CN105065056A - 一种煤矿井下多级节能巷道清洗装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了置一种煤矿井下多级节能巷道清洗装置，其采用将供水水管沿巷道纵向布置，并贯穿整个巷道，并经挂钩悬挂在巷道顶板上的锚杆上，水管由可调式高压水泵供水；各旋转喷头总成经由针阀等间距与供水水管相互并联连接；每个旋转喷头总成均分别包括一中心喷头和四个周边喷头；其中，四个周边喷头分别包括有一广角扇形雾化喷嘴和一窄角扇形雾化喷嘴；并通过设置在操作人员人手可及高度位置的气动执行机构的控制开关等技术手段，根据巷道的长度，确定巷道冲刷级数，对整个巷道进行分级清洗与冲刷。本发明相对于现有技术，具有结构简单、操控与调节方便、除尘降尘效果好，运行成本低、节能节水、安全稳定可靠等有益效果。

Description

一种煤矿井下多级节能巷道清洗装置

技术领域

本发明涉及一种矿用井下巷道清洗装置，尤其涉及一种煤矿井下多级节能巷道清洗装置。

背景技术

煤炭开采过程中，矿井粉尘是煤矿五大灾害之一。

粉尘不但具有爆炸的潜在危险，还具有减少设备使用寿命和精度、降低生产现场可见度，长期与尘源接触的工作人员患职业病(如，尘肺病)的风险大幅升高等危害性。

在煤炭生产过程中，几乎所有的作业均可能产生粉尘。特别是高产、高效的机械化程度较高的采掘生产工艺，其井下作业点的空气中的粉尘始终维持在较高的浓度。

煤炭开采过程中，井下巷道是行人、车辆运输的重要地点，巷道环境的好坏直接影响工作人员的身体健康，在粉尘浓度高的局部地方给井下工作造成不便于施工作业困难。

为有效控制与解决煤炭开采过程中的粉尘污染问题，以有效改善井下施工作业环境，多年以来，国内外科技工作者进行了大量的探索与研究，提出了一系列煤矿粉尘防治理论，并进行了大量的采掘工艺技术、通排风设备以及除尘设备等方面改进，在如何防尘、降尘，以及有效控尘与除尘等方面取得了较大程度上的进步。但是，毕竟井下施工作业过程中具体工况条件恶劣、尘源点多面广、粉尘产生的原因复杂多变，粉尘污染的问题很难实现完全根治，实际生产过程中，粉尘污染的问题依旧较为严重，井下施工作业环境仍然较为恶劣。

作为一种传统然而十分简便并且有效的技术手段，使用水对各尘源点进行及时的喷淋(喷雾或喷水)的降尘与除尘技术手段一直得到普遍的沿用。现有技术中，煤矿巷道内清洗、除尘的方法主要有如下三种：

一是，靠洒水车洒水。例如，中国专利申请CN204283475U公开了一种可升降冲刷灭尘装置，其采用车载式结构形式，具体为，将水泵、水箱安装在矿用轨道车底盘上，水泵出口端的水管上连接若干数量的喷头，其中水管由安装支架支撑并具有升降功能等技术手段，实现了可以对巷道壁进行冲刷除尘；以及(由于可升降、高度可调节)适用于各种大小巷道(主要指巷道的高度)的冲刷除尘。

但是，这种可移动式(车载式)巷道冲刷除尘方法适用范围很窄，且效果也不理想。原因在于，巷道空间狭窄、底板坑洼不平，洒水车在巷道内进行移动困难重重，冲刷除尘存在诸多死角。更为重要的是，洒水车盛水有限，不能实现连续洒水，存在时间延迟。这种方法仅仅适用于临时“救急”的巷道冲刷除尘。

二是，人工洒水。缺点是耗时费力，效率低；洒水雾化效果差，破坏井下环境；部分回风巷道，特别是专用回风巷道无法进入。从而导致积尘厚度最高可达十厘米，严重威胁矿井安全。

三是，采用定点喷雾方式进行洒水，即，在一定距离的巷道截面设置点喷雾。缺点，不能实现所有的断面清洗；若采用自控设备进行智能控制，每一个点都需要安装电磁开关，电源线路、通讯线路繁多，在井下特定工况条件下容易出现故障。

发明内容

本发明的目的是，提供一种安全性高、稳定性好、可靠性有保障、除尘降尘效果好的一种煤矿井下多级节能巷道清洗装置。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是，一种煤矿井下多级节能巷道清洗装置，其特征在于，包括旋转喷头总成、针阀、供水水管、挂钩及可调式高压水泵；

所述供水水管沿巷道纵向布置，并贯穿整个巷道，并经挂钩悬挂在巷道顶板上的锚杆上，其进口端与所述可调式高压水泵连接；

所述针阀数量为若干，各针阀等间距相互并联连接在所述供水水管的不同位置处；

所述旋转喷头总成与所述针阀的数量相等；每个旋转喷头总成的进水端均分别与其对应的针阀的出水端通过一旋转密封套管形成可转动连接；

每个旋转喷头总成的出水端均分别包括一中心喷头和四个周边喷头；其中，四个周边喷头均布在以所述中心喷头为圆心的一个圆周上；

所述中心喷头的出口端配置有一圆形雾化喷嘴；

每个周边喷头的出口端均呈倒立的T形管结构形式，其中，T形管的竖直段为进水口、横向段为出水口；

在上述T形管的两个出水口分别连接有一广角扇形雾化喷嘴和一窄角扇形雾化喷嘴；其中，窄角扇形雾化喷嘴安装在靠近上述圆心的一侧，广角扇形雾化喷嘴安装在窄角扇形雾化喷嘴的外侧。

上述技术方案直接带来的技术效果是，一是，结构简单、喷头的布局与搭配合理、水雾的辐射与覆盖面广，因而，巷道内除尘降尘效果好；同时，由于水雾呈现上细下粗的伞形，直接各尘源点的粉尘无死角地牢牢“罩住”，因而，水(雾)利用率高、节水；

二是，几乎全部采用纯机械结构性的控制手段，省略了大量的电子元器件、电路与通讯线路的铺设，一方面，大幅提升了装置运行的稳定性与可靠性，另一方面，大幅降低设备运行维护维修工作量和运行维护成本；而且，由于现场潮湿环境下的电源电器装置极少，相应地，也大幅降低了井下漏电、人员与车辆通行受制约受阻碍等直接或者间接的安全隐患；

三是，控制与调节有现场操作人员根据实际情况适时手段调节，即可保证除尘降尘效果始终满足实际所需，又能有效减少水资源的无谓耗损与浪费。

上述技术方案中，采用在整个巷道内，每隔一定距离设置一巷道清洗装置，各巷道清洗装置单独控制与调节等技术手段。这一方面，利于根据巷道内不同位置处、不同的粉尘浓度进行各巷道清洗装置喷雾/喷水量大小的合理调节，从而可有效减少喷水/喷雾的无谓浪费，并有效保证不同粉尘浓度处粉尘的有效沉降；

另一方面，采用精度等级高的节流阀(针阀)，并相应配置旋转喷头总成，既可以精确调节巷道内各位置处的喷淋水量，又可以实现全方位、无死角的喷淋清洗效果。

上述技术方案中，通过“各旋转喷头总成上均分别设置有一中心喷头和四个周边喷头；其中，四个周边喷头均布在以中心喷头为圆心的一个圆周上；中心喷头的出口端配置有一圆形雾化喷嘴；每个周边喷头的出口端均呈倒立的T形管结构形式，其中，T形管的竖直段为进水口、横向段为出水口；在上述T形管的两个出水口分别连接有一广角扇形雾化喷嘴和一窄角扇形雾化喷嘴；其中，窄角扇形雾化喷嘴安装在靠近上述圆心的一侧，广角扇形雾化喷嘴安装在窄角扇形雾化喷嘴的外侧”等系列技术手段的采用，有效地保证了各旋转喷头总成所在位置处均能形成一伞形“水雾罩”，将粉尘“密不透风”地罩住，进一步提高粉尘喷淋降尘效率。

优选为，上述各针阀均配置有一气动执行机构，所述气动执行机构用于自动开启/关闭/调节针阀的开度；

所述气动执行机构由巷道外的压缩空气气源通过压缩空气管路供气，每一个气动执行机构均分别配置有一个气源开关；

所述气源开关设置在井下操作人员手动可及的高度位置处，由操作人员进行手动开关。

该优选技术方案直接带来的技术效果是，采用简单的技术手段，有效地解决了各喷淋装置的在狭窄、空间高度较高(巷道底板与顶板之间的垂直距离约为4-6米)等特定工况条件下的现场手动开启与调节的技术难题；

而现有技术中，普遍需要单独配套设置计算机控制系统，必须在外部计算机系统监测与控制下进行调节。这样，一方面导致设备投资的上升；另一方面，在井下巷道阴暗、潮湿的恶劣环境下，精密的自控装置部件易于出现故障频发、损坏率高、失控现象；

而且，上述技术方案中，由于采用气动执行机构，并由人手动操作气动执行机构的供气开关，即可实现喷淋的开关与喷淋量的任意调节。这样，与现有技术的自控装置需要配设诸多的电气接点相比，其使用过程的安全性能大幅提高。

即，上述技术手段的采用，有效地降低了设备故障率，并有效地降低了维护维修工作量和运行成本，且大幅度地提升了使用的安全性、稳定性与可靠性。

进一步优选，上述各针阀的开度按以下原则预先调节、设定：

以工作面推进方向为向前的方向，根据巷道的长度，每隔一定距离划分为一个巷道冲刷级，同一冲刷级内的各针阀的开度相同；

在前的冲刷级内的针阀开度大于在后的冲刷级内的针阀开度，开度大小依次成线性关系单调递减。

该优选技术方案直接带来的技术效果是，根据巷道的长度，确定巷道冲刷级数，同一级冲刷区内的喷头阈值相同，越靠近工作面冲刷区级数越大，喷头阈值越小，实现半自动喷雾喷水冲刷巷道，对主要尘源区重点清洗，次要粉尘污染区兼顾清洗，节约水资源。

综上所述，上述技术方案具有以下的特点：

1、在每一个旋转喷头总成安装处，其向下的方向上，越靠近中心点的位置，喷雾的强度越大、辐射的区域越小；越远离中心点的位置，喷雾的强度越小、辐射的区域越大；整体呈一伞形形状、罩在各尘源之上，降尘效果好；

2、巷道内，越靠近尘源(工作面)，针阀开度越大。这样，分段开启或者开大开小针阀，利于根据情况合理用水；

3、利用巷道内的锚杆作为支撑物(不需要架设另外的支柱，不受巷道空间限制)，沿巷道的纵向布置供水水管，可以实现巷道内的全覆盖喷雾降尘；

4、采用巷道全线布置喷淋点、分级连续式洒水的方式，不存在时间延迟，不受巷道空间限制，几乎没有电源线路限制，仅需控制压力泵一个点，通过不同级别阶段洒水，实现节能控制；

5、采用纯机械结构形式的控制装置，使用过程中，只需要调节高压水泵的压力值，即可实现半自动喷雾喷水冲刷巷道，对各主要尘源区重点清洗，并兼顾清洗各次要粉尘污染区，布局科学合理，且操作方便，利于节能减排。

即，本发明相对于现有技术，具有结构简单、操控与调节方便、除尘降尘效果好，维护维修运行成本低、节能节水、安全稳定可靠等有益效果。

附图说明

图1为本发明沿巷道纵向方向的安装结构示意图；

图2为本发明沿巷道横向方向的安装结构示意图；

图3为本发明的喷头总成的放大结构示意图。

附图标记说明：1、喷头总成；2、供水水管；3、锚杆；4、挂钩；6、可调式高压水泵；7、周边喷头；8、中心喷头。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明进行详细说明。

如图1至图3所示，本发明的煤矿井下多级节能巷道清洗装置，其包括旋转喷头总成1、针阀、供水水管3、挂钩4及可调式高压水泵6；

上述供水水管沿巷道纵向布置，并贯穿整个巷道，并经挂钩4悬挂在巷道顶板上的锚杆3上，其进口端与上述可调式高压水泵连接；

上述针阀数量为若干，各针阀等间距相互并联连接在上述供水水管的不同位置处；

上述旋转喷头总成与上述针阀的数量相等；每个旋转喷头总成的进水端均分别与其对应的针阀的出水端通过一旋转密封套管9形成可转动连接；

每个旋转喷头总成的出水端均分别包括一中心喷头8和四个周边喷头7；其中，四个周边喷头7均布在以上述中心喷头为圆心的一个圆周上；

上述中心喷头的出口端配置有一圆形雾化喷嘴；

每个周边喷头的出口端均呈倒立的T形管结构形式，其中，T形管的竖直段为进水口、横向段为出水口；

在上述T形管的两个出水口分别连接有一广角扇形雾化喷嘴和一窄角扇形雾化喷嘴；其中，窄角扇形雾化喷嘴安装在靠近上述圆心的一侧，广角扇形雾化喷嘴安装在窄角扇形雾化喷嘴的外侧。

上述各针阀均配置有一气动执行机构，上述气动执行机构用于自动开启/关闭/调节针阀的开度；

上述气动执行机构由巷道外的压缩空气气源通过压缩空气管路供气，每一个气动执行机构均分别配置有一个气源开关；

上述气源开关设置在井下操作人员手动可及的高度位置处，由操作人员进行手动开关。

上述各针阀的开度按以下原则预先调节、设定：

以工作面推进方向为向前的方向，根据巷道的长度，每隔一定距离划分为一个巷道冲刷级，同一冲刷级内的各针阀的开度相同；

在前的冲刷级内的针阀开度大于在后的冲刷级内的针阀开度，开度大小依次成线性关系单调递减。

为更好地理解本发明，下面结合实施例进行解释与说明。

实施例1

以巷道长300m为例，分三级冲刷区，以工作面为原点，前100m为三级清洗区(低压水区1MPa，该区域所有喷头设定阈值为1MPa以下)；

100-200m为二级清洗区(中压水区2MPa，该区域所有喷头设定阈值x为:1MPa<x<2MPa)，200-300m为一级清洗区(高压水区3MPa，该区域所有喷头设定阈值x为:2MPa<x<3MPa)。

说明：设定的阈值及冲刷级数，可以根据不同的矿井条件适当调整。

巷道清洗开始，首先设定高压水泵压力为1MPa，靠近工作面的三级冲刷区喷头阈值小于1MPa，即水压大于三级冲刷区喷头阈值，三级冲刷区自动开始喷雾除尘2min；

然后调节高压水泵压力至2MPa(水压大于二级冲刷区喷头阈值)，二级冲刷区开始喷雾2min，期间三级冲刷区继续冲刷；

然后，再次将调节高压水泵压力调节至3MPa(水压大于一级冲刷区喷头阈值)，一级冲刷区开始喷雾2min，期间二级、三级冲刷区继续冲刷。

关闭高压水泵，停止巷道清洗工作，喷雾时间可以根据具体巷道的粉尘情况而定。

如果粉尘分布主要集中在工作面附近的三级冲刷区，粉尘还没有扩散到二级、一级冲刷区，只需要设定高压水泵压力值为1MPa，针对工作面附近的重点粉尘污染区进行喷雾除尘，二级、一级冲刷区无需冲刷，以节约用水。

Claims (3)

1.一种煤矿井下多级节能巷道清洗装置，其特征在于，包括旋转喷头总成、针阀、供水水管、挂钩及可调式高压水泵；

所述供水水管沿巷道纵向布置，并贯穿整个巷道，并经挂钩悬挂在巷道顶板上的锚杆上，其进口端与所述可调式高压水泵连接；

所述针阀数量为若干，各针阀等间距相互并联连接在所述供水水管的不同位置处；

所述旋转喷头总成与所述针阀的数量相等；每个旋转喷头总成的进水端均分别与其对应的针阀的出水端通过一旋转密封套管形成可转动连接；

每个旋转喷头总成的出水端均分别包括一中心喷头和四个周边喷头；其中，四个周边喷头均布在以所述中心喷头为圆心的一个圆周上；

所述中心喷头的出口端配置有一圆形雾化喷嘴；

每个周边喷头的出口端均呈倒立的T形管结构形式，其中，T形管的竖直段为进水口、横向段为出水口；

在上述T形管的两个出水口分别连接有一广角扇形雾化喷嘴和一窄角扇形雾化喷嘴；其中，窄角扇形雾化喷嘴安装在靠近上述圆心的一侧，广角扇形雾化喷嘴安装在窄角扇形雾化喷嘴的外侧。

2.根据权利要求1所述的煤矿井下多级节能巷道清洗装置，其特征在于，上述各针阀均配置有一气动执行机构，所述气动执行机构用于自动开启/关闭/调节针阀的开度；

所述气动执行机构由巷道外的压缩空气气源通过压缩空气管路供气，每一个气动执行机构均分别配置有一个气源开关；

所述气源开关设置在井下操作人员手动可及的高度位置处，由操作人员进行手动开关。

3.根据权利要求1所述的煤矿井下多级节能巷道清洗装置，其特征在于，上述各针阀的开度按以下原则预先调节、设定：

以工作面推进方向为向前的方向，根据巷道的长度，每隔一定距离划分为一个巷道冲刷级，同一冲刷级内的各针阀的开度相同；

在前的冲刷级内的针阀开度大于在后的冲刷级内的针阀开度，开度大小依次成线性关系单调递减。