矿用气动孔口除尘器的研究及应用

矿用气动孔口除尘器的研究及应用龚小兵（1），武全珍（2），刘涛（1），郭振新（1）1、中煤科工集团重庆研究院400037重庆；2、新景煤业股份有限公司045008山西摘要：针对煤矿井下瓦斯抽放钻孔施工过程中产生大量粉尘，严重威胁作业工人职业健康和作业场所安全生产的问题，提出了新型的孔口除尘器进行粉尘治理的方案。即以矿井压风为动力，抽吸钻进过程中产生的粉尘，通过惯性除尘、过滤除尘和旋流脱水除尘等多种除尘技术手段，达到除尘目的。本除尘器采用矿井压风作为动力，设备本身无旋转和运动部件，使用环境不受瓦斯浓度的限制，除尘效率高。通过在阳煤集团新景煤业股份有限公司北七正巷现场应用，除尘效率高达99%，有效的解决了打钻过程中粉尘污染现象。关键词：气动孔口除尘器打钻粉尘封孔前言瓦斯抽放是防治煤与瓦斯突出事故的最有效措施之一，随着煤与瓦斯突出煤层开采深度及开采强度的增加，煤与瓦斯突出强度越来越大，瓦斯抽放钻孔的数量急剧增加。目前钻孔主要分为干式打孔和湿式打孔两种方式。若采用湿式钻孔，容易造成垮孔、堵孔、卡钻等故障，严重影响抽放效果。采用干式打孔时，多利用压缩空气在孔底吹尘的排尘工艺，使干式钻孔产生的煤(岩)粉尘沿钻杆和孔壁间的缝隙排出，将产生大量的粉尘，不仅极大地污染巷道作业空间和工作面，严重危害作业人员身体健康，并造成粉尘局部积聚，埋下安全隐患。目前针对干式钻孔所采取的除尘措施主要有普通喷雾除尘、泡沫除尘及除尘器除尘等，但在实施过程中存在以下问题：普通喷雾除尘装置没有采用负压抽吸装置，不能将孔口处得粉尘全部抽吸处理；泡沫除尘对泡沫药剂配方及添加比例要求较高，且操作工艺繁杂，费用高；除尘器体积大，多数采用电动除尘装置，影响了除尘器在高瓦斯突出矿井的使用。为解决干式钻孔产生的粉尘污染问题，提出将矿井压风作为动力，通过除尘器产生的负压将钻孔处的粉尘抽吸进入除尘器内，通过惯性除尘、过滤除尘和旋流脱水除尘等多种除尘技术手段，进而达到除尘目的。1、孔口除尘器1.1系统组成及参数除尘器主要由过滤除尘段、空气引射器、动量脱水器、空气过滤器及封孔器等组成（如图1、图2所示）。系统参数见表1。图1除尘器结构示意图表1除尘器性能参数序号项目技术参数1额定处理风量(m3/min)122工作阻力(Pa)≤12003呼吸性粉尘除尘效率(%)≥804总粉尘除尘效率(%)≥975噪声(dB(A))≤856压缩空气压力（MPa）0.57耗气量（m3/min）（工况）0.758供水压力（MPa）0.5～49外形尺寸（mm×mm×mm）1420×750×102610重量（kg）2001.2工作原理钻孔时产生的粉尘在排渣压缩空气的作用下，从孔底高速向外排出，进入封孔器，其中的大颗粒粉尘在封孔器内由于重力的作用即被沉降下来，经封孔器下部的排尘口排出；在除尘器的抽吸作用下，封孔器内呈微负压状态，微细粉尘通过吸尘软管被引导进入除尘器的过滤除尘段，经过过滤网和喷雾降尘装置，喷嘴喷出的雾化水在过滤网上形成水膜，当含尘气流经过该水膜时大部分粉尘被拦截下来；粉尘和水形成的尘水混合物经排污管排出；穿过过滤网的少量粉尘与水雾通过空气引射器进入动量脱水器，粉尘与水雾被拦截并通过排污管排出脱水器，干净的空气由排气口排出。1.3除尘器动力的选择除尘器能否长期安全稳定运行，动力是关键。无论液动风机还是电动风机，均需直接或间接采用电力作业动力，对使用环境中的瓦斯浓度都有一定的限制，而以矿井压风作为动力的除尘器在使用过程中不受瓦斯浓度限制。因此，在孔口除尘器开发中选择矿井压风作为该除尘器的动力源。1.4除尘方式的设计钻孔施工时产生的粉尘浓度很大且施工时间较长，因此需要处理的粉尘将会很大，为了确保除尘器工作时运行平稳以及提高除尘效率，采用多种除尘机理相结合的多级除尘技术。第一级采用惯性除尘机理，去除大部分较大粒径的粉尘，以便减轻后续处理的压力，第二级采用湿式洗涤过滤捕尘技术，第三级采用旋风脱水和旋流捕尘相结合的高效捕尘技术。1.5封孔器的设计封孔器是除尘系统重要的组成部分之一，它的封孔好坏直接影响除尘系统的除尘效果，若密封孔设计不合理，其与钻孔的密封不紧密，将会使部分粉尘由于惯性射出孔外，从而影响封孔器的捕尘效率；若漏斗出口过小，则粗颗粒粉尘有可能堵塞通道，造成封孔器内粉尘的淤积，影响抽尘管路的畅通，从而影响抽尘效果；若漏斗的出口过大，则有可能使钻孔出来的含尘气流直接从漏斗飞逸出去，影响封孔器的捕尘效率。接除尘器进气口接扩孔排尘口图2封孔器结构示意图2气动孔口除尘器在新景矿的应用2.1试验工作面概况试验工作面位于芦南二区525水平，工作面走向长1456m，煤层平均倾角为7°，平均厚度为2.66m，属于3#稳定煤层。瓦斯绝对涌出量为53.5m3/min，相对涌出量为19.26m3/t，具有煤尘爆炸危险性，无自然发火倾向。工作面打孔用钻机为EH—1400型全液压钻机。设计钻孔间距为1.5m，开孔位置距底板1.5-1.7m处，单孔设计钻孔深度为110m，钻孔交错20m。距停采线2m处施工第一个钻孔，共设计钻孔1940个，总工程量为213400m。工作面粉尘主要来源于三个方面，一是钻进过程中，由于钻杆与煤屑的碰撞与摩擦作用，造成煤屑在钻孔处四处飞溅，产生大量粉尘；二是煤屑从钻孔掉落到地面的过程中，由于风流的扰动作用，产生大量粉尘；三是煤屑冲击并携带附着在煤壁与锚网上的煤尘，产生扬尘现象，从而污染了作业面的工作环境。2.2系统布置试验系统布置图如图5所示。试验系统水路布置见图5，气路布置见图7。1234567图5试验系统布置示意图1－预抽煤体；2－钻机；3－封孔器；4－钻杆；5－高压胶管；6－孔口除尘器；7－轨道除尘器125643图6试验系统水路系统布置图1－除尘器；2－水压表；3－KJ13截止阀；4－KJ13胶管；5－水变接头；6－主水管道放大器压灰87654321101412131110111213149图7试验系统气路系统布置图1－除尘器；2－KJ13截止阀；3－KJ13胶管；4－KJ13胶管；5－KJ25胶管；6－KJ25截止阀；7－KJ25/KJ25/KJ13三通；8－KJ25胶管；9－气路过滤器；10－气表；11－截止阀；12－KJ32气管；13－气变接头；14－主气管道；2.3效果考察2.3.1现场适应性考察1）现场压风主管道内静止压力为0.7MPa；孔口除尘器运行后，管路气压为0.4MPa，能够满足除尘器供气压及气量要求。2）封口器前端与煤壁配合间隙满足要求，采用塑料编制口袋填塞间隙后，无粉尘溢出现象。3）在除尘器及配套设备运行期间，未发现影响工作面打钻施工现象。4）除尘器在整个试验期间，运行可靠、稳定。2.3.2降尘效果考察通过对钻孔下风侧0.5m和3～5m处采用除尘器前后粉尘浓度测试，降尘效果见表2和表3。表2孔口除尘器降尘效率（钻孔下风侧0.5m）位置12345678910平均值降尘效率采用除尘器后(mg/m3)7065704061914562585361.599.3%采用除尘器前(mg/m3)138131118057209023993371751534572608713101249828表3孔口除尘器降尘效率（钻孔下风侧3～5m）位置12345678910平均值降尘效率采用除尘器后(mg/m3)901902051153012098135112149124.492.9%采用除尘器前(mg/m3)1510885219527231790161223871156152918071759.4从表2可以看出，采用孔口除尘器后，在钻孔下风侧0.5m的粉尘浓度变化非常明显，其平均粉尘浓度由未采用除尘器除尘时的9828mg/m3迅速下降到采用除尘器除尘后61.5mg/m3，其降尘效率高达99.3%。该结果说明，封孔器对钻孔形成了有效密封状态，防止了粉尘和钻屑从钻口处四处飞溅和外溢；同时除尘器产生的负压有效的将钻进过程中产生的粉尘吸入到除尘器进行净化处理，从而避免了粉尘从漏渣口逃逸出来，极大的改善了作业工作面的劳动环境。从表3可以看出，采用孔口除尘器后，在钻孔下风侧3～5m处得粉尘从未采用除尘器除尘时的1759.4mg/m3下降到124.4mg/m3，其降尘效率达92.9%。该结果表明，采用孔口除尘器除尘技术后，显著的降低了工作面的粉尘浓度，起到了很好的降尘效果。3结论1）除尘器采用矿井压风作为动力源,治理粉尘不受现场瓦斯浓度的影响，使得除尘器可以在高瓦斯环境下安全使用。2）设备使用期间，设备运行稳定，未发现影响工作面打钻施工现象。3）孔口除尘器采用惯性除尘、过滤除尘和旋流脱水除尘等多种除尘原理，对钻孔产生的粉尘进行分级处理，在取得较高除尘效率时除尘器工作负荷并不高,使得除尘器运行平稳。4）通过孔口除尘器在新景矿的应用，其降尘效率高达99.3%，大大的降低了巷道中的粉尘浓度，改善了干式钻孔施工时的工作环境，为今后推广干式钻孔工艺奠定了基础。参考文献[1]李德文．粉尘防治技术的最新进展．矿业安全与环保[J]．2000Vol27No.1．[2]陈永祥．CZK-I型钻机孔口除尘装置的研制[J]．矿业安全与环保，1989(6):10~14．[3]李建国．孔口除尘系统在李子垭煤矿的应用[J]．煤炭技术，2007(10):114~116．[4]李卫成．一种新型孔口除尘器的设计与[J]．煤炭工程，2009(6):107~109．[5]郭鑫禾．GZC型千式钻孔除尘装置[J]．煤矿安全，2000(12):55~56．