CN102061917A - 掘进机机载泡沫除尘系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于煤矿井下除尘装备的技术领域，具体涉及一种掘进机机载泡沫除尘系统，解决了现有掘进机除尘措施存在的问题。掘进机机载泡沫除尘系统，包括安装在掘进机的截割头和机尾刮板机上方的若干发泡器，所述的发泡器包括壳体，壳体内部设置有与产生泡沫的液体来源连接的喷嘴，壳体内部、喷嘴出口的前方安装有发泡网。本发明的有益效果：除尘效率比常规的喷雾洒水除尘效率高2～5倍，并且用水量减少70%～80%，适用于绝大多数机掘巷道；体积小、成本低、灵活方便，即便是在断面狭小的地方，也不影响系统的布置，可满足绝大多数使用环境。

Description

掘进机机载泡沫除尘系统

技术领域

本发明属于煤矿井下除尘装备的技术领域，具体涉及一种掘进机机载泡沫除尘系统。

背景技术

众所周知，掘进机在掘进过程中会产生大量粉尘，对工人身体健康、煤矿生产安全甚至煤矿周围生态环境都有很大的危害。据测定,在巷道掘进时产生的粉尘中，呼吸性粉尘所占比例很大，工人在此环境下长期工作必将吸入大量粉尘,导致尘肺病等呼吸性职业病，这种情况在半煤岩及岩巷掘进中尤为严重。目前我国矿山主要采用的除尘措施有喷雾洒水、通风除尘和除尘设备除尘等。这些防尘措施的优缺点对比详见表1（附图8）。

发明内容

本发明为了解决现有掘进机除尘措施存在的上述问题，提供了一种掘进机机载泡沫除尘系统，其具有设备结构简单、体积小、耗水量少、对呼吸性粉尘除尘效率高等特点，尤其适合于掘进工作除尘应用。

本发明采用如下的技术方案实现：

一种掘进机机载泡沫除尘系统，其包括安装在掘进机的截割头和机尾刮板机上方的若干发泡器，所述的发泡器包括壳体，壳体内部设置有与产生泡沫的液体来源连接的喷嘴，具体来说，喷嘴连接三通形式的文丘里管的射出端，文丘里管的射入端通过过滤器和节流阀连接高水源，文丘里管的下部吸入端连接泡沫剂桶；壳体内部、喷嘴出口的前方安装有发泡网，发泡网为W型附膜不锈钢网，也可为双层尼龙抛物面或球面状发泡网。

发泡器壳体内部还可以设置有与巷道中风管连接的接口，接口的出口方向与喷嘴的出口方向一致。接口通过连接管道与巷道中风管连接，连接管道上安装有节流阀。

泡沫之所以能捕集到粉尘，主要是靠截留、惯性碰撞、扩散、黏附、重力沉降等多种机理综合作用的结果。对于大颗粒粉尘在低速条件下，截留和重力起主要作用，而对于微细粉尘，扩散、静电力等因素起主要作用。当粉尘接触到泡沫之后，吸附液膜中的水分，使泡沫液膜变得越来越薄，直至破裂。而粉尘在液膜液桥力的作用下，由小颗粒聚集成大颗粒，最终随破裂的泡沫液滴一起沉降下来，实现降尘作用。

本发明通过泡沫发生器产生大量高倍数泡沫状的液滴，并将其喷洒到尘源上或空气中去。当泡沫液喷洒到岩石或料堆上时，造成无空隙的泡沫体覆盖和遮断尘源，使粉尘得以湿润和抑制；当泡沫液喷射到含尘空气中时，则形成大量的泡沫粒子群，其总体积和总面积很大，从而大大增加雾液与尘粒的接触面和附着力，提高了降尘效果。泡沫对一般粉尘的除尘效率可高达90%以上,对呼吸性粉尘也可达到85%以上，大大高于传统的喷雾除尘。

本发明相对现有技术具有如下有益效果：

1. 本发明的除尘效率比常规的喷雾洒水除尘效率高2~5倍，并且用水量减少70%～80%，适用于绝大多数机掘巷道。

2. 本发明体积小、成本低、灵活方便，即便是在断面狭小的地方，也不影响系统的布置，通过灵活设置本发明的数量即可满足绝大多数使用环境。

附图说明

图1为本发明泡沫除尘系统的原理示意图

图2为发泡器的一种结构示意图

图3为发泡器的另一种结构示意图

图4、图5、图6为泡沫位置与除尘能力关系实验示意图

图7为机载泡沫除尘系统与附壁风筒布置示意图

图8为表1现有掘进机防尘措施的优缺点对比

图中：1-节流阀，2-过滤器，3-压力表，4-文丘里管，5-泡沫剂桶，6-发泡器，7-喷嘴，8-接口，9-发泡网，10-玻璃箱，11-泡沫，12-进风口，13-粉尘，14-附壁风筒。

具体实施方式

结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。

1．除尘系统工作原理

本文所研究的掘进机机载泡沫除尘系统采用文丘里管引射式发泡原理。其系统原理如图1所示。

在此系统中，高压水经过节流阀和过滤器，进入文丘里管中，通过产生的文丘里效应将泡沫剂储存桶中的泡沫剂按一定比例（按体积比为0 .5～2%）吸出并与高压水相混合，然后进入发泡器产出泡沫并喷出。

2．发泡器

发泡器是系统的重要元件，即是泡沫的产生装置，也是泡沫的喷射装置。由于掘进机工作的巷道条件差别较大，因此根据不同的条件，本发明设计了2种发泡器。

其中一种发泡器，其结构如图2所示，通过喷嘴喷出的水射流的方法引入空气并产生泡沫。这种发泡器比较适合于巷道断面小且迎头风速较小的环境。另一种发泡器，其结构如图2所示，其内设置喷嘴接高压水与泡沫剂的混合液，另外设置接口接巷道中的风管，风管出风将发泡网上混合液变成泡沫并吹出，这种发泡器起泡效果好，比较适合巷道断面大，迎头风速较高的环境，缺点是有一定的噪音污染，并且需要节流阀来调节风管的压力，使之达到最佳的发泡风速。

发泡器中的发泡网是影响泡沫液成泡的重要因素，现有的研究表明：发泡网的网层数、网孔的大小和网材质等都影响着发泡质量。通过多种网材在相同的条件下进行发泡性能对比试验，确定2两种发泡网——W型附膜不锈钢网和双层尼龙抛物面或球面状发泡网。试验表明这2种发泡网发出的泡沫质量好，发泡量大。泡沫剂选用现有技术已经公开的泡沫剂即可。

3．发泡器在掘进机上的布置

泡沫除尘机理作用的发挥受泡沫与岩尘相对位置关系的影响，因此必须研究泡沫与岩尘的相对位置关系对泡沫捕尘量的影响，以取得最佳除尘效果。采用试验的方法对此进行研究。实验方法如图3所示。

在此试验中分别让直径基本相同泡沫从玻璃箱上面、侧面和下面进入来捕捉粉尘，用风管将粉尘吹起表示悬浮在空气中的浮尘，分别如图4、图5和图6所示。通过实验发现：在泡沫除尘的过程中，泡沫的稳定时间和除尘效率均存在以下关系：图4>图5>图6。出现这样结果是因为：粉尘被泡沫吸附后就会吸收它周围的液体，导致泡沫上的液体向其流来，使泡沫其它部位变得更薄。而泡沫上表面因为重力作用本来就是最薄的，所以在此位置捕捉到粉尘时，泡沫必然最易破裂。所以泡沫在粉尘上方时，除尘效果最佳。

机掘巷道中的粉尘主要是由于掘进机截割煤或岩石产生的，其次是由于物料在转运过程中扬起的粉尘。根据以往的测定，掘进机割煤时,粉尘浓度高达1000 ~ 3000mg/m³，当掘进机截割下来的物料从掘进机刮板机转运到桥上皮带机或矿车时，产生的粉尘浓度也高达300~500mg/m³。因此根据以上实验结果，掘进机机载泡沫除尘系统的发泡器布置在截割头和机尾刮板机的上方。为了减小泡沫受巷道通风风向的影响，可在掘进工作面压风风筒上安装附壁风筒，掘进机掘进时，将附壁风筒风门关闭形成螺旋风墙，避免掘进断面的迎头风对泡沫除尘效果的影响，并抑制粉尘向掘进机后部扩散，提高除尘效果。掘进机不掘进作业时，将风门打开，巷道正常通风。其布置如图7所示。

4．效果试验

申请人对安装有本发明的掘进机进行了假岩壁截割除尘效率实验，实验结果表明，在封闭环境中，此泡沫除尘系统的除尘效率可达90%以上，比常规的喷雾洒水除尘效率高2~5倍，特别是对呼吸性粉尘的降尘效果尤为明显。同时系统用水量也减少70%～80%。

 5.结论

（1）本发明所述的掘进机机载泡沫除尘系统采用文丘里引射式发泡原理，系统体积小、灵活方便，在进水压力达到要求的情况下，不需要专门的外加动力，即便是在断面狭小的地方，也不影响系统的布置，通过灵活设置若干泡沫喷头即可满足绝大多数使用环境。

（2）实验表明此套掘进机机载泡沫除尘系统的发泡器采用W型附膜不锈钢发泡网和双层尼龙抛物面或球面状发泡网时，产生的泡沫质量好，发泡倍数高。

（3）泡沫与粉尘的相对位置关系影响泡沫除尘效果，当泡沫在粉尘上方时，除尘效果最佳。

（4）本发明所述的掘进机机载泡沫除尘系统除尘效率比常规的喷雾洒水除尘效率高2~5倍，并且用水量减少70%～80%，适用于绝大多数机掘巷道。

Claims (6)

1.一种掘进机机载泡沫除尘系统，其特征在于其包括安装在掘进机的截割头和机尾刮板机上方的若干发泡器（6），所述的发泡器包括壳体，壳体内部设置有与产生泡沫的液体来源连接的喷嘴（7），壳体内部、喷嘴出口的前方安装有发泡网（9）。

2.根据权利要求1所述的掘进机机载泡沫除尘系统，其特征在于所述的发泡器壳体内部还设置有与巷道中风管连接的接口（8），接口（8）的出口方向与喷嘴（7）的出口方向一致。

3.根据权利要求2所述的掘进机机载泡沫除尘系统，其特征在于所述的接口（8）通过连接管道与巷道中风管连接，连接管道上安装有节流阀。

4.根据权利要求1或2或3所述的掘进机机载泡沫除尘系统，其特征在于所述的喷嘴（7）连接三通形式的文丘里管（4）的射出端，文丘里管（4）的射入端通过过滤器（2）和节流阀（1）连接高压水源，文丘里管（4）的下部吸入端连接泡沫剂桶（5）。

5.根据权利要求4所述的掘进机机载泡沫除尘系统，其特征在的发泡网（9）为W型附膜不锈钢网。

6.根据权利要求4所述的掘进机机载泡沫除尘系统，其特征在的发泡网（9）为双层尼龙抛物面或球面状发泡网。

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