CN104196534A - 一种用于综掘工作面的三维多向旋流风幕降尘装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于综掘工作面的三维多向旋流风幕降尘装置及方法，其包括综掘机，该综掘机上部设置有延伸至综掘工作面之掘进迎头上方的压入式风筒，压入式风筒前端设置有一多向旋流风幕发生装置，多向旋流风幕发生装置包括与压入式风筒相适配的筒体，筒体上部设置有轴径比调节板，筒体下部设置有多个内置导流网，相邻内置导流网之间形成多个径向出风间隙；筒体底部设置有出风口，综掘机底部设置有湿式除尘风机，该湿式除尘风机设置有一抽出式风筒，抽出式风筒延伸至综掘工作面之掘进迎头下方。多向径向气流碰撞巷道壁面，在附壁效应的作用下，沿巷道壁面以一定的旋转速度吹向整个巷道断面，形成能够覆盖整个巷道断面的多向旋流风幕。

Description

一种用于综掘工作面的三维多向旋流风幕降尘装置及方法

技术领域

本发明涉及煤矿综掘工作面粉尘防治领域，尤其涉及一种用于综掘工作面的三维多向旋流风幕降尘装置及方法。

背景技术

随着我国煤矿生产现代化程度的提高，巷道综合机械化掘进技术也在迅猛发展。然而，工作面掘进速度不断提高的同时，作业现场粉尘浓度也大幅增大。工作面高浓度粉尘不仅易导致煤尘爆炸，还会引起尘肺病危害作业人员身体健康，严重制约着煤矿的安全高效生产。因此，改善我国煤矿综掘工作面粉尘控除方法、提高粉尘防治技术水平已迫在眉睫。

目前，通风除尘是矿井粉尘防治的主要手段，国内外应用最广泛的综掘工作面通风除尘方式为长压短抽式。为了防止压风筒吹出的轴向高速风流与掘进迎头壁面碰撞后形成的紊乱含尘风流向外弥散，国内外学者陆续发展了平面风幕、单向旋流风幕理论及技术。为了进一步提高阻隔粉尘弥散的效果，近年来，国内外针对可形成单向旋流风幕的附壁风筒进行了研究。单向旋流风幕由附壁风筒单一方向的径向出风口条隙射流形成，为了形成较好的旋流风幕，需要较长的径向出风条隙，致使附壁风筒长达5-10m，给这些设备的安装、搬运带来了困难，影响了该技术的推广应用。除此之外，综掘工作面现场掘进及运输设备多，体积大，附壁风筒形成的单向旋流风幕风流场易受设备扰动，阻碍了对巷道全断面的径向覆盖，为粉尘的向外弥散留下了空隙。

综上所述，现阶段国内外已对综掘工作面旋流风幕阻隔粉尘弥散的理论及技术进行了相关的研究，取得了较多的研究成果，但是仍然存在旋流风幕发生装置体积大移动不便、单向旋流风幕较难覆盖全断面等问题。因此，设计出更为完善合理的综掘工作面三维多向旋流风幕控除尘方法及装置显得更为迫切，对于高效控除综掘工作面高浓度粉尘，保障作业人员身体健康及矿井安全高效生产具有重要的现实意义和实用价值。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于综掘工作面的三维多向旋流风幕降尘装置及方法。

本发明技术方案包括：

一种用于综掘工作面的三维多向旋流风幕降尘装置，其包括综掘机，该综掘机上部设置有延伸至综掘工作面之掘进迎头上方的压入式风筒，其中，压入式风筒前端设置有一多向旋流风幕发生装置，多向旋流风幕发生装置包括与压入式风筒相适配的筒体，筒体上部设置有一用于调整压入式风筒风向的轴径比调节板，筒体下部设置有均匀布置的多个内置导流网，相邻内置导流网之间形成多个径向出风间隙；筒体底部设置有出风口，多个径向出风间隙均与出风口相连通；综掘机底部设置有湿式除尘风机，该湿式除尘风机设置有一抽出式风筒，抽出式风筒延伸至综掘工作面之掘进迎头下方；压入式风筒吹入的气流经轴径比调节板分流，一部自压入式风筒前端吹出，另一部经多个径向出风间隙自出风口吹出形成多向旋流风幕；同步的，抽出式风筒吸入掘进迎头下方气流形成一负压区，使自压入式风筒前端吹出的气流与自出风口吹出的气流均向负压区汇集，形成指向掘进迎头的风流屏障。

所述的三维多向旋流风幕降尘装置，其中，上述轴径比调节板为圆形板，该圆形板与筒体内径相适配，该圆形板铰接在筒体内壁上，该圆形板的铰接点位于同一直径上。

所述的三维多向旋流风幕降尘装置，其中，上述出风口面向综掘机方向开设。

所述的三维多向旋流风幕降尘装置，其中，筒体设置有出风口一侧的外周设置有密封板体。

所述的三维多向旋流风幕降尘装置，其中，上述圆形板配置有一用于控制圆形板转动角度的调节开关。

一种使用如所述三维多向旋流风幕降尘装置的降尘方法，其包括以下步骤：

压入式风筒吹入的气流经轴径比调节板分流，一部自压入式风筒前端吹出，另一部经多个径向出风间隙自出风口吹出，在多个内置导流网的缓冲作用下，多向径向气流碰撞巷道壁面，在附壁效应的作用下，沿巷道壁面以一定的旋转速度吹向整个巷道断面，形成上旋、直流和下旋多个方向的、能够覆盖整个巷道断面的多向旋流风幕；同步的，抽出式风筒吸入掘进迎头下方气流形成一负压区，使自压入式风筒前端吹出的气流与自出风口吹出的气流均向负压区汇集，经过较短距离后径向风流便全部转变为指向掘进迎头的轴向风流，将粉尘阻隔在掘进迎头范围内形成指向掘进迎头的风流屏障；同步的，带有高浓度粉尘的风流通过抽出式风筒进入湿式除尘风机内净化。

本发明提供的一种用于综掘工作面的三维多向旋流风幕降尘装置及方法，利用多向旋流风幕发生装置将原压入式风筒中的部分轴向风流转变为多向径向风流，在附壁效应的作用下，多向径向风流沿巷道壁面以一定的旋转速度吹向整个巷道断面，形成多个径向旋流风幕风流场，在综掘工作面掘进迎头附近形成能够覆盖巷道全断面的多向旋流风幕，该多向旋流风幕在距掘进迎头较近的抽风口抽风作用下不断向迎头轴向移动，最终形成三维多向旋流风幕，且在内部旋流风流场的相互作用下，经过较短的距离便将径向风流转变为阻隔粉尘效果更好的速度方向均轴向指向掘进迎头的风流屏障，将高浓度粉尘封闭在工作面迎头范围内，抑制粉尘向掘进迎头后部其他人员作业区域弥散，一方面将掘进迎头高浓度粉尘抽出，另一方面，通过湿式除尘风机完成对进入风机内含尘气流的抽除净化。

附图说明

图1是本发明中三维多向旋流风幕降尘装置的结构示意图；

图2是本发明中多向旋流风幕发生装置的结构示意图；

图3是本发明中轴径比调节板分流的布置结构示意图；

图4是本发明中演示降尘过程中的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种用于综掘工作面的三维多向旋流风幕降尘装置及方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供了一种用于综掘工作面的三维多向旋流风幕降尘装置，如图1、图2与图3所示的，其包括综掘机1，该综掘机1上部设置有延伸至综掘工作面之掘进迎头11上方的压入式风筒2，其中，压入式风筒2前端设置有一多向旋流风幕发生装置3，多向旋流风幕发生装置3包括与压入式风筒2相适配的筒体4，筒体4上部设置有一用于调整压入式风筒风向的轴径比调节板5，筒体4下部设置有均匀布置的多个内置导流网6，相邻内置导流网6之间形成多个径向出风间隙7；筒体4底部设置有出风口8，多个径向出风间隙7均与出风口8相连通；综掘机1底部设置有湿式除尘风机9，该湿式除尘风机9设置有一抽出式风筒10，抽出式风筒10延伸至综掘工作面之掘进迎头11下方；压入式风筒2吹入的气流经轴径比调节板6分流，一部自压入式风筒2前端吹出，另一部经多个径向出风间隙7自出风口8吹出形成多向旋流风幕；同步的，抽出式风筒10吸入掘进迎头11下方气流形成一负压区，使自压入式风筒2前端吹出的气流与自出风口8吹出的气流均向负压区汇集，形成指向掘进迎头11的风流屏障。

使用时，首先打开多向旋流风幕发生装置3，根据巷道断面面积、长压短抽通风系统的压风量调节发生装置轴径比调节板，使其达到最佳轴径比。掘进过程中，压入式风筒2通过压入式局部通风风机产生的风流，一部分沿压入式风筒轴向流动至掘进迎头11，将掘进迎头11粉尘吹向抽出式风筒10的抽风口，另一部分则在轴径比调节板5的作用下转变为径向风流，由多向旋流风幕发生装置3的多向径向出风间隙7高速吹出，经内置导流网6的缓冲作用后，不同方向的射流碰撞巷道壁面，在附壁效应的作用下会迅速发生涡旋并贴附于巷道壁面流动，从而形成由多个径向旋流风幕风流场构成的覆盖巷道全断面的多向旋流风幕，彻底隔离粉尘。使轴向风流携带迎头高浓度粉尘，在湿式除尘风机9的作用下，沿抽出式风筒10进入湿式除尘风机9内部，经喷雾降尘，进一步净化含尘风流，从而避免了污染巷道其他人员作业区域环境。

更进一步的，上述轴径比调节板5为圆形板，该圆形板与筒体4内径相适配，该圆形板铰接在筒体4内壁上，该圆形板的铰接点位于同一直径上，也就是说，可以通过圆形板的转动可以调整，圆形板外沿与筒体4之间的间隙大小，进而调整自压入式风筒2前端吹出的气流与自出风口8吹出的气流之间的比例。并且上述出风口8面向综掘机1方向开设，具体的来说，是使自出风口8出吹的风流方向与综掘机1的轴向相垂直，当然，风流的具体形态可以是上旋、直流和下旋等形态，但是由于抽出式风筒10吸入掘进迎头11下方气流形成一负压区，使自出风口8出吹的风流经过较短距离就转化为指向掘进迎头11方向的气流，进而形成覆盖巷道全断面的风流屏障。而且筒体4设置有出风口8一侧的外周设置有密封板体12，在压入式风筒2不工作时，通过密封板体12封闭出风口8，避免了非工作时间粉尘通过出风口8进入压入式风筒2。当然上述圆形板还可以配置有一用于控制圆形板转动角度的调节开关13，甚至可以配置传感器、遥控器等设备，可以实时调整轴径比调节板5的角度，方便了工作人员操作。

本发明还提供了一种使用如所述三维多向旋流风幕降尘装置的降尘方法，其包括以下步骤：压入式风筒2吹入的气流经轴径比调节板5分流，一部自压入式风筒2前端吹出，另一部经多个径向出风间隙7自出风口8吹出，在多个内置导流网6的缓冲作用下，多向径向气流碰撞巷道壁面，在附壁效应的作用下，沿巷道壁面以一定的旋转速度吹向整个巷道断面，形成上旋、直流和下旋多个方向的、能够覆盖整个巷道断面的多向旋流风幕；同步的，抽出式风筒10吸入掘进迎头11下方气流形成一负压区，使自压入式风筒2前端吹出的气流与自出风口8吹出的气流均向负压区汇集，经过较短距离后径向风流便全部转变为指向掘进迎头的轴向风流，将粉尘阻隔在掘进迎头范围内形成指向掘进迎头的风流屏障；同步的，带有高浓度粉尘的风流通过抽出式风筒10进入湿式除尘风机9内净化。

更为具体的是：

综掘机1工作前，打开多向旋流风幕发生装置3，根据综掘巷道断面大小及压风量大小，调整调节开关13，使轴径比调节板5旋转至不同的角度，从而控制多向旋流风幕发生装置3的出风量，高速风流在内置导流网6的缓冲作用下能够确保形成多向旋流风幕。综掘机1截割煤体时，压入式局部通风风机产生的新鲜风流沿压入式风筒2流动，其中，一部自压入式风筒2前端吹出，另一部经多个径向出风间隙7自出风口8吹出，在多个内置导流网6的缓冲作用下，多向径向气流碰撞巷道壁面，在附壁效应的作用下，沿巷道壁面以一定的旋转速度吹向整个巷道断面，形成上旋、直流和下旋多个方向的、能够覆盖整个巷道断面的多向旋流风幕。由于内部旋流风流场的相互作用，该风幕在距掘进迎头11较近的抽出式风筒10的抽风作用下，不断向迎头运移，形成三维多向旋流风幕，经过较短距离后径向风流便全部转变为指向迎头方向的轴向风流屏障，将粉尘阻隔在掘进迎头范围内。此时，掘进迎头11的高浓度粉尘在湿式除尘风机9的作用下沿抽出式风筒10被抽入风机内部。高浓度粉尘经湿式除尘风机9的喷雾沉降及离心碰撞进行净化控除，保证了巷道其他人员作业区域环境不受污染。本发明的方法及装置能够有效形成覆盖巷道全断面的三维多向旋流风幕并且装置体积小，不会对现场人员工作造成干扰；控除尘效果好，降尘率能够达到99％以上，有效改善了综掘工作面作业环境，保护人员身体健康，保障矿井安全高效生产。

当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。

Claims (6)

1.一种用于综掘工作面的三维多向旋流风幕降尘装置，其包括综掘机，该综掘机上部设置有延伸至综掘工作面之掘进迎头上方的压入式风筒，其特征在于，压入式风筒前端设置有一多向旋流风幕发生装置，多向旋流风幕发生装置包括与压入式风筒相适配的筒体，筒体上部设置有一用于调整压入式风筒风向的轴径比调节板，筒体下部设置有均匀布置的多个内置导流网，相邻内置导流网之间形成多个径向出风间隙；筒体底部设置有出风口，多个径向出风间隙均与出风口相连通；综掘机底部设置有湿式除尘风机，该湿式除尘风机设置有一抽出式风筒，抽出式风筒延伸至综掘工作面之掘进迎头下方；压入式风筒吹入的气流经轴径比调节板分流，一部自压入式风筒前端吹出，另一部经多个径向出风间隙自出风口吹出形成多向旋流风幕；同步的，抽出式风筒吸入掘进迎头下方气流形成一负压区，使自压入式风筒前端吹出的气流与自出风口吹出的气流均向负压区汇集，形成指向掘进迎头的风流屏障。

2.根据权利要求1所述的三维多向旋流风幕降尘装置，其特征在于，上述轴径比调节板为圆形板，该圆形板与筒体内径相适配，该圆形板铰接在筒体内壁上，该圆形板的铰接点位于同一直径上。

3.根据权利要求1所述的三维多向旋流风幕降尘装置，其特征在于，上述出风口面向综掘机方向开设。

4.根据权利要求1所述的三维多向旋流风幕降尘装置，其特征在于，筒体设置有出风口一侧的外周设置有密封板体。

5.根据权利要求1所述的三维多向旋流风幕降尘装置，其特征在于，上述圆形板配置有一用于控制圆形板转动角度的调节开关。

6.一种使用如权利要求1所述三维多向旋流风幕降尘装置的降尘方法，其包括以下步骤：

压入式风筒吹入的气流经轴径比调节板分流，一部自压入式风筒前端吹出，另一部经多个径向出风间隙自出风口吹出，在多个内置导流网的缓冲作用下，多向径向气流碰撞巷道壁面，在附壁效应的作用下，沿巷道壁面以一定的旋转速度吹向整个巷道断面，形成上旋、直流和下旋多个方向的、能够覆盖整个巷道断面的多向旋流风幕；同步的，抽出式风筒吸入掘进迎头下方气流形成一负压区，使自压入式风筒前端吹出的气流与自出风口吹出的气流均向负压区汇集，经过较短距离后径向风流便全部转变为指向掘进迎头的轴向风流，将粉尘阻隔在掘进迎头范围内形成指向掘进迎头的风流屏障；同步的，带有高浓度粉尘的风流通过抽出式风筒进入湿式除尘风机内净化。