一種掘進工作面水幕封塵除塵技術(shù)及裝備制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種掘進工作面水幕封塵除塵技術(shù)及裝備，利用水幕封塵發(fā)射筒將流經(jīng)磁化管路的防塵用水噴射成由微細顆粒霧滴組成的環(huán)形或橢圓形等適合現(xiàn)場尺寸的異形水幕，并將含塵空氣控制在水幕范圍內(nèi)，通過氣動負壓吸塵裝置將含塵空氣吸入具有多級過濾網(wǎng)和細水霧作用的濾塵筒內(nèi)，對不同粒度粉塵進行多級處理并從含塵風(fēng)流中分離出來，經(jīng)排污口過濾排出，實現(xiàn)掘進工作面高效除塵的目的。整個裝備通過磁鐵支架方便安裝于掘進機上，可快速、有效抑制掘進工作面中的粉塵擴散并將污濁空氣凈化，除塵效率較高，且結(jié)構(gòu)簡單，易于維護，成本低廉，同時濾塵筒材質(zhì)采用阻燃抗靜電工程塑料，負壓吸塵裝置采用壓縮空氣動力源，裝備安全性能高，非常適合在掘進工作面中推廣、應(yīng)用。
【專利說明】一種掘進工作面水幕封塵除塵技術(shù)及裝備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種掘進工作面水幕封塵除塵技術(shù)及裝備，屬于煤礦安全與防塵【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，隨著機械化水平的不斷提高，煤礦井下粉塵的產(chǎn)生量越來越大，尤其在掘進工作面，掘進機在切割煤體或半煤巖時，由于煤體散落和截齒對煤體的擠壓及拋出，將會產(chǎn)生大量粉塵，同時粉塵在工作面壓入式風(fēng)流的影響下，將迅速擴散至工作面迎頭，嚴重污染整個作業(yè)場所。研究表明，當掘進機割煤時，掘進端面粉塵質(zhì)量濃度范圍可達100(T4000mg/m3。粉塵作為煤礦五大災(zāi)害之一，在我國歷史上曾發(fā)生多起煤塵爆炸事故，可造成重大人員傷亡及財產(chǎn)損失。同時，空氣中大量粉塵的存在不僅污染作業(yè)環(huán)境，降低生產(chǎn)場所的能見度，加速電氣設(shè)備的損壞，而且嚴重危害礦井作業(yè)工人的身心健康，輕者可引起呼吸道炎癥、慢性中毒和皮膚病，重者可導(dǎo)致難以治愈的塵肺病。因此，為保證井下作業(yè)人員的身體健康，落實安全生產(chǎn)，必須尋求有效解決掘進工作面粉塵污染問題的技術(shù)途徑。
[0003]當前在國內(nèi)各大中型煤礦中，掘進工作面采取的防塵措施主要以濕式除塵為主，包括煤層注水、巷道水幕凈化、裝巖灑水、掘進機噴霧灑水等。然而，現(xiàn)有的防塵和管理措施存在很大的局限性，效果并不理想。其中，煤層注水對于吸水性差的煤質(zhì)降塵效果很差，注入煤層的壓力水很難沿著煤層的節(jié)理或裂隙向四周擴散并滲入到煤體中的微孔中去，從而達不到預(yù)先潤濕煤體目的；巷道凈化水幕不能從源頭上減小粉塵的危害；而裝巖灑水以及掘進機噴霧，雖在一定程度上對煤塵能夠起到一定的抑制作用，但隨著掘進機的前進，巷道空間中仍然布滿大量微細粉塵，其總體降塵效果并不理想，很難顯著降低掘進過程中的粉塵濃度。
[0004]近年來，國內(nèi)外也研究并開發(fā)了與掘進機配套使用的多種除塵技術(shù)及設(shè)備，如荷電水霧除塵器、干式袋式除塵器、濕式旋流除塵器、自激式水浴水膜除塵器、高壓外噴霧除塵系統(tǒng)、長壓短抽通風(fēng)除塵系統(tǒng)等，當前這些技術(shù)及設(shè)備都具有各自的優(yōu)勢特點，在我國煤礦掘進工作面的降塵應(yīng)用中也均取得了一定成效。例如，荷電水霧除塵器是先用霧化器將水霧化，使其充滿除塵器本體，然后通過電暈放電使水霧荷電，含塵空氣進入荷電水霧區(qū)，處于水霧粒子的包圍之中，塵粒只要接觸水霧粒子的球形電場即被吸附并沉降到輸送皮帶上使物料表面濕潤，此方法對微細顆粒具有一定的捕集能力；自激式水浴水膜除塵器充分地利用流體力學(xué)原理，結(jié)合巧妙的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計，通過節(jié)流引導(dǎo)高速氣流沖擊液面，可產(chǎn)生具有運動軌跡的水幕，水幕可以把含塵氣流中的粉塵顆粒捕獲，被捕獲的粉塵顆粒由于重力增加而沉降，從而得到降塵目的。當前這些除塵技術(shù)主要利用風(fēng)流、水與粉塵的相互作用去尋求實現(xiàn)降塵的目的，然而并不能在粉塵生成的第一時間抑制煤塵顆粒的擴散運動，并迅速將其與運動較快的通風(fēng)風(fēng)流分開，尤其對于不易被捕集且大量存在的呼吸性粉塵(其空氣動力學(xué)直徑均在7.07微米以下)以及粒度更小的微細顆粒粉塵，總體上其降塵效率更低，進而掘進工作面的粉塵濃度仍居高不下，嚴重威脅作業(yè)人員的身體健康。
[0005]此外，現(xiàn)有市場上的大部分除塵設(shè)備還具有自身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積較大且笨重，不易安裝，處理風(fēng)量有限，一次性投資較大，對于瓦斯涌出量較大的工作面，安全風(fēng)險較高等缺點。因此，如何在揭示掘進工作面粉塵運動擴散規(guī)律的基礎(chǔ)上，充分發(fā)揮濕式除塵、通風(fēng)除塵以及物理化學(xué)方法除塵等技術(shù)優(yōu)勢，特別是結(jié)合我國煤礦的具體特點，設(shè)計一種除塵效率較高，且結(jié)構(gòu)簡單，易于安裝維護，成本低廉，安全性能高的除塵設(shè)備，就成為本發(fā)明要解決的關(guān)鍵問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]防止掘進工作面通風(fēng)風(fēng)流中的粉塵擴散，并集中針對呼吸性粉塵以及粒度更小的微細粉塵顆粒進行沉降處理是解決工作面粉塵污染問題的技術(shù)關(guān)鍵。鑒于上述現(xiàn)有【技術(shù)領(lǐng)域】中的實際情況，本發(fā)明旨在提供一種全新的、通用性強、安全性高、可覆蓋整個掘進工作面，并對掘進工作面粉塵進行高效率過濾的設(shè)備。
[0007]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的:本發(fā)明所述的一種掘進工作面水幕封塵除塵技術(shù)及裝備，通過在設(shè)有磁化管路的水幕封塵發(fā)射筒上安裝直射水幕噴頭，將磁化后的防塵用水噴射成由微細顆粒霧滴組成的環(huán)形或橢圓形等適合現(xiàn)場尺寸的異形水幕，并將掘進機在切割煤巖時由于截齒對煤體擠壓或拋出而產(chǎn)生的大量粉塵密封在環(huán)形水幕范圍內(nèi)，避免粉塵隨工作面風(fēng)流而發(fā)生擴散。同時，利用井下壓縮空氣作為動力源的負壓吸塵裝置將密封在環(huán)形水幕中的含塵空氣吸入濾塵筒，在濾塵筒中設(shè)置同時具有細水霧作用的多級過濾網(wǎng)，其中在濾塵筒入口處設(shè)有大顆粒煤塵過濾網(wǎng)，首先將大顆粒煤塵過濾掉，然后在濾塵筒內(nèi)設(shè)置兩級分別針對呼吸性粉塵和粒度更小的微細粉塵的捕集過濾網(wǎng)，過濾網(wǎng)均由阻燃、抗靜電的金屬材料和高分子復(fù)合材料混合編制而成，每級濾塵網(wǎng)的網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)和編織方式均不同，且可方便拆卸更換。在濾塵筒上的噴霧管路上接有負壓吸入管路，可將一定比例的表面活性劑溶液吸入濾塵筒內(nèi)，增加細水霧滴對煤塵捕集能力，從而提高對微細煤塵的除塵效率。濾塵筒內(nèi)的噴霧用水將不同粒度的粉塵顆粒多級捕集后，會流入固液分離集塵器，固液分離器中有可更換除塵袋和過濾網(wǎng)，可將其過濾排出，處理后的潔凈空氣將從濾塵筒尾端排出。
[0008]整個裝備通過磁鐵支架方便安裝于掘進機上，可有效抑制掘進工作面中的粉塵擴散并將污濁空氣凈化，尤其針對呼吸性煤塵以及粒度更小的微細煤塵，其除塵效率較高，且結(jié)構(gòu)簡單，易于維護，成本低廉，同時濾塵筒材質(zhì)采用阻燃抗靜電工程塑料，負壓吸塵裝置采用壓縮空氣動力源，裝備安全性能高，非常適合在掘進工作面中推廣、應(yīng)用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明所述裝備的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖中:1.環(huán)形封塵直射水幕2.工作面含塵風(fēng)流3.水幕封塵發(fā)射筒4.封塵水幕磁化管路5.進水管路調(diào)節(jié)閥6.多級濾塵筒7.大顆粒粉塵過濾網(wǎng)8.呼吸性粉塵捕集過濾網(wǎng)9.微細粉塵捕集過濾網(wǎng)10.表面活性劑溶液噴霧管路11.表面活性劑負壓吸入管路12.氣動負壓吸塵裝置13.氣動吸塵風(fēng)機進氣管路14.進氣管路調(diào)節(jié)閥15.凈化風(fēng)流16.可更換除塵袋17.固液分離集塵器18.可更換過濾網(wǎng)19.過濾出水管路及閥門20.高強磁鐵吸引可調(diào)支架21.支架調(diào)節(jié)閥圖2為本發(fā)明所述裝備的安裝示意圖。
[0011]圖中:1.掘進工作面水幕封塵除塵裝備2.掘進工作面的掘進設(shè)備。

【具體實施方式】
[0012]本發(fā)明的中心思想是利用水幕封塵發(fā)射筒將流經(jīng)磁化管路的防塵用水噴射成由微細顆粒霧滴組成的環(huán)形或橢圓形異形水幕，在掘進工作面產(chǎn)生粉塵的第一時間將其密封在捕集能力較強的磁化水幕范圍內(nèi)，同時利用氣動負壓吸塵裝置將含塵空氣吸入具有多級過濾網(wǎng)和細水霧作用的濾塵筒內(nèi)，首先將大顆粒粉塵過濾沉降在濾塵筒之外，然后再對呼吸性粉塵以及粒度更小的微細顆粒粉塵進行多級濾塵處理，進而將不同粒徑粉塵從通風(fēng)氣流中有效分尚，最終實現(xiàn)聞效除塵的目的。
[0013]下面結(jié)合附圖1、2對本發(fā)明所述除塵裝備進一步說明。
[0014]掘進工作面水幕封塵的除塵技術(shù)及裝備，主要包括水幕封塵系統(tǒng)、多級濾塵系統(tǒng)、固液分離系統(tǒng)和固定安裝系統(tǒng)。
[0015]其中水幕封塵系統(tǒng)包括環(huán)形封塵直射水幕1、對工作面含塵氣流2具有吸塵集流作用的水幕封塵發(fā)射筒3、封塵水幕磁化管路4、進水管路調(diào)節(jié)閥5。首先根據(jù)掘進工作面的現(xiàn)場實際情況，選擇適合工作面應(yīng)用的水幕封塵發(fā)射筒3，保證其所直射出的環(huán)形封塵水幕1能夠完全覆蓋巷道中易于產(chǎn)生大量粉塵的區(qū)域，并能將工作面含塵氣流2密封在水幕中。同時將掘進工作面的防塵用水接入封塵水幕磁化管路4，并調(diào)節(jié)進水管路調(diào)節(jié)閥5，使流經(jīng)磁化管路的防塵用水能夠被水幕封塵發(fā)射筒3噴射成由微細顆粒霧滴組成的磁化水幕。然后利用煤礦井下壓風(fēng)管路中的壓縮空氣作為吸塵動力源接入本發(fā)明裝備的多級濾塵系統(tǒng)。
[0016]多級濾塵系統(tǒng)包括多級濾塵筒6、大顆粒粉塵過濾網(wǎng)7、呼吸性粉塵捕集過濾網(wǎng)8、微細粉塵捕集過濾網(wǎng)9、表面活性劑溶液噴霧管路10、表面活性劑負壓吸入管路11、氣動負壓吸塵裝置12、氣動吸塵風(fēng)機進氣管路13、進氣管路調(diào)節(jié)閥14以及凈化風(fēng)流15。將煤礦井下壓縮空氣通過氣動吸塵風(fēng)機進氣管路13接入氣動負壓吸塵裝置12，并調(diào)節(jié)進氣管路調(diào)節(jié)閥14，使多級濾塵筒6中的吸風(fēng)量滿足現(xiàn)場降塵需求。同時將表面活性劑溶液噴霧管路10與井下防塵用水管路連接好，保證噴霧管路上接有的負壓吸入管路11能將一定比例的表面活性劑溶液和防塵用水混合，并形成對煤塵捕集能力較強的細水霧。然后打開進氣管路調(diào)節(jié)閥14，啟動氣動負壓吸塵裝置12，將密封在環(huán)形封塵直射水幕1中的含塵氣流2吸入多級濾塵筒6中。其中，工作面含塵氣流2中的大顆粒煤塵將被大顆粒粉塵過濾網(wǎng)7阻擋在多級濾塵筒6外，其余擴散粉塵將分別通過呼吸性粉塵捕集過濾網(wǎng)8和粒度更小的微細粉塵捕集過濾網(wǎng)9，在添加有表面活性劑的細水霧作用下進行過濾，過濾后的凈化風(fēng)流15再排到巷道中。濾塵筒內(nèi)的噴霧用水將不同粒度的粉塵顆粒多級捕集后，會流入本發(fā)明的固液分尚系統(tǒng)。
[0017]固液分離系統(tǒng)包括可更換除塵袋16、固液分離集塵器17、可更換過濾網(wǎng)18、過濾出水管路及閥門19。濾塵筒內(nèi)的底部設(shè)有傾斜溝槽，可使除塵噴霧用水流向裝有可更換除塵袋16的固液分離集塵器17，在可更換除塵袋16和過濾網(wǎng)18的作用下進行粉塵與水的過濾分離。其中，固液分離器17的排污出水管路設(shè)有可通入壓縮空氣的防堵沖管，可有效防止排污出水閥門堵塞。被處理后的除塵噴霧用水經(jīng)由過濾出水管路及閥門19排到掘進工作面的水道中。
[0018]整套除塵裝備利用固定安裝系統(tǒng)來實現(xiàn)與工作面掘進設(shè)備的配套安裝使用。裝備可通過高強磁鐵吸引可調(diào)支架20固定在掘進機上，并通過支架調(diào)節(jié)閥21來調(diào)節(jié)裝備的水平角度、仰角以及支架高度，保證其能固定在掘進機上的最有利于除塵的部位。
【權(quán)利要求】
1.一種掘進工作面水幕封塵除塵技術(shù)及裝備，其特征在于，包括: 該除塵裝備主要包括水幕封塵系統(tǒng)、多級濾塵系統(tǒng)、固液分離系統(tǒng)和固定安裝系統(tǒng)四個部分； 水幕封塵系統(tǒng)的特征是，裝備的進風(fēng)吸塵集流部分設(shè)計有水幕封塵發(fā)射筒，發(fā)射筒上安裝有水幕噴頭，可將含塵空氣控制在噴出的直射水幕范圍內(nèi)，從而達到抑制煤塵擴散并除塵的目的； 多級濾塵系統(tǒng)的特征是，利用負壓吸塵裝置將控制在直射水幕范圍內(nèi)的含塵空氣吸入濾塵筒中進行除塵，濾塵筒中安裝有多級細水霧濾塵網(wǎng)，每級濾塵網(wǎng)處理的粉塵粒徑不同； 固液分離系統(tǒng)的特征是，通過濾塵筒內(nèi)設(shè)有的傾斜溝槽，將濾塵筒內(nèi)的噴霧降塵污水匯集至固液分離集塵器，固液分離集塵器內(nèi)裝有可拆卸更換的除塵袋和過濾網(wǎng)，將噴霧降塵污水過濾后由出水管路排出； 固定安裝系統(tǒng)的特征是，除塵裝備的濾塵筒上安裝有高強磁鐵吸引可調(diào)支架，可將裝備固定在掘進機上的最有利于除塵的部位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種掘進工作面水幕封塵除塵方法及裝備，其特征是，水幕封塵發(fā)射筒壁材料采用阻燃抗靜電工程塑料，并連接有磁化管路，防塵用水流經(jīng)磁化管路后被噴射成的封塵水幕由具有磁化效應(yīng)的微細顆粒霧滴組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的一種掘進工作面水幕封塵除塵技術(shù)及裝備，其特征是，水幕封塵發(fā)射筒上的直射噴頭可拆卸更換，且與井下壓縮空氣的進氣管路相連接，可由壓縮空氣吹洗噴頭防止堵塞。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3所述的一種掘進工作面水幕封塵除塵技術(shù)及裝備，其特征是，水幕封塵發(fā)射筒可被設(shè)計成多種形狀，可噴射環(huán)形或者橢圓形等多種適合現(xiàn)場除塵需求的異形封塵水幕。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種掘進工作面水幕封塵除塵技術(shù)及裝備，其特征是，多級濾塵系統(tǒng)的負壓吸塵裝置采用安全可靠的壓縮空氣動力源。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、5所述的一種掘進工作面水幕封塵除塵技術(shù)及裝備，其特征是，氣動負壓吸塵裝置針對掘進工作面不同的粉塵污染情況，具有吸風(fēng)量可調(diào)節(jié)功能，節(jié)約能耗。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種掘進工作面水幕封塵除塵技術(shù)及裝備，其特征是，濾塵筒內(nèi)的多級細水霧濾塵網(wǎng)包括大顆粒粉塵過濾網(wǎng)、呼吸性粉塵捕集過濾網(wǎng)和粒度更小的微細粉塵捕集過濾網(wǎng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、7所述的一種掘進工作面水幕封塵除塵技術(shù)及裝備，其特征是，每級濾塵網(wǎng)的網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)和編織方式均不同，且由阻燃、抗靜電的金屬材料和高分子復(fù)合材料混合編制而成，可拆卸更換。
9.根據(jù)權(quán)利要求1、7、8所述的一種掘進工作面水幕封塵除塵技術(shù)及裝備，其特征是，濾塵筒內(nèi)的細水霧中均通過負壓吸入管路添加有不同濃度的表面活性劑溶液。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種掘進工作面水幕封塵除塵技術(shù)及裝備，其特征是，除塵裝備采用的高強度磁鐵支架可以旋轉(zhuǎn)和升降，使裝備的水平角度和仰角均可以調(diào)節(jié)，保證其能固定在掘進機上的最有利于除塵的部位。
【文檔編號】E21C35/22GK104265289SQ201410489801
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月24日
【發(fā)明者】聶百勝, 李祥春, 孟筠青, 郭建華, 王春亮, 趙璧 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)(北京)