石 洋 高志廣 項(xiàng) 杰

（三一重型裝備有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110027 ）

0 引言

隨著礦藏開采強(qiáng)度和機(jī)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(shí)也產(chǎn)生了大量的粉塵，在礦山掘進(jìn)機(jī)作業(yè)過(guò)程中，產(chǎn)生的粉塵是整個(gè)開采過(guò)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(jì)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(huì)隨礦井通風(fēng)系統(tǒng)排入大氣中，造成進(jìn)一步污染。

隨著人們對(duì)安全環(huán)保、職業(yè)健康的要求越來(lái)越高，人們?cè)絹?lái)越重視除塵，除塵要求也越來(lái)越嚴(yán)格。因掘進(jìn)機(jī)作業(yè)過(guò)程產(chǎn)生的粉塵是整個(gè)開采過(guò)程中最主要的產(chǎn)塵塵源，所以在掘進(jìn)機(jī)工作過(guò)程中進(jìn)行降塵除塵就尤為重要，尤其是采用除塵設(shè)備對(duì)掘進(jìn)機(jī)工作過(guò)程中產(chǎn)生的粉塵進(jìn)行治理越來(lái)越得到客戶的重視和認(rèn)可。當(dāng)前我國(guó)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(diǎn)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(fēng)機(jī)、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(fēng)機(jī)工作時(shí)，軸流風(fēng)機(jī)將含塵氣體經(jīng)風(fēng)筒由進(jìn)風(fēng)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(guò)程中失去動(dòng)能，落到除塵器底部的輸灰裝置中。而在布朗擴(kuò)散和篩濾等組合效應(yīng)下，細(xì)粒粉塵進(jìn)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(jìn)入凈氣室內(nèi)，經(jīng)出風(fēng)口由風(fēng)機(jī)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(guò)程中過(guò)濾工作已經(jīng)停止，不會(huì)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(guò)程中容易出現(xiàn)用氣量的不足的問(wèn)題，清理過(guò)程存在的一些缺點(diǎn)難以有效彌補(bǔ)；為保證清灰過(guò)程中有足夠的風(fēng)量，通常采用在線清灰作業(yè)方式。因此需要在掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)工作過(guò)程中連續(xù)清灰，大大減少了工作人員的工作量。同時(shí)需要確保開采過(guò)程中的安全性，使用氣動(dòng)方式進(jìn)行清灰作業(yè)，使用壓縮空氣作為清灰作業(yè)的動(dòng)力源。隨著濾筒表面粉塵厚度的增加，其阻力相應(yīng)增大，當(dāng)阻力達(dá)到某一規(guī)定值時(shí)需要進(jìn)行清灰。清灰時(shí)，軸流風(fēng)機(jī)停機(jī)，打開脈沖清灰閥，壓縮空氣從儲(chǔ)氣罐內(nèi)經(jīng)噴嘴倒吸入濾筒內(nèi)部，濾筒在短時(shí)間內(nèi)迅速膨脹、振動(dòng)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(jī)構(gòu)，將粉塵運(yùn)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(dòng)清灰系統(tǒng)主要由儲(chǔ)氣罐、脈沖閥、脈沖控制儀、過(guò)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(shí)，壓縮空氣通過(guò)減壓裝置被收集起來(lái)，然后經(jīng)過(guò)過(guò)濾裝置后進(jìn)入除塵器的儲(chǔ)氣罐，同時(shí)脈沖控制儀器在不產(chǎn)生信號(hào)時(shí)就會(huì)關(guān)閉脈沖閥；脈沖控制儀器在輸出一定的信號(hào)到控制閥后就會(huì)操作控制閥，實(shí)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(shí)按照一定的順序開啟脈沖閥，壓縮空氣就會(huì)經(jīng)過(guò)脈沖閥與吹管噴出。此時(shí)，在誘導(dǎo)器的作用下，高速噴出的氣體吹入濾袋，進(jìn)而在濾袋內(nèi)產(chǎn)生瞬間的正壓效果，完成自動(dòng)清灰的連續(xù)操作。

在刮板輸送機(jī)上安裝有排灰裝置，可以進(jìn)行連續(xù)的排灰操作，工作時(shí)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)輸送鏈，粉塵降落到運(yùn)輸槽內(nèi)，并被輸送到尾部的輸送機(jī)，通過(guò)尾部的輸送桿以及集塵袋被收集。當(dāng)集塵袋中的粉塵累積到一定程度后更換新的集塵袋，對(duì)粉塵進(jìn)行集中處理。如此，可定點(diǎn)收集粉塵且不會(huì)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(chǎng)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 某煤礦干式除塵系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

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

1.4 特點(diǎn)

適用于各粉塵濃度的綜掘巖巷，除塵率可達(dá)96%以上，而且不僅能夠?qū)Γ?μm的粉塵顆粒進(jìn)行高效處理，同時(shí)對(duì)＜5μm的粉塵進(jìn)行有效處理，降低塵肺對(duì)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(fēng)量不足，相對(duì)效率較低，該部分的粉塵不能及時(shí)被收集會(huì)產(chǎn)生擴(kuò)散問(wèn)題。但在除塵器負(fù)壓作用下，擴(kuò)散到巷道內(nèi)部的粉塵會(huì)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(hù)難度較高，對(duì)水比較敏感，進(jìn)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(fēng)箱、除塵器外殼、噴嘴、除塵墊層、泥水分離器、風(fēng)機(jī)、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(fēng)機(jī)的工作原理，風(fēng)機(jī)動(dòng)力將迎頭含塵空氣壓入除塵器，在來(lái)流方向上設(shè)置的水噴霧器向振弦過(guò)濾板上噴霧，通過(guò)過(guò)濾板的粉塵在噴霧的作用下濕潤(rùn)增重或凝固滯留。在含塵氣體氣流的沖擊下，振弦過(guò)濾板的纖維產(chǎn)生振動(dòng)。水霧霧粒與含塵氣體中粉塵融合的能力得到提升，加強(qiáng)了對(duì)微細(xì)粉塵的捕獲能力。振弦過(guò)濾板的含塵氣體在噴霧器不斷噴霧的作用下變成濕潤(rùn)的含塵液氣流。氣流沿外壁由上向下旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(dá)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(jìn)入循環(huán)過(guò)濾水箱重新經(jīng)噴霧站循環(huán)利用或通過(guò)脫水環(huán)下排污斗流出機(jī)外。除塵風(fēng)機(jī)出風(fēng)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(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 某煤礦濕式除塵系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

由某煤礦應(yīng)用的濕式除塵系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)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(diǎn)

適用于粉塵濃度不太高的綜掘巖巷，除塵效率可達(dá)到99%以上，但對(duì)＜5μm粉塵處理能力相對(duì)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(guò)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(jìn)機(jī)配套方式

干式與濕式除塵設(shè)備在巷道中通風(fēng)方式上基本相同，都是采用長(zhǎng)壓短抽的混合通風(fēng)方式，即對(duì)掘進(jìn)機(jī)工作面進(jìn)行長(zhǎng)距離供風(fēng)，除塵設(shè)備在掘進(jìn)工作面短距離抽風(fēng)進(jìn)行除塵，如圖4所示。

圖4 除塵裝置與掘進(jìn)機(jī)配套圖

除塵設(shè)備與掘進(jìn)機(jī)在巷道中配套方式大致分為三種，可結(jié)合實(shí)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(dòng)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(diǎn)在于適應(yīng)性強(qiáng)、可充分利用巷道空間、降低人工勞動(dòng)強(qiáng)度，移動(dòng)除塵設(shè)備便捷，可在工程掘進(jìn)過(guò)程中根據(jù)掘進(jìn)面的掘進(jìn)需要隨時(shí)移動(dòng)，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(hù)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(jìn)機(jī)后方，巷道一側(cè)，由轉(zhuǎn)載機(jī)進(jìn)行定期移動(dòng)，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(jìn)機(jī)后方巷道的一側(cè)，除塵風(fēng)筒通過(guò)導(dǎo)軌固定在巷道一側(cè)墻壁上，布置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低。掘進(jìn)過(guò)程中需要定期使用裝載機(jī)進(jìn)行前移以保證除塵效果，移動(dòng)較困難且存在與其他生產(chǎn)設(shè)備干涉的問(wèn)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(jìn)機(jī)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(dòng)，降低移動(dòng)難度，成本較滑靴式增加，其他與滑靴式相同。

4 結(jié)語(yǔ)

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(jì)簡(jiǎn)單，初期投資較低。在處理粉塵時(shí)，能將吸塵器中的其他有害成分吸收并且達(dá)到降溫的目的；另外，能夠處理相對(duì)濕度高、有腐蝕性的氣體。其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)單一、體積大、相對(duì)效率低，濕式除塵設(shè)備只能進(jìn)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(dú)特的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，可根據(jù)掘進(jìn)巷道的具體情況選擇合適的除塵設(shè)備及與掘進(jìn)機(jī)配套方式。