掘進機機載除塵風機的改進

霍宏贍

（山西西山煤電股份有限公司西曲礦， 山西 古交 030200）

引言

井下工作面煤（巖）巷道的掘進依賴于掘進機的高效工作，而掘進機機載除塵風機是掘進過程中一種有效的除塵設備。但現有的掘進機機載除塵風機在掘進過程中仍存在諸多問題亟待解決，如除塵風機體積龐大、工作時噪聲污染嚴重和存在爆炸隱患等。基于上述問題，提出了有針對性的改進措施，并將改進后的除塵風機應用于井下掘進現場。

1 掘進機機載除塵風機存在的問題

我國煤礦當前掘進工作面所采用的掘進機機載除塵風機葉片為鋁制品，基本采用電動機驅動的除塵風機。這種驅動方式下的除塵器不僅體積龐大、噪聲污染嚴重，而且電驅動需要相關的配套開關和電纜，存在很大的爆炸隱患。不合理的除塵器旋風導流體結構會引起尾部渦流，從而引起氣體流動紊亂，降低除塵器除塵效率。此外，掘進機的除塵器常常發(fā)生故障，從而影響井下工作面掘進速度且增加了設備維護成本。

2 改進措施

2.1 除塵器工作原理的改進

改進后的除塵器使用液壓馬達驅動，其工作原理為：風機葉輪在液壓馬達的驅動下做高速旋轉運動，從而產生能將含粉塵的風流吸入除塵器的高負壓。隨后，由噴霧器產生的水霧與含粉塵的風流在噴霧器附近混合并進入風機，并且兩者間的混合程度和相互作用通過風機葉輪的攪動而進一步增強。接著，在風機作用的影響下，含水、塵混合物的風流進入旋風導流體，且做高速旋轉運動。高速旋轉運動的水、塵混合物通過與水霧粒子相互作用而沉降，未沉降的微粉塵粒子在高速旋轉的離心作用下附著在除塵器筒壁上，且與運動的水膜相混合而沉降，從而將粉塵完全沉降后經排污管排出，以達到降低粉塵濃度和凈化風流的效果。

2.2 除塵器除塵方式的改進

將當前較低除塵效率、較弱處理粉塵能力、較多壓力損失的落后除塵機理改進為掘進機液壓驅動機載除塵器的高除塵效率、強大處理粉塵能力、較少壓力損失、維護成本低的直流濕式旋風除塵的機理。改進后的除塵機理通過將高強度旋轉運動施加于經初步噴霧除塵沉降了較大粉塵顆粒的風流中，從而使得風流中剩余的較小粉塵微粒與空氣中的水霧以及在除塵器筒體壁附著的水膜發(fā)生劇烈的相互作用。通過相互作用，較小粉塵微粒被聚集成較大顆粒沉降或吸附于水膜上，從而進一步凈化了風流并降低了風流中的粉塵濃度[1]。

除塵器選用能夠滿足掘進機供油能力條件的液壓馬達為其提供動力，且選用的液壓馬達應與掘進機液壓系統(tǒng)的供油泵相匹配。基于此，具備雙向旋轉性能的液壓馬達被選用，其相關參數如表1 所示。

表1 液壓馬達參數

此外，確定了除塵器處理風量的上限被定為180 m3/min，以保證其較強的處理風量能力。為根據井下現場的具體使用情況確定除塵器實際運行時的處理風量的多少，調節(jié)并改變其液壓馬達的供油量以達到調節(jié)和改變風機轉速的目的。風機與除塵器形成一個整體，因此風機葉片也需要進行改進。在此，風機葉片選用符合MT113-85《煤礦井下非金屬制品（聚合物）安全性能檢驗規(guī)范》要求的塑料風機葉片，以確保風機在運行中無摩擦火花，避免了爆炸隱患[2]。

2.3 除塵器旋風導流體的改進

除塵器旋風導流體是控制進入除塵器內部的含粉塵污風風流旋轉強弱的重要元件，其性能參數的高效性與合理性將會大幅度提高除塵器的降塵效率。因此，將除塵器旋風導流體改進為使用繞轂安裝的方法固定葉片，這種安裝方法會使氣流產生旋轉運動。此外，導向葉片與軸線夾角的大小是影響旋流器工作效率的重要參數，在改進過程中對其最佳夾角的模擬試驗和精確，得到45°為兩者間的最佳夾角度數。改進后的除塵器旋風導流體結構如圖1 所示。

圖1 改進后的除塵器旋風導流體的結構

2.4 除塵器噴霧器的改進

安裝在除塵器內部的噴霧器難以對其進行清洗或更換，而現用的噴霧器又不具備良好的防堵塞性能。此外，井下一般采用靜壓水對除塵器進行供水，其供水水壓相對較低，而現用的噴霧器也不具備優(yōu)良的低壓噴霧性能。基于此種情況，改進后的噴霧器采用旋渦式噴霧體的結構，此種噴霧結構張角大、流量大和霧化程度高，性能優(yōu)良。

2.5 整體結構的改進

改進后的除塵器采用在進風位置設置噴霧器、抽吸風機以及旋風導流體，在除塵位置設置脫水器的整體結構，從而將抽風、除塵和脫水結合成整體，此種整體結構能夠大幅度縮短除塵器的長度，減小整體體積。改進后的除塵器整體結構的技術參數如表2 所示。

表2 改進后的除塵器整體結構的技術參數

3 現場應用

對改進后的掘進機機載除塵風機在井下綜采工作面開拓巷道的作業(yè)中進行了現場應用，并與其改進前的使用效果進行了對比。應用效果對比如下：掘進機正常工作時，掘進機司機處的粉塵質量濃度由改進前高達約900 mg/m3降低至改進后僅為60 mg/m3，降幅達93.3%。掘進機后部距掘進機25 m 處的粉塵質量濃度則在改進前約由改進前的275 mg/m3降低至改進后30 mg/m3，降幅達89.1%。現場應用效果表明：改進后的掘進機機載除塵風機能夠大幅度降低巷道風流中的粉塵濃度，極大地保障了井下工人的健康水平。此外，改進后的掘進機機載除塵風機體積大幅度減小，且故障率得到了有效降低，降低了維護成本和工人勞動強度，現場應用效果良好。

4 結論

改進后的掘進機機載除塵風機被應用于井下綜采工作面開拓巷道的作業(yè)中，不僅大幅度降低了掘進面巷道風流中的粉塵濃度，而且極大地保障了井下工人的健康水平，現場應用效果良好。