CN112343645A - 一种掘进工作面降尘装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及煤矿井下掘进工作面降尘技术，一种掘进工作面降尘装置，包括掘进机，该掘进机通过机械臂驱动掘进机旋转头转动；喷雾装置，该喷雾装置用于向钻头及掘进工作面喷射伞状水雾，同时形成喷雾范围外轮廓线；压风喷射装置，该压风喷射装置用于向钻头及掘进工作面喷射伞状压力气体，以提高水雾与粉尘的接触机会并形成在伞状水雾后方形成风墙，同时形成压风喷射范围外轮廓线；除尘系统，其具有除尘吸口，该除尘吸口设置在喷雾范围外轮廓线和掘进工作面之间，该除尘系统用于对喷雾范围外轮廓线和掘进工作面之间扬尘主动负压吸入式除尘，本装置改善掘进工作面的工作环境，保障井下工人的职业健康。另外，本发明还提出一种掘进工作面降尘方法。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿井下掘进工作面降尘技术，特别是掘进工作面降尘装置及方法。
背景技术
煤尘作为煤矿的主要灾害之一，存在爆炸的可能性，严重的污染井下空气质量、对井下工作人员的职业健康造成潜在的威胁。煤矿巷道掘进工作面是煤尘产生的主要源头之一，巷道掘进过程中伴随着大量煤尘的产生，尤其是采用压入式局部通风方法通风的掘进巷道，由于风流扰动作用更加剧了煤尘的扩散。目前的针对掘进工作面的防尘措施主要有煤层注水、掘进机喷雾、除尘风机、防尘网等，但除尘效果差强人意，因此急需一种高效的除尘方法，降低巷道粉尘含量。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出的掘进工作面降尘装置，改变风流扰动状态、控制煤尘扩散范围，进而有效降低巷道风流中的煤尘含量，改善掘进工作面的工作环境，保障井下工人的职业健康。另外，本发明还提出一种掘进工作面降尘方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
在第一个技术方案中，一种掘进工作面降尘装置，布置在井下巷道内，包括
掘进机，该掘进机通过机械臂驱动掘进机旋转头转动；
喷雾装置，设置在机械臂上且距离钻头1.5m-2m之间的位置，该喷雾装置用于向钻头及掘进工作面喷射伞状水雾，同时形成喷雾范围外轮廓线；
压风喷射装置，设置在机械臂上且位于喷雾装置后方0.1m-0.3m处，该压风喷射装置用于向钻头及掘进工作面喷射伞状压力气体，以提高水雾与粉尘的接触机会并形成在伞状水雾后方形成风墙，同时形成压风喷射范围外轮廓线；
除尘系统，其具有除尘吸口，该除尘吸口设置在喷雾范围外轮廓线和掘进工作面之间，该除尘系统用于对喷雾范围外轮廓线和掘进工作面之间扬尘主动负压吸入式除尘。
作为优选的，所述喷雾范围外轮廓线和压风喷射范围外轮廓线与掘进方向之间的夹角为45°-90°之间
作为优选的，所述喷雾范围外轮廓线和压风喷射范围外轮廓线与掘进方向之间的夹角一致。
作为优选的，所述除尘吸口设置在巷道内顶壁处。
作为优选的，所述除尘系统包括除尘风机、除尘装置和钢骨架负压风筒，其中除尘装置的入风口端与钢骨架负压风筒的第一端连接，钢骨架负压风筒的第二端置于喷雾范围外轮廓线和掘进工作面之间之间，所述除尘风机设置在钢骨架负压风筒内，除尘装置的出风口设置在远离掘进工作面一侧。
作为优选的，所述井下巷道内还设置有引入巷道外部空气的压入式局部通风机，压入式局部通风机的出风口设置在巷道内顶壁且距掘进工作面30m-50m处。
作为优选的，所述除尘装置的出风口设置在压入式局部通风机的出风口后方10m-20m处。
作为优选的，掘进工作面降尘装置还包括中央控制箱，所述压入式局部通风机出风口与除尘风机出风口中部安装有风速传感器，掘进机机械臂上安装有粉尘传感器，除尘风机上安装有调节开关，风幕管道上安装有电磁开关，水幕管道上安装有电磁开关，且风速传感器、粉尘传感器、调节开关、电磁开关分别与中央控制箱信号连接。
在第二个技术方案中，一种掘进工作面降尘方法，使用如第一个技术方案中所述的掘进工作面降尘装置，
掘进机工作时，巷道内粉尘量增加，掘进机机械臂上的粉尘传感器监测到粉尘含量超出临界值时，粉尘传感器发出点信号至中央控制箱，中央控制箱发出指令，打开风幕电磁开关、水幕电磁开关及除尘风机；
风水幕电磁开关打开后，风水幕形成的屏障将粉尘的扩散范围限制在靠近掘进工作面内的较小范围内，部分大颗粒粉尘被水幕捕获，小颗粒粉尘被风幕拦截，粉尘风流经钢骨架负压风筒抽出，经过除尘风机进一步降尘处理过的风流重新流入巷道；
掘进机停止工作后，巷道内粉尘含量降低，粉尘传感器监测到粉尘含量小于临界值时发出点信号至中央控制箱，中央控制箱发出指令，关闭风幕电磁开关、水幕电磁开关及除尘风机；
除尘风机工作时，位于压入式局部通风机出风口与除尘风机出风口中部的风速传感器将风速数据传送至中央控制箱，中央控制箱通过分析风速数据，计算除尘风机风量，使除尘风机风量与压入式局部通风机风量匹配，达到风量平衡稳定，最小限度的控制风量对于粉尘的扰动作用，且保证除尘风机不出现循环风的现象。
使用本发明的有益效果是：
本装置通过喷雾装置和压风喷射装置的设置，可在掘进时产生水幕和风幕，控制掘进扬尘的范围，除尘系统可主动对水幕未捕捉到的扬尘进行主动式吸尘处理，降低烟尘的逃逸概率。
本装置通过压入式局部通风机、除尘系统、喷雾装置和压风喷射装置的配合在保证除尘风机的吸风口位于风水幕的控制范围内的同时，尽可能的缩小的煤尘的扩散范围。除尘风机的风量应略小于压入式局部通风机的风量，压入式局部通风机的风量一部分流向掘进工作面，经除尘风机处理后流入巷道，一部分不经过掘进工作面直接流入巷道，这样可以保证压入式局部通风机出风口与除尘风机出风口之间的巷道有新鲜风流，避免除尘风机出现循环风。
总体来说，本装置通过采用抽出式风机抽尘，风幕截尘，水幕抑尘的的组合方式，掘进面供风采用压入式，此种组合方式改变风流扰动状态、控制煤尘扩散范围，进而有效降低巷道风流中的煤尘含量，改善掘进工作面的工作环境，保障井下工人的职业健康。
附图说明
图1为本发明掘进工作面降尘装置布置剖面图。
图2为本发明掘进工作面降尘装置布置俯视图。
图3为本发明掘进工作面降尘装置中压风喷射装置结构图。
图4为本发明掘进工作面降尘装置中喷雾装置结构图。
附图标记包括：
1-压入式局部通风机；2-除尘风机；3-除尘装置；4-钢骨架负压风筒；5-掘进机；6-压风喷射装置；6-1-压风装置圆环；6-2-压风装置喷头；7-喷雾装置；7-1-喷雾装置圆环；7-2-喷雾装置喷头；8-掘进机旋转头；9-压风喷射范围外轮廓线；10-喷雾范围外轮廓线；11-中央控制箱；12-风速传感器；13-抽出式风机调节开关；14-风幕电磁开关；15-水幕电磁开关；16-粉尘传感器；17-信号传输线；18-煤尘分布空间；19-掘进堆积落煤；20-进风风向；21-回风方向；22-实体煤。
具体实施方式
为使本技术方案的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式，对本技术方案进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而不是要限制本技术方案的范围。
实施例1
如图1-图4所示，本实施例提出的一种掘进工作面降尘装置，布置在井下巷道内，包括掘进机5，该掘进机5通过钻杆驱动掘进机旋转头8转动；喷雾装置7，设置在钻杆上且距离驱动掘进机旋转头81.5m-2m之间的位置，该喷雾装置7用于向驱动掘进机旋转头8及掘进工作面(实体煤22方向)喷射伞状水雾，同时形成喷雾范围外轮廓线10；压风喷射装置6，设置在钻杆上且位于喷雾装置7后方0.1m-0.3m处，该压风喷射装置6用于向驱动掘进机旋转头8及掘进工作面喷射伞状压力气体，以提高水雾与粉尘的接触机会并形成在伞状水雾后方形成风墙，同时形成压风喷射范围外轮廓线9；除尘系统，其具有除尘吸口，该除尘吸口设置在喷雾范围外轮廓线10和掘进工作面之间，该除尘系统用于对喷雾范围外轮廓线10和掘进工作面之间扬尘主动负压吸入式除尘。
作为优选的，喷雾范围外轮廓线10和压风喷射范围外轮廓线9与掘进方向之间的夹角为45°-90°之间喷雾范围外轮廓线10和压风喷射范围外轮廓线9与掘进方向之间的夹角一致。
除尘吸口设置在巷道内顶壁处。具体的，除尘系统包括除尘风机2、除尘装置3和钢骨架负压风筒4，其中除尘装置3的入风口端与钢骨架负压风筒4的第一端连接，钢骨架负压风筒4的第二端置于喷雾范围外轮廓线10和掘进工作面之间之间，除尘风机2设置在钢骨架负压风筒4内，除尘装置3的出风口设置在远离掘进工作面一侧。
井下巷道内还设置有引入巷道外部空气的压入式局部通风机1，压入式局部通风机1的出风口设置在巷道内顶壁且距掘进工作面30m-50m处。除尘装置3的出风口设置在压入式局部通风机1的出风口后方10m-20m处。
掘进工作面降尘装置还包括中央控制箱11，压入式局部通风机1出风口与除尘风机2出风口中部安装有风速传感器12，掘进机5钻杆上安装有粉尘传感器16，除尘风机2上安装有抽出式风机调节开关13，风幕管道上安装有风幕电磁开关14，水幕管道上安装有水幕电磁开关15，且风速传感器12、粉尘传感器16、抽出式风机调节开关13、风幕电磁开关14和水幕电磁开关15分别与中央控制箱11信号连接。
具体的，风水幕墙是由一道风幕和一道水幕组合而成，风水幕墙的发生装置安装于掘进机5驾驶室与掘进头中间的机械臂上，机械臂上的喷雾装置7形成水幕，喷雾装置圆环7-1整体呈圆形，由不锈钢管制成，喷雾装置圆环7-1上均匀布置5-10个喷雾装置喷头7-2，喷雾量可调节，喷雾装置喷头7-2距掘进机2头部2m左右，喷射方向朝向掘进工作面，水雾可根据煤尘的性质添加各类除尘剂。水幕的作用是在粉尘源与掘进机5司机间建立隔离幕墙，通过喷雾捕获掘进机5破煤及落煤时产生的粉尘，风水幕起到截尘及抑尘的目的。
压风喷射装置6形成风幕，风幕位于水幕之后，距离水幕0.2m左右，压风喷射装置6与喷雾装置7整体外形结构相似，压风喷射装置6由不锈钢的压风装置圆环6-1制成，压风装置圆环6-1上均匀布置10-20个压风装置喷头6-2，风量可调节。类似的，喷雾装置7包括喷雾装置圆环7-1，喷雾装置圆环7-1上设置喷雾装置喷头7-2。压风装置喷头6-2的喷射角度与喷雾装置7喷射角度保持一致。风喷射装置6的作用有两个，一是为水幕提供助力，提高水幕与粉尘的接触机会；二是形成风墙，降低局部通风机风流扰动造成的煤尘扩散。
除尘风机2的风筒为钢骨架负压风筒4，钢骨架负压风筒4吸风口布置于工作面侧帮中上部，出风侧安装除尘装置3，对风流内的煤尘进行处理，经过降尘处理过的风流再次流入巷道，从而达到降尘的目的。
压入式局部通风机1布置于进风巷，压入式局部通风机1连接至距掘进工作面30m-50m处，压入式局部通风机1出风口位于巷道侧帮靠近顶板处，压入式局部通风机1根据掘进工作面的供风需求调节风量，保证巷道风量供应。
本发明安装一套集成控制装置，在压入式局部通风机1出风口与除尘风机2出风口中部安装风速传感器12、在掘进机5机械臂上安装粉尘传感器16、在除尘风机2上安装抽出式风机调节开关13、在风幕管道上安装电磁开关、在水幕管道上安装电磁开关，以上传感器和开关通过数据传输线连接至中央控制箱11，进行集中控制，中央控制箱11以PLC为核心。
掘进机5工作时，巷道内粉尘量增加，掘进机5机械臂上的粉尘传感器16监测到粉尘含量超出临界值(粉尘含量临界值根据不同矿井地质条件及生产条件决定)时，发出点信号至中央控制箱11，中央控制箱11发出指令，打开风幕电磁开关14、水幕电磁开关15及除尘风机2。
掘进机5停止工作后，巷道内粉尘含量降低，粉尘监测探测器监测到粉尘含量小于临界值时，发出点信号至中央控制箱11，中央控制箱11发出指令，关闭风幕电磁开关14、水幕电磁开关15及除尘风机2。
除尘风机2工作时，位于压入式局部通风机1出风口与除尘风机2出风口中部的风速传感器12，将风速数据通过信号传输线17，传送至中央控制箱11，中央控制箱11通过分析风速数据，计算除尘风机2风量，使之与压入式局部通风机1风量匹配，达到风量平衡稳定，最小限度的控制风量对于粉尘的扰动作用，且保证除尘风机2不出现循环风的现象。
实施例2
本实施例中的掘进工作面降尘方法，使用如实施例1中提出的掘进工作面降尘装置，掘进机5工作时，巷道内粉尘量增加，掘进机5机械臂上的粉尘传感器16监测到粉尘含量超出临界值时，粉尘传感器16发出点信号至中央控制箱11，中央控制箱11发出指令，打开风幕电磁开关14、水幕电磁开关15及除尘风机2；风水幕电磁开关15打开后，风水幕形成的屏障将粉尘的扩散范围限制在靠近掘进工作面内的较小范围内，部分大颗粒粉尘被水幕捕获，小颗粒粉尘被风幕拦截，粉尘风流经钢骨架负压风筒4抽出，经过除尘风机2进一步降尘处理过的风流重新流入巷道；掘进机5停止工作后，巷道内粉尘含量降低，粉尘传感器16监测到粉尘含量小于临界值时发出点信号至中央控制箱11，中央控制箱11发出指令，关闭风幕电磁开关14、水幕电磁开关15及除尘风机2；除尘风机2工作时，位于压入式局部通风机1出风口与除尘风机2出风口中部的风速传感器12将风速数据传送至中央控制箱11，中央控制箱11通过分析风速数据，计算除尘风机2风量，使除尘风机2风量与压入式局部通风机1风量匹配，达到风量平衡稳定，最小限度的控制风量对于粉尘的扰动作用，且保证除尘风机2不出现循环风的现象。
本实施例中，煤尘分布空间18被压制在喷雾范围外轮廓线10之内，部分粉尘和水雾落在掘进堆积落煤19上方，不会对周围环境产生影响，进风风向20和回风方向21如图1和图2所示。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本技术内容的思想，在具体实施方式及应用范围上可以作出许多变化，只要这些变化未脱离本发明的构思，均属于本专利的保护范围。
Claims (9)
1.一种掘进工作面降尘装置，布置在井下巷道内，其特征在于：包括
掘进机，该掘进机通过机械臂驱动掘进机旋转头转动；
喷雾装置，设置在机械臂上且距离钻头1.5m-2m之间的位置，该喷雾装置用于向钻头及掘进工作面喷射伞状水雾，同时形成喷雾范围外轮廓线；
压风喷射装置，设置在机械臂上且位于喷雾装置后方0.1m-0.3m处，该压风喷射装置用于向钻头及掘进工作面喷射伞状压力气体，以提高水雾与粉尘的接触机会并形成在伞状水雾后方形成风墙，同时形成压风喷射范围外轮廓线；
除尘系统，其具有除尘吸口，该除尘吸口设置在喷雾范围外轮廓线和掘进工作面之间，该除尘系统用于对喷雾范围外轮廓线和掘进工作面之间扬尘主动负压吸入式除尘。
2.根据权利要求1所述的掘进工作面降尘装置，其特征在于：所述喷雾范围外轮廓线和压风喷射范围外轮廓线与掘进方向之间的夹角为45°-90°之间
3.根据权利要求1所述的掘进工作面降尘装置，其特征在于：所述喷雾范围外轮廓线和压风喷射范围外轮廓线与掘进方向之间的夹角一致。
4.根据权利要求1所述的掘进工作面降尘装置，其特征在于：所述除尘吸口设置在巷道内顶壁处。
5.根据权利要求1所述的掘进工作面降尘装置，其特征在于：所述除尘系统包括除尘风机、除尘装置和钢骨架负压风筒，其中除尘装置的入风口端与钢骨架负压风筒的第一端连接，钢骨架负压风筒的第二端置于喷雾范围外轮廓线和掘进工作面之间之间，所述除尘风机设置在钢骨架负压风筒内，除尘装置的出风口设置在远离掘进工作面一侧。
6.根据权利要求5所述的掘进工作面降尘装置，其特征在于：所述井下巷道内还设置有引入巷道外部空气的压入式局部通风机，压入式局部通风机的出风口设置在巷道内顶壁且距掘进工作面30m-50m处。
7.根据权利要求6所述的掘进工作面降尘装置，其特征在于：所述除尘装置的出风口设置在压入式局部通风机的出风口后方10m-20m处。
8.根据权利要求7所述的掘进工作面降尘装置，其特征在于：所述掘进工作面降尘装置还包括中央控制箱，所述压入式局部通风机出风口与除尘风机出风口中部安装有风速传感器，掘进机机械臂上安装有粉尘传感器，除尘风机上安装有调节开关，风幕管道上安装有电磁开关，水幕管道上安装有电磁开关，且风速传感器、粉尘传感器、调节开关、电磁开关分别与中央控制箱信号连接。
9.一种掘进工作面降尘方法，使用如权利要求8所述的掘进工作面降尘装置，其特征在于：
掘进机工作时，巷道内粉尘量增加，掘进机机械臂上的粉尘传感器监测到粉尘含量超出临界值时，粉尘传感器发出点信号至中央控制箱，中央控制箱发出指令，打开风幕电磁开关、水幕电磁开关及除尘风机；
风水幕电磁开关打开后，风水幕形成的屏障将粉尘的扩散范围限制在靠近掘进工作面内的较小范围内，部分大颗粒粉尘被水幕捕获，小颗粒粉尘被风幕拦截，粉尘风流经钢骨架负压风筒抽出，经过除尘风机进一步降尘处理过的风流重新流入巷道；
掘进机停止工作后，巷道内粉尘含量降低，粉尘传感器监测到粉尘含量小于临界值时发出点信号至中央控制箱，中央控制箱发出指令，关闭风幕电磁开关、水幕电磁开关及除尘风机；
除尘风机工作时，位于压入式局部通风机出风口与除尘风机出风口中部的风速传感器将风速数据传送至中央控制箱，中央控制箱通过分析风速数据，计算除尘风机风量，使除尘风机风量与压入式局部通风机风量匹配，达到风量平衡稳定，最小限度的控制风量对于粉尘的扰动作用，且保证除尘风机不出现循环风的现象。
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