一種適合于煤礦工作面粉塵治理的除塵設備的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于煤礦粉塵的除塵技術(shù)領域，為了解決傳統(tǒng)降塵方法存在的降塵效率低、耗水量大、防塵費用高等問題，本發(fā)明提供了一種適合于煤礦工作面粉塵治理的除塵設備，包括角鋼底座、鋼架和若干組除塵風筒，除塵風筒水平設置、環(huán)狀均布并由鋼架固定，鋼架底部與角鋼底座連接，所述除塵風筒之間通過噴霧管路連接，除塵風筒為階梯式結(jié)構(gòu)，包括直徑逐級增大的一級筒、二級筒和三級筒。本發(fā)明所示除塵設備可安裝于采煤機、掘進機上，使其跟隨作業(yè)設備行進連續(xù)除塵，很大程度改善了采煤機司機的作業(yè)環(huán)境，具有局部除塵作用，與傳統(tǒng)噴霧除塵相比，可利用最小的耗水量實現(xiàn)最高效的除塵效果，除塵效率明顯提高。
【專利說明】
一種適合于煤礦工作面粉塵治理的除塵設備
技術(shù)領域
[0001] 本發(fā)明屬于煤礦粉塵的除塵技術(shù)領域，具體涉及一種適合于煤礦工作面粉塵治理 的除塵設備。
【背景技術(shù)】
[0002] 煤礦粉塵是礦井五大危害之一，在開采過程及其他工序中產(chǎn)生了大量高濃度的粉 塵，具有高產(chǎn)、高效、低耗特點的現(xiàn)代化開采技術(shù)，其產(chǎn)塵量比傳統(tǒng)開采技術(shù)大大增加。井下 采掘工作面粉塵主要來源于采掘機械的破碎、裝載、支架，其次是轉(zhuǎn)載機和輸送機的轉(zhuǎn)載。 綜放工作面的粉塵濃度普遍較高，而且呼吸性粉塵在總粉塵中的比例也高達20%左右。近年 來國內(nèi)外研究表明，煤塵不但是導致井工人患塵肺病的重要原因，而且煤塵在空氣中的懸 浮和在井巷中的沉積也是煤塵爆炸的主要原因。此外，礦塵能加速機械的磨損，減少精密儀 器的使用壽命，能降低工作場所的能見度，使工傷事故增多。在煤礦生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)采、掘、 裝、運、卸、支護等過程中，都會不同程度地產(chǎn)生煤塵和巖塵。這些粉塵一經(jīng)產(chǎn)生，就在井巷 風流的作用下，隨氣流一齊運動，并沿井巷橫向和縱向散布開。粉塵在井巷的迀移過程中， 有的沉積在井巷的底板和周邊上，有的則長期懸浮于風流中，隨風流迀移到很遠的地方。
[0003] 目前對于采煤工作面防塵，主要采用煤層注水、噴霧除塵、通風除塵、除塵裝置等 措施，其存在問題較多，主要有以下幾方面： 1) 降塵技術(shù)裝備效果不明顯，盡管采取了相應的降塵除塵措施，但井下工作面區(qū)域的 粉塵濃度特別是呼吸性粉塵濃度仍超過安全規(guī)程規(guī)定，除塵率一般只有30%左右； 2) -般常規(guī)的噴水、灑水除塵裝置，除惡化工作面、耗費大量水資源外，對可呼吸性粉 塵的治理也很難奏效，以及對于浸水性差的煤質(zhì)效果也不是太理想，對于缺水礦區(qū)難度更 大； 3) 防塵費用高，一些新的降塵除塵技術(shù)及裝備投資大、費用高、周期長。而這種不理想 狀態(tài)使得井下作業(yè)人員長期處于高濃度粉塵存在的惡劣作業(yè)環(huán)境中，對人的身心健康構(gòu)成 了嚴重威脅和損害。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明為了解決傳統(tǒng)降塵方法存在的降塵效率低、耗水量大、防塵費用高等問題， 提供了一種適合于煤礦工作面粉塵治理的除塵設備。
[0005] 本發(fā)明采用如下技術(shù)方案： 一種適合于煤礦工作面粉塵治理的除塵設備，包括角鋼底座、鋼架和若干組除塵風筒， 除塵風筒水平設置、環(huán)狀均布并由鋼架固定，鋼架底部與角鋼底座連接，所述除塵風筒之間 通過噴霧管路連接。環(huán)形布置可有效增大除塵裝置的捕塵面積，降低捕塵盲區(qū)。同時，環(huán)形 布置的除塵裝置安裝體積較小，可與采煤機很好的配合，在采煤機機箱上安裝。
[0006] 所述的除塵風筒為階梯式結(jié)構(gòu)，包括直徑逐級增大的一級筒、二級筒和三級筒，一 級筒的端頭設有捕塵罩，一級筒內(nèi)設有與噴霧管路連接的噴嘴，二級筒內(nèi)設有旋流器，三級 筒內(nèi)設有濾網(wǎng)，三級筒的尾部下方設有凈化漏斗和排污口。
[0007] 所述一級筒筒壁上設有若干吸塵孔，以便吸入更大范圍內(nèi)的粉塵。
[0008] 所述噴嘴長度為噴嘴直徑的2-4倍，噴嘴直徑
Q〇為工作水流體積流量，m3/s;μ為流量系數(shù)，取0.95; g為重力加速度，m/s2; Δ po為工作 壓力，Pa; γ為工作水流容重，kN/m3。
[0009] 所述旋流器上均布設有若干扭轉(zhuǎn)式導葉，導葉沿旋流器的軸套壁傾斜設置。
[0010]所述導葉均布設置六片，厚度為lmm，傾斜角度為40°。導葉及整個除塵裝置表面涂 有耐磨耐腐蝕性材料，防止煤塵中的酸性物質(zhì)溶解于水后對整個除塵系統(tǒng)的腐蝕，以及粉 塵顆粒對除塵系統(tǒng)的磨損。導葉尺寸、形狀按設計手冊設計，使得粉塵與水混合后的小水滴 通過旋流器的時間大于水滴走過導葉半徑的時間，從而較好地分離粘附有粉塵的水滴、大 顆粒粉塵及凈化氣體。
[0011] 所述旋流器的直徑 ，式中&為通過旋流器的氣量，m3/h; 旋流器軸套直徑_ 。
[0012] 所述濾網(wǎng)采用兩層，孔徑為2mm。
[0013] 所述噴霧管路上設有水閥。
[0014] 所述各除塵風筒底部設有底托，對除塵風筒形成支撐加固。
[0015] 1、本發(fā)明所示除塵設備可安裝于采煤機、掘進機上，使其跟隨作業(yè)設備行進連續(xù) 除塵，很大程度改善了采煤機司機的作業(yè)環(huán)境，具有局部除塵作用； 2、 所述除塵設備上設有捕塵罩和孔式結(jié)構(gòu)的一級筒，在高壓水射流的作用下，粉塵可 從捕塵罩吸入，也可由吸塵孔吸入，增加了吸塵區(qū)域和吸塵量，實現(xiàn)多方位吸塵； 3、 粉塵進入一級筒后，高壓水使粉塵濕潤，再在旋流器中分離，最后經(jīng)過濾網(wǎng)過濾排 出，達到除塵的效果，吸入、分離和降塵排出過程連續(xù)進行，除塵效率更高； 4、 該設備結(jié)合行進裝置為局部除塵，總除塵效率多90%，與傳統(tǒng)噴霧除塵相比，除塵效 率提高了2-3倍，同時對呼吸性粉塵也有很高的除塵效率;耗水量彡20L/min，比傳統(tǒng)噴霧除 塵系統(tǒng)節(jié)水，水得到了高效的利用，可利用最小的耗水量實現(xiàn)最高效的除塵效果。
[0016] 5、本裝置主要通過水射流引射產(chǎn)生的負壓進行捕塵，無電氣構(gòu)件，結(jié)構(gòu)簡單，不易 產(chǎn)生電火花;另外裝置的整個運作過程，均有水霧參與，使該裝置具有安全防爆、性能可靠、 一次性投入，長期有效等技術(shù)優(yōu)點，特別適合與現(xiàn)有煤礦除塵設施結(jié)合使用，能有效降低綜 采工作面粉塵濃度，防止煤塵爆炸和職業(yè)病危害的發(fā)生，具有遠大的市場前景和應用領域， 同時能夠滿足實現(xiàn)煤礦綠色開采和安全開采的要求，會給煤礦帶來一定的社會效益和經(jīng)濟 效益。
【附圖說明】
[0017] 圖1為本發(fā)明在采煤機上的使用狀態(tài)示意圖； 圖2為除塵裝置的結(jié)構(gòu)主視圖； 圖3為除塵裝置的結(jié)構(gòu)俯視圖； 圖4為圖3中的I-Ι首I』視圖； 圖5為圖3中的Π -Π 剖視圖； 圖6為除塵風筒的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖7為一級筒的展開示意圖； 圖8為旋流器的立體結(jié)構(gòu)示意圖； 圖9為旋流器的結(jié)構(gòu)主視圖； 圖中：21-角鋼底座、22-底托、23-鋼架、24-除塵風筒、25-水閥、26-噴霧管路； 241-捕塵罩(吸入室）、242-噴嘴、243--級筒、244-旋流器、245-二級筒、246-三級筒、 247-濾網(wǎng)、248-凈化漏斗、249-排污口、250-吸塵孔。
【具體實施方式】
[0018] 如圖2、3、4、5所示的適合于煤礦工作面粉塵治理的除塵設備，包括角鋼底座21、鋼 架23和4組除塵風筒24，除塵風筒24水平設置、環(huán)狀均布并由鋼架23固定，鋼架23底部與角 鋼底座21連接，所述除塵風筒24之間通過噴霧管路26連接，噴霧管路26上設有水閥25。
[0019] 所述的除塵風筒為階梯式結(jié)構(gòu)，包括直徑逐級增大的一級筒243、二級筒245和三 級筒246, 一級筒243的端頭設有捕塵罩241，一級筒243內(nèi)設有與噴霧管路26連接的噴嘴 242,二級筒245內(nèi)設有旋流器244,三級筒246內(nèi)設有濾網(wǎng)247,三級筒246的尾部下方設有凈 化漏斗248和排污口 249,如圖6所示。階梯結(jié)構(gòu)使含塵風流從一級筒進入二級筒時，斷面變 大、風速減小，大顆粒礦塵及被濕潤的礦塵自然降落，達到除塵的效果，同時也有便于排污 的作用。
[0020] 為了擴大對粉塵的吸附范圍，在一級筒243筒壁上設有若干吸塵孔250,捕塵罩是 沿除塵筒的軸線方向設置，而吸塵孔是沿除塵筒的徑向設置，捕塵范圍增大，實現(xiàn)了多方位 吸塵;且粉塵可同時通過捕塵罩和吸塵孔吸入一級筒內(nèi)，單位吸附量也增大。
[0021 ]其中，除塵筒的參數(shù)設計要求如下： (1)噴嘴 噴嘴結(jié)構(gòu)采用以最優(yōu)面積比為主的計算方法設計。噴嘴出口直徑dl計算公式如下：
Q〇為工作水流體積流量，m3/s;μ為流量系數(shù)，取0.95; g為重力加速度，m/s2; Δ P0為工作 壓力，Pa; γ為工作水流容重，kN/m3; 收縮角α選取最大流量系數(shù)對應的13.5° ; 根據(jù)經(jīng)驗公式，噴嘴長度為噴嘴直徑的2~4倍時最佳，此處噴嘴長度11 = 3dl。
[0022] (2)-級筒 為保證一級筒出口速度為15m/s，可根據(jù)自由紊流射流斷面平均流速計算公式，計算得 出一級筒的長度L2，計算公式如下：
式中VI為一級筒出口速度，VQ為噴嘴出口速度，α為噴口紊流強度系數(shù)，取0.08，Ro為噴 嘴出口半徑。
[0023] 一級筒的直徑根據(jù)除塵裝置結(jié)構(gòu)需要，d2設計為200mm。
[0024] (3)二級筒 二級筒為葉輪脫水器，核心部件為旋流器，旋流器上均布設有六片扭轉(zhuǎn)式導葉，導葉沿 旋流器的軸套壁傾斜設置，導葉的厚度為1_，傾斜角度為40°，如圖9所示。被濕潤的含塵風 流進入旋流器后，推動導葉旋轉(zhuǎn)，同時導葉旋轉(zhuǎn)可使被濕潤的粉塵甩向筒壁，以達到除塵的 作用。導葉尺寸，形狀按設計手冊設計，考慮除塵裝置的結(jié)構(gòu)性，以及粉塵與水混合后的小 水滴，通過旋流器的時間tl大于水滴走過半徑為R3的時間t2。氣體進入旋流器的最佳速度 為15m/s 〇
[0025] 旋流器直徑d3:
式中&為通過葉輪旋流器的氣量，m3/h; 旋流器軸套直徑d4; ..為:土:___5.:; 葉片數(shù)目為6片，角度為40°。
[0026] 為保證粉塵與水混合后的小水滴，通過旋流器的時間tl大于水滴走過半徑為R3的 時間t2,二級筒的長度L3:
二級筒的直徑d5:
(4)三級筒 三級筒長度為300mm，直徑d6=l.ld5,筒底布置濾網(wǎng)、凈化漏斗、排污管等。
[0027] 濾網(wǎng)采用2層，孔徑為2_的塑料網(wǎng)，以防集中排水管路堵塞。詳細參數(shù)如下：
本發(fā)明的工作原理為： 高壓水經(jīng)由高壓噴嘴242噴出，在噴嘴前端形成負壓區(qū)。由于氣壓差的作用，環(huán)境中的 含塵氣體經(jīng)由捕塵罩241和吸塵孔250進入除塵風筒，被噴嘴所噴出的水霧濕潤，并被吹至 旋流器244,在旋流器244的離心作用下甩至筒壁，并流向三級筒246,經(jīng)濾網(wǎng)247過濾后由排 污口 249排出。
[0028]本發(fā)明裝置改進了傳統(tǒng)除塵裝置的捕塵結(jié)構(gòu)，能捕集更大范圍內(nèi)的粉塵。而且結(jié) 構(gòu)設計巧妙，可配合采煤機除塵系統(tǒng)使用，如圖1所示，將若干除塵設備均布安裝于所示采 煤機電氣控制箱上，隨采煤機或掘進機等設備行進，很大程度上改善了采煤機司機的工作 環(huán)境，為礦井安全高效開采提供理論和技術(shù)保障。
【主權(quán)項】
1. 一種適合于煤礦工作面粉塵治理的除塵設備，其特征在于:包括角鋼底座(21)、鋼架 (23)和若干組除塵風筒（24)，除塵風筒（24)水平設置、環(huán)狀均布并由鋼架（23)固定，鋼架 (23)底部與角鋼底座(21)連接，所述除塵風筒(24)之間通過噴霧管路(26)連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的適合于煤礦工作面粉塵治理的除塵設備，其特征在于:所述的 除塵風筒為階梯式結(jié)構(gòu)，包括直徑逐級增大的一級筒(243)、二級筒（245)和Ξ級筒（246)， 一級筒（243)的端頭設有捕塵罩（241)，一級筒（243)內(nèi)設有與噴霧管路（26)連接的噴嘴 (242)，二級筒(245)內(nèi)設有旋流器(244)，Ξ級筒(246)內(nèi)設有濾網(wǎng)（247)，Ξ級筒(246)的尾 部下方設有凈化漏斗(248)和排污口（249)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的適合于煤礦工作面粉塵治理的除塵設備，其特征在于:所 述一級筒(243)筒壁上設有若干吸塵孔(250)。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的適合于煤礦工作面粉塵治理的除塵設備，其特征在于:所述噴 嘴(242 )長度為噴嘴(242 )直徑的2-4倍，噴嘴(242 )直徑Qo為工作水流體積流量，mVs;μ為流量系數(shù)，取0.95; g為重力加速度，m/s2; Δ Ρ日為工作 壓力，Pa; 丫為工作水流容重，kN/m3。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的適合于煤礦工作面粉塵治理的除塵設備，其特征在于:所述旋 流器(244)上均布設有若干扭轉(zhuǎn)式導葉，導葉沿旋流器(244)的軸套壁傾斜設置。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的適合于煤礦工作面粉塵治理的除塵設備，其特征在于:所述旋 流器(244)的直徑式中化為通過旋流器的氣量，mVh; 旋流器軸套直徑;譚蝴請~輛鱗:。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的適合于煤礦工作面粉塵治理的除塵設備，其特征在于:所述導 葉均布設置六片，厚度為1mm，傾斜角度為40°。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的適合于煤礦工作面粉塵治理的除塵設備，其特征在于:所述濾 網(wǎng)（247)采用兩層，孔徑為2mm。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的適合于煤礦工作面粉塵治理的除塵設備，其特征在于:所述噴 霧管路(26)上設有水閥（25)。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的適合于煤礦工作面粉塵治理的除塵設備，其特征在于:所述 各除塵風筒(24)底部設有底托(22)。
【文檔編號】E21C35/22GK106089200SQ201610454195
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月22日
【發(fā)明人】謝建林, 龐杰文, 郭勇義, 張英俊, 李川田, 付玉平, 孫曉元, 郝永江
【申請人】太原科技大學