計(jì)運(yùn)行超過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

干式除塵器既能解決濕式除塵器除塵效果不佳的問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、無污染的特點(diǎn)，將為整個(gè)行業(yè)帶來巨大的經(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。