露天礦鉆機干式除塵系統的日常管理與維護

趙海強

（中廣核鈾業發展有限公司，北京 100102）

目前國內外鉆孔設備的粉塵治理工作主要有除塵器負壓干式除塵和噴霧注水濕式除塵。經可靠部門（德國DMT檢測中心）進行對比發現，噴霧除塵效率為75%，干式除塵器除塵效率為99%。結合實際使用情況，除塵系統負壓除塵相比噴霧注水除塵效率要高得多。為進一步提高我礦工作面粉塵的治理水平，鉆孔初期使用干式除塵以遏制大量粉塵溢出，而鉆孔中后期則使用濕式除塵以降低干式除塵系統的故障率[1,2]。隨著除塵系統運行小時的增加，其中干式除塵系統產生的故障率比較高。針對鉆機干式除塵存在的問題，進行日常維護保養是維修部門進行預防性維修的一個重要維修項目。本文通過對干式除塵系統日常存在的故障及問題進行了統計分析，制定了一套科學合理的管理、維修和改進辦法，即增加了除塵系統運行的穩定性又節省了維修成本[3]。

1 干式除塵系統簡介

下面以卡特彼勒MD6290為例來介紹干式除塵的工作原理，其余鉆機的工作原理與MD6290相類似，下面不在進行逐一介紹。MD6290多功能鉆機（鉆桿可以配裝牙輪鉆頭或者潛孔鉆錘）干式除塵采用了氣旋式原理，通過風扇/過濾裝置/真空管吸除鉆孔區域的鉆屑。工作原理如圖1所示。

除塵系統的主要部件包括：齒輪式液壓泵、除塵馬達、風機、吸塵軟管、排塵軟管、集塵器、除塵濾芯、隔膜脈沖閥（氣動沖洗）、隔塵罩、穩桿器襯套、擋塵簾、擋塵簾油缸[4]。

除塵系統的工作原理是從空壓機輸出的壓縮空氣（約80psi～100psi）將巖屑粉塵反吹至擋塵簾內，厚重的鉆屑則會倒流集中在鉆孔周圍[5]。同時泵驅動馬達、馬達再驅動風葉將鉆孔內排出的粉塵吸入集塵箱內，氣流在集塵箱內形成旋流，大顆粒粉塵被甩到筒壁上，向下流入排塵軟管。較小顆粒的粉塵隨氣流流經褶皺紙質濾芯時會被過濾，并積存在濾芯上。經過過濾的干凈空氣由排風口排出。由于除塵風扇工作時風扇向外吸風，在集塵桶內形成負壓，排塵軟管由于吸力的作用會閉合。當進入排塵軟管的粉塵較多時，粉塵會因自重較大打開排塵軟管袋口，排出。

圖1 干式除塵系統

干式除塵器是利用沖擊振打的方式進行清灰的，而且清理的灰塵大部分是干粉裝。隔膜脈沖閥反沖洗清潔旨在最大限度的延長除塵濾芯的使用壽命，它是自動并按照順序進行的。只要鉆機在運行，氣動沖洗會以一個持續的清潔周期進行工作循環。在凈化過程中，電磁閥將通電，使相應的隔膜閥經由空壓機產生的壓縮空氣（50psi）產生振打，系統設計可觸發一系列空氣脈沖，并按照預設的時間間隔一次清洗一個濾清器。

影響粉塵的因素：

巖渣中粉塵產生的多少，與鉆機的技術性能和材質結構、巖石的物理機械性質、穿孔工作參數、排渣風量、鉆頭的種類和材質、進給壓力、回轉速度等有關。

鉆孔時大致可以分為四個階段：

第一階段，當進給壓力小于某一臨界值時，巖石破碎僅具有表面研磨的性質。這個階段鉆進速度很低，而比功耗（鉆進單位體積巖石所消耗的能量）卻很大。這個階段產生的巖渣基本是粉塵；

第二階段，當進給壓力超過臨界值后，巖石進入疲勞破碎過渡階段。此時鉆進速度開始緩慢增加，比功耗明顯下降。這個階段產生的巖渣粉塵開始減少，顆粒裝巖渣增多；

第三階段，當進給壓力使鉆頭施加在巖石上的壓力大于巖石的抗壓強度時，鉆頭割刃開始壓入巖石進行破碎，切割的厚度和鉆進速度會隨著進給壓力的增大而直線上升，比功率此時繼續下降，這個過程被稱為鉆銷破巖階段。這個階段粉塵繼續減少，顆粒巖渣繼續增多。這個階段是粉塵產生最少的階段；

第四階段，當進給壓力超過某極限值后，鉆頭的磨損加快，鉆進速度也不會再增加，甚至出現下降，比功耗開始增加。這個階段稱為阻塞階段。與第三階段相比，這一階段的粉塵增加，顆粒裝巖渣減少。

結論：鉆進過程中，進給壓力應保持在鉆銷破巖階段進行正常的鉆進作業，此階段產生的粉塵最少，比功率消耗最少。

2 除塵系統常見故障匯總

（1）除塵濾芯堵塞，造成除塵效果差。露天礦使用的鉆機所配套的空壓機排量是非常大的（MD6290空壓機排量為43m3/min），鉆孔中排出鉆屑多，造成干式除塵裝置工作負荷大，例如：除塵濾芯極易發生堵塞失效。在鉆機工作時，經常性會看到大量的巖粉從擋塵簾四周溢出，從而在鉆機周圍會形成一個好幾米的塵霧團（如下圖所示），能見度有時不足3m，使得鉆機作業人員及附近作業人員深受粉塵之害。

圖2 除塵系統運行現場

（2）隔塵罩、穩桿器襯套或者鉆桿磨損過限（機構工作協調性被破損），喪失密封性能或者密封性能下降，造成平臺處冒塵。

（3）擋塵簾封閉不嚴，無法為干式除塵系統形成密閉的空間，造成大量粉塵從縫隙中溢出。例如：作業區域道路崎嶇不平，為了找平鉆機，支平千斤伸出太長，造成擋塵簾與地面之間存在較寬的縫隙；擋塵簾破損/撕裂/尺寸短。

（4）吸塵軟管內淤積了大量的障礙物，如泥塊、沙石，造成進氣受阻，吸力下降，從而造成除塵效果差。情況嚴重時巖粉還會倒流回孔內，影響穿孔效率，縮短鉆頭的使用壽命。

（5）排塵軟管破損，密封效果差，無法保證集塵器內部形成真空狀態，造成吸力下降，以至于除塵效果差。

（6）空壓機油氣分離器濾芯失效，壓縮空氣中帶有大量的空壓機油，形成的油泥被吸入除塵濾芯內同樣會堵塞濾芯，造成除塵差。

（7）除塵濾芯隔膜脈沖閥（氣動沖洗）壓力不足或者脈沖時間間隔調整不當，無法實現濾芯自凈功能，加速了濾芯的堵塞，造成除塵效果差。

（8）因干式除塵系統故障頻繁，處理起來占用的時間較長，司機對于此類故障也就見慣不怪了，不愿意經常上報故障。長此以往，集成器內淤積了大量的粉塵，日積月累形成了惡性循環，導致除塵系統工作狀況不佳，給人們普遍留下鉆機除塵差的印象。

（9）受地質影響，部分區域巖石強度小，鉆機的鉆進速度快、巖粉粒度大，所以沉降在擋塵簾內的巖粉比例太大。由于吸塵能力以及擋塵簾容積有限，沉降的巖粉很快會堆滿擋塵簾內部空間，以至于部分巖粉反復掉落在鉆孔內，加劇了鉆桿的磨損。部分巖粉還會堵塞吸塵軟管，大大降低了系統的除塵能力。

3 除塵系統日常維護事項

（1）排塵軟管。確認位于集塵器底部的排出軟管在排塵錐體上固定完好。此軟管上應無洞眼，當集成器形成真空狀態必需能夠保持密封。當濾芯清潔完畢后，此軟管會在壓縮空氣每次回脈沖的同時瞬間打開。

（2）吸塵軟管。從擋塵簾內部通向集塵器的吸塵軟管內不得積聚大量的障礙物，如板結的灰塵或泥塊。同時吸塵軟管不得存在大幅度的彎曲或扭結。

（3）除塵風機。平時操作者應注意觀察風機的排氣口，正常情況下應當看不見有灰塵從風機外殼的排氣口排出。如果有大量灰塵排出，應當立即更換除塵濾芯，否則還會對風機葉片造成損壞。

（4）除塵濾芯。平時操作者應傾聽濾芯的脈沖信號，應當每隔幾秒鐘進行一次急脈沖。若果通向集塵器的供氣管路上裝有壓力表，確認空氣脈沖的最大壓力應與維修手冊相符。日常點檢、保養只要條件允許就應當通過隔膜閥的振打對其進行清潔，清潔過程中風機應保持關閉。這項操作可以在每次鉆進循環完成后進行，也可以和鉆桿更換、鉆孔轉移同時進行。打開集塵器箱體檢查除塵濾芯，如果出現污染（油液或者泥漿污染）、塌架或孔洞時必須進行更換。移除除塵濾芯底部螺母時，濾芯應向下掉落，如卡住不動，則說明濾芯已完全堵塞。

（5）擋塵簾/隔塵罩/穩桿器襯套/鉆桿。日常應檢查塔架底部相連接的鉆桿密封裝置以及擋塵簾是否完好無損，如有損壞或者磨損過限應及時更換。隔塵罩為易損件，鉆孔過程中經常與鉆桿發生摩擦，當間隙大于10mm時應及時更換。將鉆頭、穩桿器提至隔塵罩位置時，應緩慢操作，避免對隔塵罩造成損壞。將鉆頭、穩桿器提至隔塵罩位置時禁止鉆桿回轉，否則會嚴重破壞隔塵罩。選用不同廠家的鉆桿混搭時，必需注意其規格、型號、強度等級、尺寸（特別指直徑）、絲扣等保持一致，否則會使穩桿器襯套、隔塵罩磨損不均而縮短它們的使用壽命。

圖3 除塵風機設備

（6）擋塵簾升降油缸。油缸損壞或者動作失靈時必須及時更換或維修，因為油缸工作的好與壞直接關系到擋塵簾的使用壽命及維修效率，否則遇到不平的地表或者地表上有其它物體時會將擋塵簾刮壞。

（7）除塵濾芯隔膜脈沖閥清灰周期及清灰時間的調整。此項工作是左右除塵系能和運轉狀況的重要因素。因此，必須對粉塵性質、含塵濃度等進行慎重地研究，并根據不同的清灰方法來決定清灰壓力、循環周期和時間間隔。

（8）回轉小車滑道間隙。回轉小車導向組件與塔架主鋼架之間間隙總和應保持允許范圍內（2mm～3mm），否則無法保證鉆進部分的運動精度，會加速隔塵罩、穩桿器襯套以及鉆桿之間的磨損。（注：對于獨立高度約16m～22m的塔架，如果滑道間隙超標，鉆進時在鉆頭處的圓周位移量將增大好幾倍，極易導致回轉部件的磨損，同時還會造成連接螺栓及結構件的損壞，對鉆架部分的受力更為不利，甚至造成塔身折斷）。

特別說明：除塵系統的作用是盡可能的收集鉆孔過程中排出的灰塵，改善作業現場的空氣質量，減少污染。但是，由于設備作業的地點是露天的野外環境，且設備作業時有大量灰塵被高壓吹出，系統不可能100%的收集灰塵，要達到五星級酒店空中花園的空氣質量是不可能的。所以請不要將鉆機的除塵系統和家用吸塵器做對比。鉆機作業的過程中產生一定的灰塵是正常的，這正如一臺飛機，我們不能因為它存在噪聲就說它存在故障，甚至禁止它起飛。如果您是在室內使用一臺電視機，那么它將不會產生灰塵。

4 禁止使用干式除塵的情況

①下雨天氣。②下雨過后開孔階段。③地面有積水或稀泥。④含水巖層。⑤鉆孔后排出的巖渣較潮濕的巖層。

5 除塵系統改造方案

（1）重新設計擋塵簾的結構。湖山礦區的擋塵簾材質均為硬質膠皮。為了延長擋塵簾的使用壽命，將其設計成剛柔并濟的結構，即剛性擋塵簾的下端連接著柔性罩。柔性罩的中部應安裝鋼筋骨架，可防止擋塵簾中的負壓將罩體吸癟。柔性罩的下端應鑲有沉鐵，柔性罩下放后沉鐵接地，保證了柔性罩接地密封性。為了增強柔性罩對不平地表的適應性，在沉鐵的下面應安裝一定寬度的裙邊。柔性罩接地后，裙邊可將沉鐵與地表間的縫隙密封好。

（2）加大擋塵區域的空間，在現有的基礎上盡量向左、向右、向前、向后做擴大延伸，讓吹出的粉塵在較大的空間里回旋沉降，以緩解集塵器中的吸入量和粉塵從擋塵簾縫隙中的溢出量。

（3）多數鉆機均采用二級干式過濾，建議生產廠家多加裝一套物理過濾器，即在集塵器（除塵濾芯）前再增加一套預濾沉降器。這樣空氣中較大質量的顆粒物就會發生二次沉降，而除塵濾芯只需針對空氣中的更為細小微粒進行攔截，從而可以大大延長其使用壽命，節約維修成本。（由于每種鉆機的空間尺寸不一樣，此建議僅供參考）。

（4）加大風扇吸力一定會彌補除塵系統其它方面存在的不足，但是帶來的后續問題也有很多。例如：增大風扇吸力意味著其體積就得加大，馬達功率也得加大。對應的其它問題如液壓泵的排量、除塵濾芯的納垢容量及過濾能力、安裝空間等是否能滿足改進要求。綜上所述要想進行此方面的技術改造，必須要設計制造廠家對除塵系統的主要參數進行重新校核計算（負壓、功率、效率、阻力等），并對整體結構進行改進。

（5）鉆桿隔塵罩由于各種形式的磨損以及受鉆進時的垂直度影響，經常使密封元件磨損不均勻而縮短壽命。根據現場的維修經驗，牛筋材質隔塵罩的使用壽命相對普通橡膠材質要用的更久一些，所以建議優先選用優質的牛筋隔塵罩。如下圖所示。

圖4 牛筋隔塵罩

（6）建議將除塵濾芯替換為除塵布袋。依據國內其它礦山的使用效果，布袋過濾器在過濾精度、過濾能力、清洗維護等方面的性能更加優越。同時還可以通過增多布袋的數量、改進流通管道的方法以擴大納垢容量和減少進氣阻力。為了滿足生產需求，采購優質的除塵布袋至關重要。布袋應符合以下的要求：①具有良好的透氣性，納垢容量必需足夠大；②具有一定的機械強度，不致因壓力的作用而破壞；③抗高溫、抗腐蝕性要強；④必須易于清灰，以延長其使用壽命；⑤盡量選用可以反復清洗的布袋，以節約維修成本的投入。

6 結語

根據現場大量實踐證明，干式除塵的預防性維修與發生概率幾乎成反比，只要把平常的日檢及保養維護做精做細，實時處理所發現的問題，除塵系統每個部件的均可達到正常的使用壽命。本人在‘除塵系統改造方案’編寫過程中參考了大量的文獻資料，仍需不斷實踐才能在干式除塵系統中大規模推廣使用。