CN104265289A - 一种掘进工作面水幕封尘除尘技术及装备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种掘进工作面水幕封尘除尘技术及装备，利用水幕封尘发射筒将流经磁化管路的防尘用水喷射成由微细颗粒雾滴组成的环形或椭圆形等适合现场尺寸的异形水幕，并将含尘空气控制在水幕范围内，通过气动负压吸尘装置将含尘空气吸入具有多级过滤网和细水雾作用的滤尘筒内，对不同粒度粉尘进行多级处理并从含尘风流中分离出来，经排污口过滤排出，实现掘进工作面高效除尘的目的。整个装备通过磁铁支架方便安装于掘进机上，可快速、有效抑制掘进工作面中的粉尘扩散并将污浊空气净化，除尘效率较高，且结构简单，易于维护，成本低廉，同时滤尘筒材质采用阻燃抗静电工程塑料，负压吸尘装置采用压缩空气动力源，装备安全性能高，非常适合在掘进工作面中推广、应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种掘进工作面水幕封尘除尘技术及装备，属于煤矿安全与防尘技术领域。
背景技术
目前，随着机械化水平的不断提高，煤矿井下粉尘的产生量越来越大，尤其在掘进工作面，掘进机在切割煤体或半煤岩时，由于煤体散落和截齿对煤体的挤压及抛出，将会产生大量粉尘，同时粉尘在工作面压入式风流的影响下，将迅速扩散至工作面迎头，严重污染整个作业场所。研究表明，当掘进机割煤时，掘进端面粉尘质量浓度范围可达1000~4000mg/m3。粉尘作为煤矿五大灾害之一，在我国历史上曾发生多起煤尘爆炸事故，可造成重大人员伤亡及财产损失。同时，空气中大量粉尘的存在不仅污染作业环境，降低生产场所的能见度，加速电气设备的损坏，而且严重危害矿井作业工人的身心健康，轻者可引起呼吸道炎症、慢性中毒和皮肤病，重者可导致难以治愈的尘肺病。因此, 为保证井下作业人员的身体健康，落实安全生产，必须寻求有效解决掘进工作面粉尘污染问题的技术途径。
当前在国内各大中型煤矿中，掘进工作面采取的防尘措施主要以湿式除尘为主，包括煤层注水、巷道水幕净化、装岩洒水、掘进机喷雾洒水等。然而，现有的防尘和管理措施存在很大的局限性，效果并不理想。其中，煤层注水对于吸水性差的煤质降尘效果很差，注入煤层的压力水很难沿着煤层的节理或裂隙向四周扩散并渗入到煤体中的微孔中去，从而达不到预先润湿煤体目的；巷道净化水幕不能从源头上减小粉尘的危害；而装岩洒水以及掘进机喷雾，虽在一定程度上对煤尘能够起到一定的抑制作用，但随着掘进机的前进，巷道空间中仍然布满大量微细粉尘，其总体降尘效果并不理想，很难显著降低掘进过程中的粉尘浓度。
近年来，国内外也研究并开发了与掘进机配套使用的多种除尘技术及设备，如荷电水雾除尘器、干式袋式除尘器、湿式旋流除尘器、自激式水浴水膜除尘器、高压外喷雾除尘系统、长压短抽通风除尘系统等，当前这些技术及设备都具有各自的优势特点，在我国煤矿掘进工作面的降尘应用中也均取得了一定成效。例如，荷电水雾除尘器是先用雾化器将水雾化，使其充满除尘器本体，然后通过电晕放电使水雾荷电，含尘空气进入荷电水雾区，处于水雾粒子的包围之中，尘粒只要接触水雾粒子的球形电场即被吸附并沉降到输送皮带上使物料表面湿润，此方法对微细颗粒具有一定的捕集能力；自激式水浴水膜除尘器充分地利用流体力学原理，结合巧妙的机械结构设计，通过节流引导高速气流冲击液面，可产生具有运动轨迹的水幕，水幕可以把含尘气流中的粉尘颗粒捕获，被捕获的粉尘颗粒由于重力增加而沉降，从而得到降尘目的。当前这些除尘技术主要利用风流、水与粉尘的相互作用去寻求实现降尘的目的，然而并不能在粉尘生成的第一时间抑制煤尘颗粒的扩散运动，并迅速将其与运动较快的通风风流分开，尤其对于不易被捕集且大量存在的呼吸性粉尘（其空气动力学直径均在7.07微米以下）以及粒度更小的微细颗粒粉尘，总体上其降尘效率更低，进而掘进工作面的粉尘浓度仍居高不下,严重威胁作业人员的身体健康。
此外，现有市场上的大部分除尘设备还具有自身结构复杂，体积较大且笨重，不易安装，处理风量有限，一次性投资较大，对于瓦斯涌出量较大的工作面，安全风险较高等缺点。因此，如何在揭示掘进工作面粉尘运动扩散规律的基础上，充分发挥湿式除尘、通风除尘以及物理化学方法除尘等技术优势，特别是结合我国煤矿的具体特点，设计一种除尘效率较高，且结构简单，易于安装维护，成本低廉，安全性能高的除尘设备，就成为本发明要解决的关键问题。
发明内容
防止掘进工作面通风风流中的粉尘扩散，并集中针对呼吸性粉尘以及粒度更小的微细粉尘颗粒进行沉降处理是解决工作面粉尘污染问题的技术关键。鉴于上述现有技术领域中的实际情况，本发明旨在提供一种全新的、通用性强、安全性高、可覆盖整个掘进工作面，并对掘进工作面粉尘进行高效率过滤的设备。
本发明是通过以下技术方案来实现的：本发明所述的一种掘进工作面水幕封尘除尘技术及装备，通过在设有磁化管路的水幕封尘发射筒上安装直射水幕喷头，将磁化后的防尘用水喷射成由微细颗粒雾滴组成的环形或椭圆形等适合现场尺寸的异形水幕，并将掘进机在切割煤岩时由于截齿对煤体挤压或抛出而产生的大量粉尘密封在环形水幕范围内，避免粉尘随工作面风流而发生扩散。同时，利用井下压缩空气作为动力源的负压吸尘装置将密封在环形水幕中的含尘空气吸入滤尘筒，在滤尘筒中设置同时具有细水雾作用的多级过滤网，其中在滤尘筒入口处设有大颗粒煤尘过滤网，首先将大颗粒煤尘过滤掉，然后在滤尘筒内设置两级分别针对呼吸性粉尘和粒度更小的微细粉尘的捕集过滤网，过滤网均由阻燃、抗静电的金属材料和高分子复合材料混合编制而成，每级滤尘网的网孔结构和编织方式均不同，且可方便拆卸更换。在滤尘筒上的喷雾管路上接有负压吸入管路，可将一定比例的表面活性剂溶液吸入滤尘筒内，增加细水雾滴对煤尘捕集能力，从而提高对微细煤尘的除尘效率。滤尘筒内的喷雾用水将不同粒度的粉尘颗粒多级捕集后，会流入固液分离集尘器，固液分离器中有可更换除尘袋和过滤网，可将其过滤排出，处理后的洁净空气将从滤尘筒尾端排出。
整个装备通过磁铁支架方便安装于掘进机上，可有效抑制掘进工作面中的粉尘扩散并将污浊空气净化，尤其针对呼吸性煤尘以及粒度更小的微细煤尘，其除尘效率较高，且结构简单，易于维护，成本低廉，同时滤尘筒材质采用阻燃抗静电工程塑料，负压吸尘装置采用压缩空气动力源，装备安全性能高，非常适合在掘进工作面中推广、应用。
附图说明
图1 为本发明所述装备的结构示意图。
图中：1.环形封尘直射水幕2.工作面含尘风流 3.水幕封尘发射筒4.封尘水幕磁化管路5.进水管路调节阀6.多级滤尘筒7.大颗粒粉尘过滤网8.呼吸性粉尘捕集过滤网9.微细粉尘捕集过滤网10.表面活性剂溶液喷雾管路11.表面活性剂负压吸入管路12.气动负压吸尘装置13.气动吸尘风机进气管路14.进气管路调节阀15.净化风流16.可更换除尘袋17. 固液分离集尘器 18.可更换过滤网19.过滤出水管路及阀门20.高强磁铁吸引可调支架21.支架调节阀
图2 为本发明所述装备的安装示意图。
图中：1.掘进工作面水幕封尘除尘装备2.掘进工作面的掘进设备。
具体实施方式
本发明的中心思想是利用水幕封尘发射筒将流经磁化管路的防尘用水喷射成由微细颗粒雾滴组成的环形或椭圆形异形水幕，在掘进工作面产生粉尘的第一时间将其密封在捕集能力较强的磁化水幕范围内，同时利用气动负压吸尘装置将含尘空气吸入具有多级过滤网和细水雾作用的滤尘筒内，首先将大颗粒粉尘过滤沉降在滤尘筒之外，然后再对呼吸性粉尘以及粒度更小的微细颗粒粉尘进行多级滤尘处理，进而将不同粒径粉尘从通风气流中有效分离，最终实现高效除尘的目的。
下面结合附图1、2对本发明所述除尘装备进一步说明。
掘进工作面水幕封尘的除尘技术及装备，主要包括水幕封尘系统、多级滤尘系统、固液分离系统和固定安装系统。
其中水幕封尘系统包括环形封尘直射水幕1、对工作面含尘气流2具有吸尘集流作用的水幕封尘发射筒3、封尘水幕磁化管路4、进水管路调节阀5。首先根据掘进工作面的现场实际情况，选择适合工作面应用的水幕封尘发射筒3，保证其所直射出的环形封尘水幕1能够完全覆盖巷道中易于产生大量粉尘的区域，并能将工作面含尘气流2密封在水幕中。同时将掘进工作面的防尘用水接入封尘水幕磁化管路4，并调节进水管路调节阀5，使流经磁化管路的防尘用水能够被水幕封尘发射筒3喷射成由微细颗粒雾滴组成的磁化水幕。然后利用煤矿井下压风管路中的压缩空气作为吸尘动力源接入本发明装备的多级滤尘系统。
多级滤尘系统包括多级滤尘筒6、大颗粒粉尘过滤网7、呼吸性粉尘捕集过滤网8、微细粉尘捕集过滤网9、表面活性剂溶液喷雾管路10、表面活性剂负压吸入管路11、气动负压吸尘装置12、气动吸尘风机进气管路13、进气管路调节阀14以及净化风流15。将煤矿井下压缩空气通过气动吸尘风机进气管路13接入气动负压吸尘装置12，并调节进气管路调节阀14，使多级滤尘筒6中的吸风量满足现场降尘需求。同时将表面活性剂溶液喷雾管路10与井下防尘用水管路连接好，保证喷雾管路上接有的负压吸入管路11能将一定比例的表面活性剂溶液和防尘用水混合，并形成对煤尘捕集能力较强的细水雾。然后打开进气管路调节阀14，启动气动负压吸尘装置12，将密封在环形封尘直射水幕1中的含尘气流2吸入多级滤尘筒6中。其中，工作面含尘气流2中的大颗粒煤尘将被大颗粒粉尘过滤网7阻挡在多级滤尘筒6外，其余扩散粉尘将分别通过呼吸性粉尘捕集过滤网8和粒度更小的微细粉尘捕集过滤网9，在添加有表面活性剂的细水雾作用下进行过滤，过滤后的净化风流15再排到巷道中。滤尘筒内的喷雾用水将不同粒度的粉尘颗粒多级捕集后，会流入本发明的固液分离系统。
固液分离系统包括可更换除尘袋16、固液分离集尘器17、可更换过滤网18、过滤出水管路及阀门19。滤尘筒内的底部设有倾斜沟槽，可使除尘喷雾用水流向装有可更换除尘袋16的固液分离集尘器17，在可更换除尘袋16和过滤网18的作用下进行粉尘与水的过滤分离。其中，固液分离器17的排污出水管路设有可通入压缩空气的防堵冲管，可有效防止排污出水阀门堵塞。被处理后的除尘喷雾用水经由过滤出水管路及阀门19排到掘进工作面的水道中。
整套除尘装备利用固定安装系统来实现与工作面掘进设备的配套安装使用。装备可通过高强磁铁吸引可调支架20固定在掘进机上，并通过支架调节阀21来调节装备的水平角度、仰角以及支架高度，保证其能固定在掘进机上的最有利于除尘的部位。
Claims (10)
1.一种掘进工作面水幕封尘除尘技术及装备，其特征在于，包括：
该除尘装备主要包括水幕封尘系统、多级滤尘系统、固液分离系统和固定安装系统四个部分；
水幕封尘系统的特征是，装备的进风吸尘集流部分设计有水幕封尘发射筒，发射筒上安装有水幕喷头，可将含尘空气控制在喷出的直射水幕范围内，从而达到抑制煤尘扩散并除尘的目的；
多级滤尘系统的特征是，利用负压吸尘装置将控制在直射水幕范围内的含尘空气吸入滤尘筒中进行除尘，滤尘筒中安装有多级细水雾滤尘网，每级滤尘网处理的粉尘粒径不同；
固液分离系统的特征是，通过滤尘筒内设有的倾斜沟槽，将滤尘筒内的喷雾降尘污水汇集至固液分离集尘器，固液分离集尘器内装有可拆卸更换的除尘袋和过滤网，将喷雾降尘污水过滤后由出水管路排出；
固定安装系统的特征是，除尘装备的滤尘筒上安装有高强磁铁吸引可调支架，可将装备固定在掘进机上的最有利于除尘的部位。
2.根据权利要求1所述的一种掘进工作面水幕封尘除尘方法及装备，其特征是，水幕封尘发射筒壁材料采用阻燃抗静电工程塑料，并连接有磁化管路，防尘用水流经磁化管路后被喷射成的封尘水幕由具有磁化效应的微细颗粒雾滴组成。
3.根据权利要求1、2所述的一种掘进工作面水幕封尘除尘技术及装备，其特征是，水幕封尘发射筒上的直射喷头可拆卸更换，且与井下压缩空气的进气管路相连接，可由压缩空气吹洗喷头防止堵塞。
4.根据权利要求1、2、3所述的一种掘进工作面水幕封尘除尘技术及装备，其特征是，水幕封尘发射筒可被设计成多种形状，可喷射环形或者椭圆形等多种适合现场除尘需求的异形封尘水幕。
5.根据权利要求1所述的一种掘进工作面水幕封尘除尘技术及装备，其特征是，多级滤尘系统的负压吸尘装置采用安全可靠的压缩空气动力源。
6.根据权利要求1、5所述的一种掘进工作面水幕封尘除尘技术及装备，其特征是，气动负压吸尘装置针对掘进工作面不同的粉尘污染情况，具有吸风量可调节功能，节约能耗。
7.根据权利要求1所述的一种掘进工作面水幕封尘除尘技术及装备，其特征是，滤尘筒内的多级细水雾滤尘网包括大颗粒粉尘过滤网、呼吸性粉尘捕集过滤网和粒度更小的微细粉尘捕集过滤网。
8.根据权利要求1、7所述的一种掘进工作面水幕封尘除尘技术及装备，其特征是，每级滤尘网的网孔结构和编织方式均不同，且由阻燃、抗静电的金属材料和高分子复合材料混合编制而成，可拆卸更换。
9.根据权利要求1、7、8所述的一种掘进工作面水幕封尘除尘技术及装备，其特征是，滤尘筒内的细水雾中均通过负压吸入管路添加有不同浓度的表面活性剂溶液。
10.根据权利要求1所述的一种掘进工作面水幕封尘除尘技术及装备，其特征是，除尘装备采用的高强度磁铁支架可以旋转和升降，使装备的水平角度和仰角均可以调节，保证其能固定在掘进机上的最有利于除尘的部位。
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