CN113047897A - 一种水电站地下洞室湿式除尘系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于除尘技术领域，具体涉及一种水电站地下洞室湿式除尘系统，包括：炮雾车组，包括间隔布置且整体呈一字型排列的多台炮雾车，其排列方向和主洞室的掘进方向垂直，炮雾车的仰角呈锐角ɑ；安装台设在多台炮雾车的下面，用于固定多台炮雾车的相对位置；行走装置，设置在安装台的下方，用于带动多台炮雾车移动；自动跟随装置，设置在行走装置上，用于发出控制信号驱动行走装置行走，并保持炮雾车的雾炮喷头到工作面的距离在预设的范围内。本发明能保持雾炮喷头到工作面的距离在预设范围内，利用炮雾车组的风送射流在风送气流下将粉尘逐一运送至洞室外，解决了大型水电站地下洞室单纯通风效果差的问题，简单高效且便于操作，实用性强。

Description

一种水电站地下洞室湿式除尘系统及方法

技术领域

本发明属于除尘技术领域，具体涉及一种水电站地下洞室湿式除尘系统及方法。

背景技术

目前几乎所有大型水电站都会采用地下空间洞室，复杂的地下空间洞室的建设和改造的施工开挖主要采用钻爆法，会产生大量的粉尘。根据研究表明，施工粉尘中大部分为粒径小于7um的可吸入粉尘，严重威胁现场工作人员的安全和身体健康，容易得肺吸尘等疾病。

通风除尘、水封爆破除尘、水雾帘降尘、除尘器除尘等方法已经在多处得到应用：

水封爆破技术：利用爆破作业产生的能量将钻孔中的水变成水雾，细水雾首先与粉尘接触，粉尘在细水雾下形成团簇沉降，减少粉尘的飞扬。此方法从源头上降低粉尘的产生，与水雾结合的粉尘颗粒虽然没有弥散在空间内，但是缺少通风装置难以排除与水雾结合的粉尘颗粒，容易造成工作面粉尘堆积，不利于工程进展。

水雾帘幕降尘方法：这种方法是利用一些抑尘装置将水雾化，并利用细水雾挤压、剪切粉尘，起到降尘的作用，细水雾幕的降尘效果与细水雾和粉尘的凝结程度密切相关。此方法针对水电站大型地下洞室水雾帘的布置位置有限，在横截面积较大的洞室只能采用局部布置水雾帘的方法进行除尘，实施起来较为繁琐。

除尘器降尘方法：这种除尘方法是利用电场将空气中的粉尘分离，然后再收集。除尘器在使用时，负放电电极将周围空气中的粉尘吸收。在吸附过程中，它会吸附在正极板上，只有少量粉尘通过负电荷返回隧道作业空间内。此方法要求设备庞大，耗电量多，故投资高、制造、安装、管理的技术水平要求较高、检修困难，除尘效率受粉尘粒径影响较大。

通风排尘降尘方法：这种除尘方法是利用洞室通风系统进行除尘，利用风机内部的风速和压力空气将这些有害气体和粉尘排出洞室作业空间。在洞室内安装通风机时，通常安装在洞室入口处，采用洞室通风除尘方法时，阻力随通风距离的增加而增大，粉尘将从洞内排出。此方法属于干式除尘方法，对于主洞室空间环境有一定的局限性，单一通风形成不同大小的涡量形成卷吸作用，不利于粉尘的沉降，除尘效果不佳。

在水电站地下洞室气流组织混乱的环境中，由于地下洞室的通风距离长且通风量有限，洞室通道长而且污染源不集中，导致现场施工环境恶劣，现有的除尘方法，应用在大型水电站地下洞室时，存在对粉尘的捕捉性低，空间布局位置有限，成本高，除尘效果差的问题，已经成为了制约大型水电站工程建设进度的主要原因。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种水电站地下洞室湿式除尘系统及方法，以便解决上述提到的技术问题。

本发明的技术方案是：

一种水电站地下洞室湿式除尘系统，包括：

炮雾车组，包括间隔布置且整体呈一字型排列的多台炮雾车，其排列方向和主洞室的掘进方向垂直，所述炮雾车的仰角呈锐角α；

安装台，设置在多台炮雾车的下面，用于固定多台炮雾车的相对位置；

行走装置，设置在所述安装台的下方，用于带动多台炮雾车移动；

自动跟随装置，设置在所述行走装置上，用于发出控制信号驱动行走装置行走，并保持炮雾车的雾炮喷头到工作面的距离在预设的范围内。

优选的，所述炮雾车的雾炮喷头上开设有炮雾车喷口，所述炮雾车喷口环绕雾炮喷头的周围呈圆形布置。

优选的，所述锐角α为10°～30°。

优选的，所述锐角α为15°。

优选的，所述自动跟随装置包括：

反射镜，设置在用于掘进工作面的工作机上，用于反射红外信号；

红外检测装置，设置在所述行走装置上，用于发出红外信号到反射镜上，确认雾炮喷头到工作面的距离，所述红外检测装置和控制器电连接，所述控制器和行走装置电连接。

一种水电站地下洞室湿式除尘系统的除尘方法，包括以下步骤：

将炮雾车组布置在水电站地下洞室的主洞室的进出口位置，并调整炮雾车的仰角呈15°；

同步启动多台炮雾车，在大功率风机作用下炮雾车斜向上射流喷出雾滴，使喷出的雾滴以预设的速度到达工作面的上方，雾滴在气流作用下经工作面的阻隔后会产生回流；

受回流卷吸作用的影响，工作面附近的粉尘从而被雾滴捕获到气流中，在风向回流的作用下被运送至主洞室外，从而达到降尘的效果。

优选的，所述雾炮喷头到工作面的距离在35m到55m。

优选的，所述雾炮喷头到工作面的距离在40m。

本发明提供的一种水电站地下洞室湿式除尘系统及方法，利用行走系统上搭载的自动跟随装置，可以一直保持雾炮喷头到工作面的距离在预设范围内，利用炮雾车组的风送射流，对整个洞室空间进行喷射，湿式除尘的同时加上送风，利用气液两相流的湍流弥散效应，直接捕获呼尘，并在重力作用下直接沉降，在风送气流下将粉尘逐一运送至洞室外。

本发明基于风送式喷雾射流的方法，利用炮雾车组的高速喷射性能，并且覆盖范围广且全面，对整个水电站地下洞室空间进行湿式除尘，此方法经研究，可靠性好，能有效降低掘进工作面的粉尘浓度，除尘步骤简单易操作，解决了现有的大型水电站地下洞室单纯通风效果差的问题，而且本发明提供的除尘方法简单高效并且便于操作，耗费成本相对较低，具有较好的经济性，实用性强，值得推广。

附图说明

图1为本发明的实施方式的示意图1；

图2为本发明的实施方式的示意图2；

图3为本发明的风送式远程喷雾器的喷口结构示意图；

图4为本发明的除尘方法流程图。

附图标记：

1、炮雾车组；2、雾炮喷头；3、掘进机掘头；4、工作面；5、回流；6、主洞室；7、炮雾车喷口。

具体实施方式

本发明提供了一种水电站地下洞室湿式除尘系统及方法，下面结合图1到图4的结构示意图，对本发明进行说明。

实施例1

本发明提供了一种水电站地下洞室湿式除尘系统及方法，具体的应用在大中型地下洞室中。

本发明的一种水电站地下洞室湿式除尘系统，如图1到图2所示，结构包括：

炮雾车组1，炮雾车组1包括间隔布置且整体呈一字型排列的多台炮雾车，其排列方向和主洞室6的掘进方向垂直，炮雾车的仰角呈锐角α，锐角α为10°～30°。

多台炮雾车的下面设安装台，用于承载多台炮雾车，炮雾车和安装台固定连接。在安装台的下方有行走装置，行走装置用于带动多台炮雾车移动，自动跟随装置，设置在行走装置上，用于发出控制信号驱动行走装置行走，并保持炮雾车的雾炮喷头2到工作面4的距离在预设的范围内。

进一步的，炮雾车的雾炮喷头2上开设有炮雾车喷口7，炮雾车喷口7环绕雾炮喷头2的周围呈圆形布置。

进一步的，自动跟随装置包括：

反射镜，设置在用于掘进工作面4的工作机上，用于反射红外信号；

红外检测装置，设置在行走装置上，用于发出红外信号到反射镜上，确认雾炮喷头2到工作面4的距离，红外检测装置和控制器电连接，控制器和行走装置电连接。

使用中，通过红外检测装置检测雾炮喷头2到工作面4的距离，然后驱动行走装置行走，并保持炮雾车的雾炮喷头2到工作面4的距离在预设的范围内。

一种水电站地下洞室湿式除尘系统的除尘方法，如图4所示，包括以下步骤：

将炮雾车组1布置在水电站地下洞室的主洞室6的进出口位置，并调整炮雾车的仰角呈15°；

同步启动多台炮雾车，在大功率风机作用下炮雾车斜向上射流喷出雾滴，使喷出的雾滴以预设的速度到达工作面4的上方，雾滴在气流作用下经工作面4的阻隔后会产生回流5；

受回流5卷吸作用的影响，工作面4附近的粉尘从而被雾滴捕获到气流中，在风向回流5的作用下被运送至主洞室6外，从而达到降尘的效果。

进一步的，雾炮喷头2到工作面4的距离在35m到55m。

进一步的，雾炮喷头2到工作面4的距离在40m。

下面具体的说明，如图1和图2所示，地下主洞室6的通道比较长，一般的管道通风会因主洞室6空间大使风团扩散，而导致风不能聚集到工作面4上，无法有效降低粉尘浓度，甚至还会使粉尘扩散。洞室掘进机掘头3在工作面4进行掘进，采用的是钻爆的方法，必然会产生大量的粉尘，并且会使粉尘颗粒产生远离工作面4方向的初速度。因此，在主洞室6的进出口位置布置一个大功率风送式炮雾车组1，炮雾车组1能够使雾滴全方位的覆盖工作面4，炮雾车组1包括三个大功率的炮雾车，多台炮雾车呈一字型布置，具体的实施中，可以视主洞室6截面尺寸而定，经研究表明洞室截面宽度20m左右，布置三个大功率的炮雾车，即能达到最佳除尘效果。

炮雾车组1的水平位置距离工作面4大约40m，主洞室6的长度是小型洞室的3到4倍。通过对炮雾车的射流区域的模拟分析表明，当炮雾车的风筒出口风速达到35m/s以上时，才能将喷雾成功输送到作业面附近，从而具备一定的降尘能力。对炮雾车降尘过程中粉尘、雾滴、尘雾三种颗粒的浓度变化规律进行研究，发现喷雾在抵达作业面附近时对粉尘的高效捕捉范围呈近似圆形，在高速气流的影响下，尘雾结合体的分布主要呈圆环状，在射流遇到作业面产生回流5后，各种颗粒均有不同程度的跟随气流向外运移现象。

对不同进风速度的工况进行模拟，发现风速越大，在同样的时间内粉尘颗粒数量的减少就越明显，而且未能够被雾滴有效捕捉的粉尘向巷道出口运移的也越快，充分体现了炮雾车具有喷雾降尘与通风除尘的双重作用效果。因此通过调节炮雾车后端的风机风速，使得炮雾车喷口2的喷雾速度达到100m/s。

为使喷射范围广，如图3所示，炮雾车喷口7环绕雾炮喷头2的周围圆形布置，由于主洞室6的长度过大，并且炮雾车距离地面高度有限，将炮雾车从水平角度直喷调整为仰角约15°斜向上射流。在雾滴与产生远离工作面4方向运动的粉尘颗粒高速对向运动作用下，加上自身的重力影响，粉尘被捕获并且沉降下来。炮雾车将雾滴向作业面运送的同时还压入了大量的空气，多股气流具有卷吸作用，因为射流是向四周辐散的，中心气流就散失，压强降低，四周的气流就会向中心汇聚，气流运动受到偏向力的作用，发生偏转，形成漩涡状在与工作面4处形成风量循环。受气流卷吸作用的影响，从而将被雾滴捕获下来的粉尘颗粒根据回流反向运送至主洞室6外。

将炮雾车组1安装在主洞室6的进出口位置，将炮雾车从水平角度直喷调整为仰角约15°斜向上射流，使喷出的分散雾滴能有一定的速度到达工作面4上方。

如图1和图2所示，洞室长度约40m，炮雾车组1布置在洞室的进出口位置，洞宽20m时，布置炮雾车组1在洞口位置，每台炮雾车间距为5m。当掘进机掘头3在工作面4上掘进时，启动炮雾车组1，炮雾车压入了大量的空气，在大功率风机作用下炮雾车喷口7喷出雾滴，雾滴速度较大，在气流作用下经工作面4的阻隔下会产生回流5。

炮雾车将雾滴向作业面运送的同时，多股气流具有卷吸作用，因为射流是向四周辐散的，中心气流就散失，压强降低，四周的气流就会向中心汇聚，气流运动受到偏向力的作用，发生偏转，形成漩涡状，在与工作面4处形成风量循环。受气流卷吸作用的影响，工作面4的粉尘从而被雾滴捕获到气流中，在风向回流作用下被运送至洞室外，从而达到降尘的效果。

本发明提供的一种水电站地下洞室湿式除尘系统及方法，利用行走系统上搭载的自动跟随装置，可以一直保持雾炮喷头到工作面的距离在预设范围内，通过风送式雾炮车组的并行风送射流，在整个洞室空间形成并行射流，湿式除尘的同时加上送风，利用气液两相流的湍流弥散效应，直接捕获呼尘，并在重力作用下直接沉降。本发明基于风送式喷雾射流的方法，利用炮雾车组的高速喷射性能，并且覆盖范围广且全面，对整个水电站地下洞室空间进行湿式除尘，此方法经研究，可靠性好，能有效降低掘进工作面的粉尘浓度，除尘步骤简单易操作，解决了现有的大型水电站地下洞室单纯通风效果差的问题，而且本发明提供的除尘方法简单高效并且便于操作，耗费成本相对较低，能有效的降低这类大型水电站地下洞室的粉尘浓度，从而也能够加快大型水电站工程建设进度，具有较好的经济性，实用性强，值得推广。

以上公开的仅为本发明的较佳具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域技术人员能思之的变化都落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种水电站地下洞室湿式除尘系统，其特征在于，包括：

炮雾车组(1)，包括间隔布置且整体呈一字型排列的多台炮雾车，其排列方向和主洞室(6)的掘进方向垂直，所述炮雾车的仰角呈锐角ɑ；

安装台，设置在多台炮雾车的下面，用于固定多台炮雾车的相对位置；

行走装置，设置在所述安装台的下方，用于带动多台炮雾车移动；

自动跟随装置，设置在所述行走装置上，用于发出控制信号驱动行走装置行走，并保持炮雾车的雾炮喷头(2)到工作面(4)的距离在预设的范围内。

2.根据权利要求1所述的一种水电站地下洞室湿式除尘系统，其特征在于，所述炮雾车的雾炮喷头(2)上开设有炮雾车喷口(7)，所述炮雾车喷口(7)环绕雾炮喷头(2)的周围呈圆形布置。

3.根据权利要求1所述的一种水电站地下洞室湿式除尘系统，其特征在于，所述锐角ɑ为10°～30°。

4.根据权利要求3所述的一种水电站地下洞室湿式除尘系统，其特征在于，所述锐角ɑ为15°。

5.根据权利要求1所述的一种水电站地下洞室湿式除尘系统，其特征在于，所述自动跟随装置包括：

反射镜，设置在用于掘进工作面(4)的工作机上，用于反射红外信号；

红外检测装置，设置在所述行走装置上，用于发出红外信号到反射镜上，确认雾炮喷头(2)到工作面(4)的距离，所述红外检测装置和控制器电连接，所述控制器和行走装置电连接。

6.根据权利要求1所述的一种水电站地下洞室湿式除尘系统的除尘方法，其特征在于，包括以下步骤：

将炮雾车组(1)布置在水电站地下洞室的主洞室(6)的进出口位置，并调整炮雾车的仰角呈15°；

同步启动多台炮雾车，在大功率风机作用下炮雾车斜向上射流喷出雾滴，使喷出的雾滴以预设的速度到达工作面(4)的上方，雾滴在气流作用下经工作面(4)的阻隔后会产生回流(5)；

受回流(5)卷吸作用的影响，工作面(4)附近的粉尘从而被雾滴捕获到气流中，在风向回流(5)的作用下被运送至主洞室(6)外，从而达到降尘的效果。

7.根据权利要求6所述的一种水电站地下洞室湿式除尘系统的除尘方法，其特征在于，所述雾炮喷头(2)到工作面(4)的距离在35m到55m。

8.根据权利要求7所述的一种水电站地下洞室湿式除尘系统的除尘方法，其特征在于，所述雾炮喷头(2)到工作面(4)的距离在40m。

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