呂秀梅，姜 鵬，宋海濤，3

（1.遼寧瀚石機械制造有限公司，遼寧 阜新 123000；2.阜新市產業(yè)技術研究院，遼寧 阜新 123000；3.阜新市生態(tài)環(huán)境建設投資(集團)有限公司 阜新 123000）

鉆機在露天開采作業(yè)中承擔著鉆探和穿爆的生產任務。但是，無論是旋轉切削鉆機還是潛孔鉆機，鉆機在鉆孔作業(yè)時會產生大量的揚塵，鉆機除塵效果的好壞直接影響著鉆孔的工作效率。粉塵的污染，除了污染大氣，還會對操作者造成一定的身體危害，對設備的運行也會產生一定的影響。為此，設計了一種潛孔鉆機除塵系統(tǒng)，介紹了除塵系統(tǒng)的工作原理、除塵系統(tǒng)的組成，并在潛孔鉆機上進行試驗，驗證了除塵系統(tǒng)的可靠性與實用性[1-3]。

1 除塵系統(tǒng)的工作原理

鉆機在打孔作業(yè)時，鉆進過程中產生的粉塵會在排塵風壓的作用下，從孔底反吹到孔口，如果此時，不對灰塵進行處理，灰塵便會排放到大氣中，污染環(huán)境。所以在鉆機工作時，首先下放捕塵罩，捕塵罩將孔口密封住，同時，啟動除塵風機，在除塵風機的作用下，捕塵罩內會產生負壓，粉塵在排塵風機的作用下，粉塵會進入到風管中，經過風管后進入旋風除塵器，此時灰塵會沿旋風除塵器內壁做旋流運動[4]，從而在離心力和重力的作用下，使大顆粒的巖石從旋風除塵器中脫落，細小灰塵通過吸塵膠管進入除塵箱中，在濾芯的過濾作用下，使干凈的空氣排出到大氣中，灰塵通過除塵箱的灰斗排放到鉆孔工作面上。當有過多的塵土附著在濾芯上時，對濾芯實行反吹，從而保證下次過濾的可靠性[5]。除塵系統(tǒng)工作原理圖如圖1。

圖1 除塵系統(tǒng)工作原理圖

2 除塵系統(tǒng)的組成

2.1 捕塵罩

1）捕塵罩。捕塵罩和旋風除塵器及除塵箱在除塵系統(tǒng)中，捕塵罩主要起到對灰塵進行固定的作用。在鉆機進行鉆孔工作時，捕塵罩在液壓油缸的作用下，會向下移動，與打孔工作面緊密接觸，保證粉塵不會被泄露，為了密封效果好，除塵器常采用橡膠材質，橡膠材質具有很好的柔韌性[6-8]，可以適應鉆孔過程中高低不平的工作面。

2）旋風除塵器。旋風除塵器主要起到過濾大顆粒雜質，實現第一級過濾，從而達到保護濾芯的目的。在除塵風機的作用下，灰塵會通過吸塵膠管進入到旋風除塵器，此時，灰塵會在旋風除塵器中不斷旋轉，此時變會產生一種離心力，在這種力的作用下，一般較大的顆粒巖渣便在離心力的作用下移向外壁，到達外壁的塵粒在氣流和重力共同作用下沿旋風除塵器的壁面落入灰斗。上渦旋一氣流從除塵器頂部向下高速旋轉時，一部分氣流帶著細小的塵粒沿筒壁旋轉向上，到達頂部后，再沿排出管外壁旋轉向下，最后從排氣管排出[9]。因較小的灰塵凈化效果不明顯，所以旋風除塵器只能初步過濾較大顆粒的雜質。

3）除塵箱。除塵箱主要起到過濾細小顆粒雜質的目的，實現二級過濾，減小細小顆粒的污染。在除塵風機和旋風除塵器的共同作用下，只有細小的灰塵會進入到除塵箱。較大的顆粒已經通過旋風除塵器的作用排放到了工作面上，不會進入除塵箱，保證不會有較大顆粒進入濾芯，造成濾芯的損壞。在除塵箱的內部，裝有多個過濾精度為0.5～5 μm 的濾芯，可以對灰塵進行精細的過濾，從而使灰塵存留在濾芯表面，保證排放到大氣中的空氣的清潔度，從而減小污染。

2.2 清灰裝置

除塵箱上還必須設有清灰裝置，當濾筒在過濾時，大量灰塵會吸附在濾筒上，如果不及時的進行反吹，除了會影響下一次的過濾效果，當濾芯堵塞嚴重時，濾芯在吸力的作用下，還會發(fā)生變形，影響濾芯的使用壽命。所以，必須在除塵系統(tǒng)中設置反吹裝置。一般，用安裝在除塵箱上的壓差計的讀數，表示清灰效果的好壞。當阻力超過規(guī)定數值時，表明濾芯上積累了過多的灰塵，此時應對清灰裝置進行檢修。除塵箱結構圖如圖2。

圖2 除塵箱結構圖

反吹裝置中的風源主要來源于鉆機的儲氣罐，為了良好的排渣效果，所以鉆機儲氣罐的壓力較大，一般能達到1.2～1.8 MPa，而除塵箱的濾芯為紙質線隙式，此種濾芯不成承受過大的壓力，所以常在該支路安裝氣動減壓閥，從而控制進入除塵箱的氣力壓力。由于壓縮機的壓縮作用，從儲氣罐進入除塵箱的氣體，會有少量的水分存在，為了延長濾芯的使用壽命，在減壓閥上還裝有過濾器，保證進入除塵箱的氣體的清潔和干燥。

為了控制除塵器清灰噴吹系統(tǒng)壓縮空氣的周期供給，在儲氣罐進入除塵箱的氣路上裝有脈沖閥，利用脈沖閥的控制儀器的輸出信號，控制脈沖閥的開斷，從而控制反吹空氣的供給，一般脈沖閥的噴吹時間為0.1～0.2 s，多個脈沖閥依次動作，從而對濾芯逐個反吹[10]。噴吹周期一般設置為60 s，從而保證下次過濾的可靠性。

2.3 除塵風機與除塵馬達

除塵系統(tǒng)的動力來源主要是除塵風機的轉動，通過風機的高速運轉，從而產生吸力，將鉆機打孔產生的灰塵吸入除塵裝置。

除塵風機的動力來源常選用電機，但是電機轉速較低，而且電機體積較大，安裝非常不方便，所以，現在很多除塵系統(tǒng)的風機動力來源常采用液壓馬達。除塵系統(tǒng)液壓原理圖如圖3。

圖3 除塵系統(tǒng)液壓原理圖

與電機相比，液壓馬達能夠提供更大的扭矩，而且液壓馬達體積小，便于安裝。與傳統(tǒng)的電機驅動相比，液壓馬達轉速較高，液壓馬達轉速可達到4 000 r/min 以上，最高轉速可以達到6 000 r/min，從而提供更大的吸力，使除塵效果更好。為了滿足不同工況時不同轉速的需求[11]，可以在液壓回路上安裝節(jié)流閥，可以無級調整馬達轉速，從而滿足各種工況的要求。但是，當液壓系統(tǒng)停止工作時，此時，在慣性力的作用下，馬達仍然會高速旋轉，此時，馬達的進油腔已經沒有液壓油的補充，便會產生負壓，從而影響液壓馬達的使用壽命，因此，在馬達的進油路與回油路之間安裝單向閥，當進油路由于慣性力產生負壓時，回油路的液壓油會補充到進油路，從而保證液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，直至液壓馬達停止轉動。

3 除塵系統(tǒng)的維護

除塵系統(tǒng)是鉆機在鉆孔作業(yè)過程中不可缺少的重要部分，所以要注意日常的檢查、維護與保養(yǎng)。具體保養(yǎng)與檢查項目如下：

1）鉆機工作之前，需要檢查捕塵罩是否完好無損。如果捕塵罩損壞嚴重，就不能保證捕塵罩內的真空環(huán)境，從而影響除塵效果[12]。

2）檢查吸塵膠管。膠管連接處是否松動，如果吸塵管破損嚴重，會影響捕塵罩內負壓的大小，從而使除塵系統(tǒng)除塵效果不好，影響除塵系統(tǒng)的可靠性。吸塵膠管的吸塵口是否有大顆粒和雜物堵塞，一旦有大顆粒堵塞會影響除塵效果[13]。吸塵軟管是否存在扭曲、變形等情況，吸塵管變形，會導致捕塵罩內不能產生負壓。

3）除塵設備在運行時，需要經常觀察除塵效果。應當看不見有灰塵從風機外殼的排氣口排出；若有灰塵排出，應當立即更換濾芯和過濾密封圈，防止對風機葉片造成損傷[14]。

4）運行時，經常觀察反吹功能是否正常，如果反吹不正常時，需要及時檢查脈沖閥，保證反吹的正常進行。定期檢查濾芯是否清潔并是否有破損，濾芯損壞，會嚴重影響二級除塵效果。

4 結語

針對露天礦潛孔鉆機的粉塵污染現狀，研制并生產了1 種旋風－脈沖濾袋二級除塵系統(tǒng)，并將此套除塵系統(tǒng)搭載在LWD115 系列鉆機產品上，經過多次試驗與現場長時間使用，表明了該套除塵系統(tǒng)的可靠性。

1）與傳統(tǒng)的一級除塵系統(tǒng)相比，該套除塵系統(tǒng)二級除塵系統(tǒng)的除塵效率遠高于一級除塵系統(tǒng)，通過現場實測，采取二級除塵系統(tǒng)后，全塵和呼吸性粉塵的脫除率分別達到99.8 %和93.8 %，現場實測除塵效果遠高于國家標準。

2）與傳統(tǒng)的電機驅動相比，該除塵系統(tǒng)馬達驅動的除塵風機轉速可以無級調整，更能適應不同的工況。