礦用自動化干式除塵器的研制與應(yīng)用分析

鄒志剛

（大同煤礦集團同家梁礦，山西大同 037000）

0 引言

在礦井的開采過程中會在巷道內(nèi)產(chǎn)生較多的粉塵，粉塵的濃度相當高，粉塵中的呼吸性粉塵含量以及濃度也比較高，呼吸性粉塵與總粉塵濃度的比例關(guān)系為：煤塵1∶22.3；巖塵1∶4.6。正是因為呼吸性粉塵是導致塵肺病的主要原因，尤其在巖塵的危害性要遠遠高于煤塵的危害性，所以在巖巷掘金的過程中會產(chǎn)生更多的危害[1]。當前針對粉塵進行凈化的手段主要是采用較為普遍的濕式除塵凈化法進行粉塵的凈化處理。尤其在粉塵濃度高于1 000 mg/m3的情況下，會產(chǎn)生遠高于國家規(guī)定標準的總粉塵以及呼吸性粉塵排放濃度。同時因為濕式除塵設(shè)備的使用過程中會使用到相當數(shù)量的水，同時這些水資源的排放會嚴重影響到施工現(xiàn)場的環(huán)境，加劇礦井巷道內(nèi)部交通狀況，影響整個礦井開采的施工進程，尤其在巷道內(nèi)部坡度較大的情況下很可能造成巷道內(nèi)部交通的嚴重癱瘓，甚至導致巷道內(nèi)的事故發(fā)生[2]。

在所有的濕式除塵設(shè)備中以袋式除塵設(shè)備使用較為普遍，這一種除塵設(shè)備相對來說除塵效果較好，可以針對各種細小微粒的粉塵進行收集，這種除塵設(shè)備是應(yīng)用較為普遍的干式除塵設(shè)備，進而發(fā)展成為粉塵控制以及國內(nèi)大氣控制的主要運用設(shè)備。在地面的工業(yè)開采過程中為了更好地進行粉塵控制需要使用干式的先進除塵設(shè)備，在煤礦的開采過程中也需要廣泛的使用這一類設(shè)備，因此需要針對礦井的開采環(huán)境進行針對性的完善，進行干式除塵設(shè)備的集成化以及自動化改進方面的研究，實現(xiàn)除塵效率的盡可能增加，同時實現(xiàn)操作人員的方便簡單化操作，這方面的研究同時還能較少設(shè)備維護操作的工作量[3]。

1 緊湊型自動化煤礦用干式除塵器

（1）針對干式除塵設(shè)備的濾布進行設(shè)計，提高濾布的過濾效果：通過改進其中的有效過濾面積S，進而在除塵風量沒有太大變化的情況下盡可能降低除塵器自身的體積。

除塵設(shè)備中濾袋是除塵設(shè)備的關(guān)鍵組件，同時保證除塵器濾袋過濾性能不發(fā)生較大變化的情況下，需要除塵設(shè)備處理量增大就需要適當?shù)脑黾訛V袋數(shù)量，于是除塵設(shè)備自身的外部整體體積增大。在除塵設(shè)備自身除塵風量不變的前提下盡可能減少設(shè)備的體積，做到有效集成化設(shè)計，與此同時進行除塵風網(wǎng)濾布的設(shè)計，做到過濾風速以及過濾面積的有效控制[4]。

在德國CFT公司研究開發(fā)的一項關(guān)于高風量處理的褶皺型過濾布之后，實驗表明此種過濾布能夠有效提高濾網(wǎng)自身的過濾風速，在某種程度上降低了濾網(wǎng)自身的壽命，同時降低了濾網(wǎng)的過濾效果，但從整體角度進行分析，新型濾網(wǎng)的使用大大提高了過濾的風速，使其提高了30%以上；對濾布的結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中采用新型的褶皺設(shè)計能有效提高濾布自身的有效面積。使用這種濾布設(shè)計的礦用除塵設(shè)備以及德國CFT開發(fā)的干式除塵器在面積以及除塵風量均相等的情況下，相比于之前的長度少了大約23%。

（2）在對礦井內(nèi)部巷道使用的濾袋進行設(shè)計的過程中需要考慮到其中的空間面積，使用濾布框以及旁插結(jié)構(gòu)更加便利了維修工作人員的維護以及檢修。因為濾網(wǎng)的更換過程中需要在較大的空間范圍內(nèi)進行，但是因為礦井自身的寬度以及高度有限，不能一味地增加，因此為了內(nèi)部行人以及物料運輸?shù)男枰锏缹挾认鄬τ诟叨榷陨晕⑤^大一些，所以在礦井巷道內(nèi)部為了設(shè)備的使用以及維護，采用旁插式結(jié)構(gòu)的設(shè)計目的是在除塵設(shè)備的一側(cè)實現(xiàn)設(shè)備濾網(wǎng)水平方向的拆裝，這種拆裝方式相比于從除塵設(shè)備上部的拆裝而言，能夠節(jié)省更多的力氣[5]。

（3）濾布連續(xù)性過濾的過程通過連續(xù)式的灰塵氣動清洗完成。干式除塵設(shè)備的主要工作環(huán)節(jié)就是濾網(wǎng)的清灰作業(yè)，目的是將一定流量以及壓力的空氣噴到濾布上，這些空氣屬于壓縮空氣，能有效地將濾布上的粉塵快速去除。灰塵的清理存在離線以及在線兩種清理方式。在離線的清理過程中過濾工作已經(jīng)停止，所以說不會產(chǎn)生灰塵的二次吸附，這就大大便利了灰塵的有效降落。但是在礦井巷道內(nèi)部灰塵的清理過程中很容易出現(xiàn)用氣量的不足，清理過程存在的一些缺點難以有效彌補：礦井內(nèi)部掘進工作與灰塵的過濾過程是同步進行的，在過濾作業(yè)完成后進行清灰作業(yè)需要消耗大量的空氣，于是除塵設(shè)備在清灰過程中就很難確保相當?shù)娘L量。為了進一步保證清灰工作中的風量足夠需要進行在線方式的清灰作業(yè)。因此需要在掘進機的工作以及掘進工作過程中采用連續(xù)方式的清灰作業(yè)大大減少了工作人員的工作量。為了更好地確保煤礦開采過程中的安全性需求，使用氣動方式進行清灰作業(yè)，同時使用壓縮空氣為動力源進行清灰作業(yè)[6]。

儲氣罐、脈沖閥、脈沖控制儀以及減壓過濾裝置等構(gòu)成了連續(xù)在線式的氣動清灰系統(tǒng)。該系統(tǒng)的工作原理如圖1所示，在除塵器正常工作狀態(tài)下，通過減壓裝置將壓縮空氣收集，然后空氣經(jīng)過過濾裝置后進而到除塵器的儲氣罐中，同時在控制儀器不產(chǎn)生信號時就會關(guān)閉脈沖閥；在控制儀器輸出一定的信號到控制閥后就會接著進行控制閥的操作，實現(xiàn)控制閥外氣體的卸壓，進而導致壓力的急劇下降，壓力膜片兩端產(chǎn)生一定的壓力差，同時按照一定的順序開啟脈沖閥，壓縮空氣就會在此時經(jīng)過脈沖閥與吹管噴出，同時在誘導器的作用下，高速噴出的氣體會產(chǎn)生相當?shù)男Ч等霝V袋，進而在濾袋內(nèi)產(chǎn)生瞬間的正壓效果，進而實現(xiàn)連續(xù)式的自動清灰操作。

圖1 氣動在線連續(xù)清灰系統(tǒng)原理圖

國內(nèi)礦井巷道生產(chǎn)需要進行噴吹操作，而噴吹壓力需要達到0.45 MPa。與此同時還需要針對開采過程中的粉塵性質(zhì)，采用控制儀進行噴吹周期以及時長控制。當其中的粉塵濃度較大以及粉塵顆粒較小、粉塵粘附性較強的情況下，可以選用較小的噴吹周期以及較長的噴吹時長；當其中的粉塵濃度較低以及粉塵顆粒較大、環(huán)境相對較干的情況下，可以適當?shù)倪x用較長的周期以及較短的噴吹時長[7]。

（4）采用排灰裝置實現(xiàn)輸送機定點排灰的連續(xù)操作。

在刮板輸送機上安裝排灰裝置進行連續(xù)性的排灰操作，該排灰結(jié)構(gòu)如圖2所示，該裝置的高度相對較小，于是就能很好的使用到較高的煤礦開采巷道內(nèi)部。裝置的工作過程如下所述：通過電機進行輸送鏈的驅(qū)動，然后粉塵就會沉降到運輸槽內(nèi)，進而將粉塵輸送到尾端輸送機，通過尾部的輸送桿以及集塵袋進行粉塵的收集。當集塵袋中的粉塵收集到一定的程度后更換新的集塵袋，然后進行粉塵的集中處理，這樣的工作過程很好的實現(xiàn)了粉塵的定點收集過程，同時還不會產(chǎn)生二次的粉塵污染。

圖2 刮板輸送機排灰裝置

集塵袋上方同時安裝卸灰閥門，正常工作情況下卸灰閥處于開啟狀態(tài)，通過除塵器的過濾以及粉塵的持續(xù)性清洗，更多的灰塵源源不斷地匯集到集塵袋中。當工作一段時間后就需要及時更換集塵袋，更換集塵袋的過程中首先關(guān)閉卸灰閥，之后換掉原有的集塵袋，然后旋轉(zhuǎn)卸灰閥開啟。同時需求確保設(shè)備的工作過程中除塵器具備相當?shù)拿芊庑裕_保外部空氣不會進入除塵器對正常的過濾工作產(chǎn)生干擾。

2 應(yīng)用情況

2.1 巷道基本條件

在某個礦井開采巷道中巷道的寬度為5.6 m，巷道的高度為4.8 m，巷道截面積為22 m2。礦井的開采過程中使用掘進式的操作方式進行巷道巖石的開采工作。巷道內(nèi)部巖石主要由泥巖、粉砂巖、細砂巖以及砂質(zhì)泥巖等構(gòu)成[8]。

2.2 除塵效果

除塵工作的過程中先后進行了5次的巷道內(nèi)部粉塵效果測定，得出的測試結(jié)果如表1所示。

表1 除塵效果測定

粉塵通過除塵器出口以及總塵處理后能夠?qū)崿F(xiàn)將近99%的除塵效率，除塵器位置的除塵效率相對較低，這就是除塵風量不足導致的，同時還會造成礦井開采過程中的粉塵不會完全進入除塵設(shè)備中，于是相當?shù)姆蹓m不能及時進入到吸塵器中，然后產(chǎn)生了擴散的問題，接著在除塵器負壓以及風筒的附壁作用下，粉塵進一步擴散到道內(nèi)部，然后回折流回除塵器中。

3 結(jié)束語

（1）通過設(shè)計的褶皺結(jié)構(gòu)以及過濾風速的提高兩種手段，進一步降低了干式除塵設(shè)備的體積；

（2）采用線性粉塵清理設(shè)備以及技術(shù)很好地實現(xiàn)了過濾工作與自動清灰的同步進行，這樣就大大減少維修人員的實際工作量；

（3）在煤礦巷道內(nèi)部有效利用了空間，使用刮板輸送機的特定結(jié)構(gòu)進行排灰的自動進行，同時還能很好地避免二次污染。