一種轉(zhuǎn)子式噴射機(jī)除塵裝置的研究與應(yīng)用

廖小東，宋 陽(yáng)，吳茂晗

(1.淮南礦業(yè)集團(tuán)物資供應(yīng)分公司，安徽 淮南 232001；2.南京石誠(chéng)井巷裝備有限責(zé)任公司，江蘇 南京 211146；3.北京郵電大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院，北京 100876)

一種轉(zhuǎn)子式噴射機(jī)除塵裝置的研究與應(yīng)用

廖小東1，宋 陽(yáng)2，吳茂晗3

(1.淮南礦業(yè)集團(tuán)物資供應(yīng)分公司，安徽 淮南 232001；2.南京石誠(chéng)井巷裝備有限責(zé)任公司，江蘇 南京 211146；3.北京郵電大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院，北京 100876)

煤礦井下使用混凝土噴射機(jī)作為錨噴支護(hù)的重要工具，但噴射時(shí)的上料揚(yáng)塵和機(jī)旁粉塵一直是困擾煤礦安全生產(chǎn)的一大難題。在分析現(xiàn)有轉(zhuǎn)子式噴射機(jī)產(chǎn)塵原因與現(xiàn)有除塵方式問(wèn)題的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種新型礦用轉(zhuǎn)子式混凝土噴射機(jī)配套除塵裝置。該裝置主要由料斗除塵系統(tǒng)、余氣口集塵裝置、防塵圍板及轉(zhuǎn)子體處防塵罩配降塵噴霧系統(tǒng)組成，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐表明該裝置從使用工藝和技術(shù)上能有效地解決轉(zhuǎn)子式噴射機(jī)機(jī)旁粉塵濃度大的問(wèn)題。

噴射機(jī)；除塵裝置；控塵除塵；高效

ApplicationandStudyofOneKindRotorJetdustcollector

煤礦井下噴射混凝土作業(yè)，具有靈活、快速、高效、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，已得到廣泛應(yīng)用。但目前，煤礦使用最普遍的轉(zhuǎn)子式混凝土噴射機(jī)沒(méi)有有效地解決機(jī)旁粉塵大，直接影響工人身體健康的安全生產(chǎn)問(wèn)題?！睹旱V安全規(guī)程》2016版中第六百五十三條規(guī)定：噴射混凝土?xí)r，應(yīng)當(dāng)采用潮噴或者濕噴工藝，并配備除塵裝置對(duì)上料口、余氣口除塵。因此，研發(fā)安全可靠、體積小、粉塵低，適應(yīng)性廣是轉(zhuǎn)子式噴射機(jī)適應(yīng)煤礦安全生產(chǎn)的必要途徑。

本文針對(duì)目前煤礦轉(zhuǎn)子式噴射機(jī)使用現(xiàn)狀，研制了一種新型的轉(zhuǎn)子式噴射機(jī)除塵裝置，用以解決噴射機(jī)機(jī)旁粉塵濃度大的問(wèn)題。

1 現(xiàn)有轉(zhuǎn)子式噴射機(jī)產(chǎn)塵分析

圖1為轉(zhuǎn)子式噴射機(jī)結(jié)構(gòu)圖，其工作原理：帶有襯板和料杯的轉(zhuǎn)子體以固定速度順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，而結(jié)合板壓在襯板上固定不動(dòng)，結(jié)合板上連接有進(jìn)風(fēng)管和出料接頭。當(dāng)轉(zhuǎn)子中裝有按固定比例混合物料的料杯旋轉(zhuǎn)到與出料彎頭相通時(shí)，經(jīng)由壓風(fēng)吹出料杯進(jìn)入出料彎頭，輸送至噴槍處噴射。

圖1 轉(zhuǎn)子式噴射機(jī)

根據(jù)噴射機(jī)在不同工況下的使用情況，結(jié)合噴射機(jī)工作原理分析得出，轉(zhuǎn)子式噴射機(jī)產(chǎn)塵因素：

(1)內(nèi)部結(jié)構(gòu)：主要是結(jié)合板與襯板相接處的粉塵逸出問(wèn)題，隨著橡膠結(jié)合板磨損加劇而增大，是噴射機(jī)機(jī)旁粉塵最大來(lái)源。

(2)外部結(jié)構(gòu)：主要是不可密封的開(kāi)放口(余氣口，上料口)揚(yáng)塵問(wèn)題，上料口揚(yáng)塵是由人工上料時(shí)高低落差產(chǎn)生揚(yáng)塵，余氣口揚(yáng)塵是轉(zhuǎn)子體內(nèi)料杯余氣釋放時(shí)產(chǎn)生的氣體揚(yáng)塵。

2 現(xiàn)有噴射機(jī)除塵方式及其問(wèn)題

目前轉(zhuǎn)子式噴射機(jī)主要針對(duì)噴射機(jī)產(chǎn)塵部位結(jié)構(gòu)進(jìn)行粉塵防治，主要有引流式除塵和負(fù)壓式除塵2種方式。

(1)引流式除塵 該方式是在轉(zhuǎn)子體四周及余氣口增設(shè)密封罩，兩者之間用管道匯合，在噴射機(jī)產(chǎn)生粉塵后引流除塵。該種方式密封性能要求高，維護(hù)不方便，除塵效果差，不能適應(yīng)煤礦井下噴漿施工工藝。

(2)負(fù)壓式除塵 該方式是在引流式除塵基礎(chǔ)上，增設(shè)負(fù)壓吸風(fēng)過(guò)濾裝置。通過(guò)離心機(jī)產(chǎn)生負(fù)壓將噴射機(jī)周圍的粉塵吸走過(guò)濾排出。該種方式解決了引流式除塵對(duì)密封要求高的問(wèn)題，效果好。但是由于采用負(fù)壓吸風(fēng)，流量大、速度快，過(guò)濾粉塵壓力大，過(guò)濾裝置維護(hù)不便，且設(shè)備體積大等問(wèn)題沒(méi)有得到廣泛應(yīng)用。

除此之外，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)子式噴射機(jī)煤礦井下推廣使用還需滿足：體積小、重量輕，移動(dòng)方便；機(jī)旁粉塵濃度低，輸送距離遠(yuǎn)，回彈低；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于維護(hù)清理等要求。

3 噴射機(jī)除塵裝置的設(shè)計(jì)

針對(duì)目前轉(zhuǎn)子式噴射機(jī)產(chǎn)塵原因和現(xiàn)有除塵方式的問(wèn)題分析，設(shè)計(jì)了一種轉(zhuǎn)子式噴射機(jī)除塵裝置。該裝置主要由料斗除塵系統(tǒng)、余氣口集塵裝置、轉(zhuǎn)子體處防塵罩配降塵噴霧系統(tǒng)、防塵圍板等組成(圖2)。

圖2 噴射機(jī)除塵裝置

該除塵裝置是研究轉(zhuǎn)子式噴射機(jī)工作機(jī)理，觀察產(chǎn)塵部位并結(jié)合煤礦井下巷道施工工藝(噴漿時(shí)間短，噴漿次數(shù)多，移動(dòng)頻繁)等特點(diǎn)設(shè)計(jì)。

該除塵裝置在盡量保證噴射機(jī)的體積和重量變化小的基礎(chǔ)上，采用堵、消結(jié)合方式實(shí)現(xiàn)噴射機(jī)降塵除塵。

3.1 上料口除塵

通過(guò)在料斗上設(shè)置氣霧噴頭，霧噴頭帶有過(guò)濾裝置，防止水中雜質(zhì)堵塞噴嘴，同時(shí)設(shè)置有調(diào)節(jié)按鈕可隨物將人工上料時(shí)產(chǎn)生的揚(yáng)塵吸水沉降下來(lái)；利用水的吸附力將沉降的顆粒和粉塵一起帶入料斗。根據(jù)氣料潮濕度，調(diào)節(jié)噴水量。

消除在上料過(guò)程中引起的揚(yáng)塵同時(shí)將物料適當(dāng)加濕，滿足潮式噴漿工藝(物料含水量20%～40%)。

在解決上料揚(yáng)塵問(wèn)題時(shí)，增加混凝土含水量減少噴漿作業(yè)時(shí)的回彈。

3.2 余氣口除塵

余氣口粉塵來(lái)源是料杯廢氣排放引起揚(yáng)塵，噴射機(jī)轉(zhuǎn)速11r/min，料杯數(shù)量4個(gè)，工作壓力0.4MPa。

噴射機(jī)工作壓力0.4MPa，料杯廢氣含量：

p1v1=p2v2

式中，p1為噴射機(jī)工作壓力，0.4MPa；v1為料杯的容積，0.0034m3；p2為大氣壓，0.1MPa；v2為排放氣體體積，m3。

由此得：每個(gè)料杯排氣量v2=0.0136m3；每分鐘排氣量：V=0.0136×4×11=0.5984m3

計(jì)算得出余氣口排氣量小，采用濾網(wǎng)除塵設(shè)計(jì)，在余氣口外增加一個(gè)集塵裝置，在不影響余氣排放的前提下，利用濾網(wǎng)過(guò)濾把粉塵阻攔在集塵盒濾網(wǎng)內(nèi)；同時(shí)，保證了余氣的正常排放，不會(huì)影響設(shè)備的功效。

集塵罩濾布通氣量選用2m3/min；集塵容量清理時(shí)間滿足噴漿物料10m3/次。

3.3 結(jié)合板磨損跑塵的雙層防護(hù)

結(jié)合板與襯板結(jié)合處粉塵隨著結(jié)合板的磨損加劇而變大，是整個(gè)噴射機(jī)粉塵最嚴(yán)重的地方，因此解決轉(zhuǎn)子體結(jié)合板處粉塵問(wèn)題至關(guān)重要。根據(jù)結(jié)合板跑塵特點(diǎn)，采取的是雙層防護(hù)方式。

(1)堵塵 結(jié)合板出現(xiàn)磨損后，襯板和砂石會(huì)持續(xù)對(duì)其碾磨，出現(xiàn)刮傷溝槽，刮傷溝槽出現(xiàn)反過(guò)來(lái)又加劇結(jié)合板磨損，使用中結(jié)合板局部磨損深7mm，寬30mm即報(bào)廢。根據(jù)結(jié)合板使用特點(diǎn)，在結(jié)合板與襯板結(jié)合處設(shè)置一個(gè)整體圍板，使其水平能壓住結(jié)合板與襯板之間縫隙，上下能分別與結(jié)合板、下座體加強(qiáng)板緊密接觸，在噴射機(jī)工作壓力0.4MPa風(fēng)壓下能穩(wěn)定地壓緊，保證結(jié)合板出現(xiàn)磨損時(shí)，堵住結(jié)合板縫隙處防止砂石跑出。結(jié)合板損壞時(shí)，能有效地減少?gòu)慕Y(jié)合板處溢出的粉塵。

(2)消塵 由于巷道噴霧降塵效率低，水源壓力要求高，研究確定在防塵圍板外設(shè)置了一套半封閉式降塵系統(tǒng)，作為第2層保護(hù)，其由防塵罩和噴霧系統(tǒng)組成。當(dāng)有粉塵從防塵圍板溢出時(shí)，在防塵罩兩側(cè)和中間設(shè)置的降塵噴頭噴霧降塵，防塵罩起到阻塵降塵作用。有效降塵80%以上，保證高效的集塵、降塵。

該除塵裝置是針對(duì)目前普遍使用轉(zhuǎn)子式噴射機(jī)在煤礦井下的應(yīng)用情況設(shè)計(jì)研制，有效緩解目前煤礦噴漿作業(yè)時(shí)的粉塵濃度大和回彈率高，作業(yè)空間小，噴漿效率低等問(wèn)題，該除塵裝置不需要額外的動(dòng)力源，也不需要增加其他配套設(shè)施。

4 結(jié) 論

(1)通過(guò)在煤礦井下現(xiàn)場(chǎng)噴射試驗(yàn)，該轉(zhuǎn)子式噴射機(jī)能夠有效地解決噴漿現(xiàn)場(chǎng)存在的粉塵問(wèn)題，整體降塵率達(dá)到90%以上；同時(shí)由于該除塵裝置動(dòng)力簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)輕便，無(wú)后配套設(shè)備，設(shè)計(jì)后重量在30kg以內(nèi)，能很好地適應(yīng)煤礦噴漿時(shí)間短，噴漿次數(shù)多，移動(dòng)頻繁等噴漿工藝。

(2)該除塵裝置技術(shù)成熟、成本低廉、維護(hù)便捷，從結(jié)構(gòu)上和工藝上都能滿足目前在煤礦井下狹小空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)連續(xù)攪拌上料噴漿的噴漿工藝。符合國(guó)家的相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策和社會(huì)發(fā)展的安全、環(huán)保要求，同時(shí)有效解決了目前混凝土噴射技術(shù)使用中粉塵大的技術(shù)難題，無(wú)論是從環(huán)保還是從節(jié)能方面來(lái)講，都是對(duì)現(xiàn)有混凝土噴射技術(shù)的一次創(chuàng)新。

[1]虞家祥.轉(zhuǎn)子式混凝土噴射機(jī)結(jié)構(gòu)與性能分析[J].煤礦機(jī)電，2009 (4)：76-77.

[2]許天恩.轉(zhuǎn)子式混凝土噴射機(jī)的改進(jìn)和發(fā)展[J].煤炭工程，1999(11)：29-31.

[3]何 琳.混凝土噴射機(jī)的應(yīng)用及發(fā)展[J].江西建材，2005(4)：37-39.

[4]龔小兵，趙才華.混凝土噴射機(jī)降塵技術(shù)研究[J].煤礦安全與環(huán)保，2013(4)：46-49.

[5]董輝輝，閔付松.潮式混凝土噴射機(jī)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與研究方向[J].能源技術(shù)與管理，2015，40(6)：13-15.

[6]李 萍，張咸民，吳 斌，等.礦用PC61轉(zhuǎn)子式濕噴機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].煤礦開(kāi)采，2017，20(6)：49-51.

[責(zé)任編輯：鄒正立]

TD353.5

B

1006-6225(2017)05-0027-02

2017-07-24

10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2017.05.007

廖小東(1979-) ，男，山東滕州人，工商管理碩士，從事煤礦機(jī)械采購(gòu)工作。

廖小東，宋 陽(yáng).一種轉(zhuǎn)子式噴射機(jī)除塵裝置的研究與應(yīng)用[J].煤礦開(kāi)采，2017，22(5)：27-28，26.