干式除塵器在綜掘工作面的應用

項 杰 石 洋

（三一重型裝備有限公司，遼寧 沈陽 110027）

0 背景

目前煤礦用掘進機尤其是硬巖掘進機工作時，綜掘工作面粉塵濃度非常高，嚴重影響工人的作業視線，導致工作效率低，事故率高，更主要的是粉塵顆粒直接威脅到工人的身體健康，煤礦每年直接接觸粉塵工作的人員塵肺病發生率為9.7%。當配套采用濕式除塵器時，不但除塵效果達不到要求，而且在使用過程中需要大量用水，約40L/min，大量用水會造成底板的破壞和巷道環境的二次污染，因此如何有效解決綜掘工作面粉塵污染、提升工人作業環境的問題，已經逐步成為制約巷道掘進技術發展的瓶頸。在這個背景下，干式除塵器[1]的研發及與掘進機配套使用登上歷史舞臺，經驗證，使用干式除塵器時綜掘工作面的除塵效率可得到較大的提升，本體除塵效率達99%以上，環境除塵效率達95%以上。

1 亮點介紹

干式除塵器具備除塵效率高、噪聲低、阻燃抗靜電、一鍵清灰等亮點。除塵效率高：經安標中心檢測，總除塵效率為99.5%以上，呼吸性粉塵除塵效率為96.2%以上，巷道環境除塵效率為96%以上，除塵效率與進口干式CFT水平相當，成本較進口干式（CFT）降低80%以上。噪聲低：風機采用二級消音器，噪聲檢測78.4dBa，遠低于標準值85dBa。阻燃抗靜電：濾筒采用不銹鋼骨架和抗阻燃材質的濾材，使用壽命可達到1年及以上且具有阻燃的特性，因濾筒結構具備靜電釋放線，所以可將靜電及時釋放，同時濾材采用合理的褶皺式結構，在體積不變的情況下可使效過濾面積增加3～5倍。一鍵清灰：除塵器采用脈沖式控制閥的氣動系統，可通過外部接入0.5MPa～0.7MPa的氣源，當壓力表顯示壓力達到0.5MPa時，通過手動啟動清灰按鈕來打開脈沖閥，通過氣路系統產生的瞬時高壓氣體為濾筒清灰。

2 工作原理

干式除塵器的除塵原理[2]是利用除塵器后置軸流抽出式風機運行的動力，將含有粉塵的空氣由進氣口吸入除塵器，通過過濾元件對含有粉塵的空氣進行過濾，最終粉塵顆粒被阻擋在過濾元件外，潔凈的空氣則通過過濾元件從抽出式風機后側排出。當濾筒的褶皺式濾材上的灰塵積聚到一定數量時，會產生較大的阻力，使除塵效率降低，這時需要啟動清灰按鈕，通過手動啟動清灰按鈕打開脈沖閥，使氣路吹掃系統工作，每個按鈕對應控制氣路系統中的一條管路，一條管路又分別對應一排濾筒，所以要完成整個除塵器的清灰工作，須一次開啟每個清灰按鈕。清灰過程由氣源提供的高壓氣體沖入氣罐，氣罐上連接有壓力表，當壓力表達到要求的壓力后，啟動清灰按鈕，打開脈沖式控制閥，這時高壓氣體快速進入管路，通過管路上均布的噴嘴高速噴出，產生巨大的氣流沖擊波，而濾筒在噴嘴的正下方，受到高壓氣流的沖立力使積聚在濾筒褶皺式濾材上的灰塵落下，集中收集或者隨皮帶運輸機排出。

干式除塵器的結構[3]主要包括前箱體、后箱體、軟連接、風機、承載車、連桿、連接彎頭、風筒支架等。

干式除塵器結構示意圖如圖1所示。

圖1 干式除塵器主要結構示意圖

3 布局方式

干式除塵器的井下布局方式主要有三種，各自優缺點分析如下。

直接置于地面軌道上：采取除塵器直接置于地面軌道上（布局示意圖見圖2），用鋼絲繩將負壓風筒吊掛于巷道頂部，掘進一段距離后向前拉動一次的方式，這種方式適合礦方既不使用三運皮帶機也不使用單軌吊的情況。該方案因除塵器體積較大，會造成巷道內空間擁擠，導致工人行走及輸送料困難，并且隨著掘進工作面的前移須移動除塵器時，每次都要提前鋪設除塵器運輸皮帶車的行走軌道，吊掛風筒、鋪設軌道等，使工人的工作量增加，引起工人的不滿和抱怨，并且在掘進機工作時，經常出現吸風風筒與掘進工作面距離較遠的情況，從而影響除塵效果。

圖2 布局示意圖

放置于三運皮帶機上：采取除塵器放置于三運皮帶機上（布局示意圖見圖3），負壓風筒通過風筒支架固定在三運皮帶機軌道和掘進機上，利用二運機尾拖拽除塵器前移的方式，這種方式適合礦方使用三運皮帶機且愿意加長三運的情況。該方案可解決巷道空間擁擠以及設備移動困難的問題，并且在掘進生產時，除塵器可隨掘進機一起移動，在維持最佳工藝參數的同時保證除塵效果，但是會影響掘進機的后退。

圖3 布局示意圖

氣動單軌吊吊掛：采取氣動單軌吊吊掛除塵器及負壓風筒（布局示意圖見圖4）的方式， 這種方式適合于具有氣動單軌吊設備的礦方。該方案不僅能夠更加方便地移動干式除塵裝置，減少工人工作量，增強除塵系統適應性，在生產過程中除塵系統可隨著氣動單軌吊隨掘進機的移動而隨時移動，有效保證干式除塵器風筒距迎頭距離一直處于最佳工藝參數范圍，保證除塵效果。而且可以充分利用掘進機工作面的空間，采用氣動單軌吊吊掛干式除塵器進行井下布置，可形成獨立系統，克服除塵器與綜掘工作面其他生產設備產生干涉的不足，大大降低對綜掘工作面生產的影響。目前，干式除塵器多用于巖巷綜掘工作面，采用錨網索支護，單軌吊可直接利用頂部支護錨索進行懸吊。為便于干式除塵器與配套用掘進機的移動保持同步，從而保證干式除塵器風筒距迎頭距離等最佳工藝參數，已達到最好的除塵效果，最終干式除塵器一致采用單軌吊吊掛和移動的布置方式進行井下布置。

圖4 布局示意圖

因單軌吊直接利用頂部支護錨索進行懸吊，考慮到安全因素，在懸吊前應使用錨索拉拔計對每個錨索的緊固力進行檢測，必須保證錨索緊固力達到要求才能使用。除塵系統的風筒采用氣動單軌吊吊掛在巷道側幫頂部，以不影響掘進機生產的高度布置為宜。礦方布置的單軌吊總長度應大于50m，為了單軌安裝方便，錨索吊掛環應盡量控制在同一直線上。單軌與錨索吊掛環通過卸扣相連，可采用吊掛環個數增加或者減少的方法調整錨索固定環的位置偏差，從而保證單軌保持水平位置的要求。

除塵器的通風除塵[4]工藝采用“長壓短抽”，即通風風速要保持在巷道要求的前提下，單軌吊前段應延伸至距離迎頭不大于3m的位置，并且干式除塵器吸風口必須位于掘進機操作手的前方，當掘進機進尺達到6m以上時，應將氣動單軌吊及干式除塵器同步前移至迎頭位置，如此反復進行以保證正常的使用狀態。

4 工藝參數選擇

干式除塵器吸風口距綜掘工作面迎頭的距離[5]要求如下。

掘進工作面迎頭距干式除塵器吸風口距離過小時，風流會帶出截割工作時產生的大量粉塵，使之不能進入除塵器中被凈化處理；掘進工作面迎頭距干式除塵器吸風口距離過大時，經過除塵器吸風口的供風流會被直接吸入吸風口，導致吸風口不能正常吸入大量粉塵，不利于收塵，同時在吸風口處的供風流風速減弱，也不利于綜掘工作面迎頭瓦斯的稀釋，給礦井帶來重大安全隱患。通過除塵流場軟件反復的模擬以及客戶現場實地反復實驗測試，總結出具有實際指導意義的數據：即干式除塵器的最佳工作位置為吸風口距掘進工作面迎頭距離在3m時，同時為不影響進機操作手正常工作，須保證干式除塵器吸風口位于掘進機操作手上方。

5 使用效果

采用氣動單軌吊吊掛干式除塵系統后，整個除塵系統成為一個獨立的系統，不再和其他生產設備相關聯，吸風口位置可以隨著綜掘工作面的推進而及時移動，能夠保證除塵系統的最佳工藝參數，改善綜掘工作面的作業環境，掘進工作時本體除塵效率達99%以上，環境除塵效率達90%以上，綜掘司機位除塵效率達98%以上，有效保障了綜掘工作面操作工的身體健康和礦井生產安全。

干式除塵器的現場應用：從驗證成功開始推廣至今，該設備已完成簽定合同32臺，實現銷售額1600多萬元，銷售24 臺主機，實現銷售收入13000多萬元。已完成發貨15 臺，已投入使用9臺，分別應用于河南、神東、淮南、貴州、新疆等地。目前該設備在河南能化集團順和礦累計運行2200小時，進尺1035米，設備未發生故障；在河南能化集團河南陳四樓礦累計運行1760小時，進尺780米，設備未發生故障；在龍煤集團正陽礦等其他在用客戶也已經累計運行超過400小時，經客戶反饋，對該設備的使用效果很滿意。

在設備使用過程中，我們的專業技術人員也一直在對設備進行跟蹤，與使用客戶溝通，吸收一些好的想法及意見，改善其缺點及不足，不斷地完善設備的性能。為更好地掌握該設備的使用效果，筆者先后到達了河南能化集團順和礦、陳四樓礦及龍煤集團正陽礦，與客戶一起對設備的數據進行了實地測量，測得的數據見表1。

表1 粉塵濃度數據表（mg/m3）

經計算：順和礦掘進機操作手處和除塵機排風口后50m處除塵效率分別為98.74%和99.07%；陳四樓礦掘進機操作手處和除塵機排風口后50m處除塵效率分別為98.53%和99.20%；正陽礦掘進機操作手處和除塵機排風口后50m處除塵效率分別為98.37%和99.08%。

綜上可得該設備本體除塵效率可達99%以上，環境除塵效率可達90%以上，綜掘司機位除塵效率可達98%以上。風機開啟前巷道環境見圖5，風機開啟后巷道環境見圖6。

圖5 風機開啟前巷道環境

圖6 風機開啟后巷道環境

6 結語

干式除塵器既能解決濕式除塵器除塵效果不佳的問題又能解決其使用中因大量用水造成底板損壞及環境二次污染的問題，并且采用氣動單軌吊吊掛除塵系統既能方便地使之與掘進機同步移動又能保證除塵系統的工藝參數一直保持最佳狀態。但由于除塵系統較重，單軌吊的吊掛要求必須牢固，同時注意日常維護與管理，以保證除塵系統能夠正常運行并充分發揮其高效除塵性能。干式除塵器與掘進機配套使用在綜掘工作面的應用是巷道高效除塵技術的一大突破，它具備低能耗、高效率、無污染的特點，將為整個行業帶來巨大的經濟及社會效益，具有較大的市場需求和廣闊的應用前景。