安家?guī)X露天礦牙輪鉆機(jī)干式除塵系統(tǒng)改造方案

齊玉俊

（中煤平朔集團(tuán)有限公司 安家?guī)X露天礦，山西 朔州 036000）

大型露天礦山的主要穿孔設(shè)備為礦用牙輪鉆機(jī)，穿孔作業(yè)過程中產(chǎn)生的粉塵僅次于采裝、運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)，產(chǎn)塵量位居重要生產(chǎn)環(huán)節(jié)的第3 位。經(jīng)測(cè)算，1臺(tái)牙輪鉆機(jī)鉆速達(dá)到0.025 m／s 時(shí)，產(chǎn)生的粉塵量直徑可達(dá)到10～15 mm，粉塵質(zhì)量每秒可達(dá)到2～3.5 kg。穿孔過程中產(chǎn)生的大量粉塵，吸附到機(jī)器各部件上時(shí)會(huì)影響鉆機(jī)各部件的正常運(yùn)行，同時(shí)加速了鉆具的損壞，縮短了鉆頭的使用壽命。作業(yè)場所產(chǎn)生的粉塵如果不加以有效控制，將危害職工的身心健康、降低機(jī)器設(shè)備使用壽命及破壞作業(yè)環(huán)境，還會(huì)造成大氣污染[1]。

安家?guī)X礦擁有5 種型號(hào)13 臺(tái)牙輪鉆機(jī)，分別為4 臺(tái)CDM75E 電鉆、1 臺(tái)DM50 油鉆、1 臺(tái)D245S 油鉆、6 臺(tái)衡陽YZ35C 電鉆、1 臺(tái)KY250 電鉆，所有型號(hào)鉆機(jī)均使用干式除塵裝置除塵。主要為2 級(jí)除塵，第1 級(jí)使用旋流除塵裝置，作用是除去空氣中粒徑中等及以下的粉塵；第2 級(jí)使用濾芯過濾器，作用是用來捕集微細(xì)粒徑粉塵。該除塵系統(tǒng)在改造之前，除塵效率低下，作業(yè)區(qū)域內(nèi)的空氣質(zhì)量無法滿足當(dāng)前環(huán)保要求。

1 干式除塵

干式除塵指不需要用水作為除塵介質(zhì)，占所有除塵系統(tǒng)的90%以上，不受氣候環(huán)境限制，技術(shù)成熟。最主要的特點(diǎn)就是通過一整套機(jī)械設(shè)備將排出孔外的巖粉將其捕獲收集起來，而且捕集的粉塵為干粉狀，重點(diǎn)解決的問題是捕集和清除細(xì)小的粉塵。具有占地面積小，使用范圍廣，除塵效率高的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于大型清灰除塵中。常見的干式除塵技術(shù)主要有重力沉降器、慣性除塵器、靜電除塵器、聲波除塵器等。缺點(diǎn)是設(shè)備構(gòu)造復(fù)雜，維護(hù)檢修不方便，捕集后的粉塵落在地上會(huì)形成二次污染源，且不能除去粉塵中的有毒、有害氣體[2]。具體為:①重力除塵效果＜50%，適應(yīng)的粉塵粒經(jīng)為50 μm；②慣性除塵效果50%～70%，適應(yīng)的粉塵粒經(jīng)為20～50 μm；③旋風(fēng)除塵效果60%～70%，適應(yīng)的粉塵粒經(jīng)為5～30 μum；④聲波除塵效果80%～90%，適應(yīng)的粉塵粒經(jīng)為0.5～100 μm，其在使用過程中會(huì)產(chǎn)生很大噪音，且耗能較大；⑤靜電除塵效果90%～95%，適應(yīng)的粉塵粒經(jīng)為0.5～1 μm，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備龐大，投入較高。

2 CDM 示例鉆機(jī)干式除塵系統(tǒng)及工作原理

2.1 CDM 系列鉆機(jī)干式除塵集塵原理

CDM75E 鉆機(jī)除塵系統(tǒng)主要由除塵馬達(dá)、風(fēng)葉、集塵桶、濾芯、吸塵風(fēng)筒、擋塵簾、隔塵罩、襯套、落塵袋、脈沖閥、計(jì)時(shí)器、擋塵簾、擋塵簾收縮油缸等部件組成的。

CDM 系列鉆機(jī)干式除塵系統(tǒng)為“無可視塵粒”二級(jí)真空除塵，第1 級(jí)為氣流旋流除塵，第2 級(jí)為濾芯過濾除塵[3]。

1）干式除塵系統(tǒng)的工作原理是除塵馬達(dá)工作，利用捕塵罩、沉降箱、除塵器等設(shè)備將鉆進(jìn)過程中產(chǎn)生的粉塵通過吸塵風(fēng)管吸入集塵桶內(nèi)，然后強(qiáng)大的氣流使粉塵形成旋流，粒徑較大的粉塵被甩到桶壁上，由于重力作用向下流入落塵袋。顆粒較小的粉塵隨著氣流通過濾芯時(shí)，被濾芯阻擋吸附積存，排風(fēng)口隨后排出過濾后較為干凈達(dá)標(biāo)的空氣。脈沖電磁閥間歇工作，將濾芯上的積塵吹落，積塵落入落塵袋，進(jìn)入落塵袋的粉塵較多時(shí)，粉塵會(huì)因自重較大打開落塵袋口排出。

2）集塵器主要技術(shù)參數(shù)：該裝置為氣旋式，高3.53 m，直徑1.37 m，入口直徑0.3 m；9 個(gè)“無可視排放物”褶皺紙質(zhì)濾芯，氣動(dòng)沖洗，安裝在集塵器側(cè)調(diào)平千斤頂?shù)捻敳?；容量?.3 m3；液壓葉輪馬達(dá)風(fēng)扇，固定排量2.44×10－5m3/r，運(yùn)轉(zhuǎn)壓力2.11×106kg/m2；集塵器吸塵管和過濾器之間內(nèi)置擋板；防塵罩矩形，帶有各自分高的隔塵簾，前側(cè)隔塵簾可通過液壓驅(qū)動(dòng)方式收縮。

3.2 CDM 系列鉆機(jī)影響粉塵因素

鉆機(jī)的技術(shù)性能、鉆具的材質(zhì)結(jié)構(gòu)、巖石的物理機(jī)械性質(zhì)、穿孔技術(shù)參數(shù)、巖石的可鉆性、作業(yè)人員的操作經(jīng)驗(yàn)及技術(shù)水平（風(fēng)量、進(jìn)給壓力、旋轉(zhuǎn)速度）等與鉆進(jìn)過程中產(chǎn)生的粉塵量有直接關(guān)系，大致可以分為4 個(gè)階段[4]：

1）當(dāng)進(jìn)給壓力小于臨界值時(shí)，鉆機(jī)鉆進(jìn)速度低，而比功耗卻很大。這個(gè)階段巖石破碎僅僅具有表面研磨的特性，產(chǎn)生的巖渣基本是粉塵。

2）當(dāng)進(jìn)給壓力大于臨界值時(shí)，鉆機(jī)鉆進(jìn)速度緩慢提升，比功耗顯著下降。這個(gè)階段巖石進(jìn)入破碎疲勞過渡期，顆粒狀巖渣增多，粉塵產(chǎn)生量開始減少。

3）當(dāng)巖石的抗壓強(qiáng)度小于進(jìn)給壓力迫使鉆頭施加在巖石上的壓力時(shí)，鉆頭開始破碎巖石，切割厚度和鉆進(jìn)速度跟進(jìn)給壓力呈線性關(guān)系上升。這個(gè)階段顆粒狀巖渣持續(xù)增多，粉塵持續(xù)減少，該階段粉塵產(chǎn)生量最少，稱之為鉆銷破巖階段。

4）當(dāng)進(jìn)給壓力大于某極限值時(shí)，鉆進(jìn)速度達(dá)到最大值，不增反降，比功耗開始增加。這個(gè)階段鉆頭磨損加快，粉塵增加，顆粒狀巖渣減少，這個(gè)階段稱為阻塞階段。

2.3 CDM 系列鉆機(jī)干式除塵應(yīng)用優(yōu)缺點(diǎn)

CDM 系列鉆機(jī)“無可視塵?！背龎m系統(tǒng)是一種有相當(dāng)用途的除塵裝置，同時(shí)具備干式除塵和濕式除塵的優(yōu)點(diǎn)，尤其在高寒、缺水地區(qū)的鉆孔作業(yè)是非常適用的[5]。優(yōu)點(diǎn)具體為：①凈化效率高、動(dòng)作穩(wěn)定，同時(shí)起到除塵和凈化氣體的作用，在一定程度上減少了粉塵的“二次”污染;②捕塵罩結(jié)構(gòu)比較簡單，除塵效率高，粉塵沉降效果好，能滿足嚴(yán)格的環(huán)保要求;③比一般的干式除塵器除塵效率高、除塵效果明顯，不僅對(duì)粒徑大的粉塵有良好的沉降作用，而且對(duì)微細(xì)粒徑的粉塵有較強(qiáng)的阻擋捕獲吸附能力，可捕集小至0.1 μm 的細(xì)小粉塵顆粒;④不使用水作為介質(zhì)來除塵降塵，在減少耗水量的同時(shí)可使鉆孔內(nèi)壁和孔底保持干燥，會(huì)保持鉆具的原有設(shè)計(jì)使用壽命;⑤該除塵系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)造比較簡單，對(duì)管道堵塞現(xiàn)象有明顯的監(jiān)控指示，隔離集成器系統(tǒng)故障可以通過壓力表的指示位置來判斷。所以通過在集成器外殼上部和下部的真空部位接頭上進(jìn)行單獨(dú)測(cè)量，根據(jù)測(cè)量出的數(shù)值來驗(yàn)證是否正常，以方便通過目錄來查詢故障代碼、排出故障。

該干式除塵方式也有缺點(diǎn)，安家?guī)X礦CDM75E 鉆機(jī)陸續(xù)運(yùn)行以來，干式除塵一直不好，遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足現(xiàn)行環(huán)保要求，甚至影響現(xiàn)場的作業(yè)安全和生產(chǎn)效率。捕塵罩下部集塵空間狹??；捕塵罩懸掛連接部位立軸強(qiáng)度不夠，經(jīng)常斷裂；空壓機(jī)排量大，降低濾芯使用壽命，馬達(dá)故障率高，除塵裝置故障頻繁；隔塵罩和擋塵簾為易損品；擋塵簾升降油缸易損壞。上述情況導(dǎo)致大量粉塵溢出，粉塵倒流，回填鉆孔，減小鉆孔深度，甚至夾桿，嚴(yán)重影響鉆機(jī)作業(yè)效率[6]。當(dāng)鉆孔穿到含水層時(shí)，開啟除塵裝置不僅起不到除塵效果，而且容易使含水粉塵黏結(jié)、堵塞除塵濾芯、除塵管、鉆頭等部件，縮短鉆具的使用壽命。該除塵裝置為側(cè)懸掛式圓筒結(jié)構(gòu)，頻繁更換除塵濾芯，操作不方便，需要進(jìn)一步進(jìn)行改進(jìn)。

3 除塵系統(tǒng)改造方案

1）更換擋塵簾材質(zhì)及結(jié)構(gòu)。安家?guī)X露天礦原鉆機(jī)擋塵簾為硬質(zhì)膠皮材質(zhì)，為了提高擋塵簾的使用壽命和增強(qiáng)其擋塵效果，將原硬質(zhì)膠皮材質(zhì)設(shè)計(jì)成軟硬簾相結(jié)合的材質(zhì)，即上方采用硬質(zhì)膠皮擋塵簾，下方采用軟質(zhì)帆布擋塵簾。在軟質(zhì)擋塵簾中部增加一圈鋼筋骨架，防止擋塵簾內(nèi)部產(chǎn)生的負(fù)壓吸癟擋塵簾。軟擋塵簾下部安裝比較重的沉鐵，目的是使擋塵簾下垂，封擋接觸面，保證軟擋塵簾的接地密封性[7]。

2）加大擋塵簾內(nèi)部區(qū)域的空間。在現(xiàn)有鉆機(jī)擋塵簾的基礎(chǔ)上，以鉆機(jī)作業(yè)平臺(tái)下方區(qū)域?yàn)閰⒖?，盡可能做全方位擴(kuò)大延伸，增大擋塵簾內(nèi)部空間，讓鉆孔所產(chǎn)生的粉塵能夠在較大的空間內(nèi)進(jìn)行最大量沉降，從而緩解集成器對(duì)粉塵的吸入量及降低粉塵從擋塵簾四周縫隙的溢出量。

3）更換隔層罩材質(zhì)。隔塵罩主要由于鉆桿在鉆進(jìn)過程中，鉆桿、穩(wěn)桿器提升在隔層罩位置時(shí)受到不同方向的磨損破壞，降低了使用壽命。根據(jù)現(xiàn)場使用和維修情況，選用牛筋材質(zhì)隔層罩，牛筋材質(zhì)隔層罩比我們?nèi)粘Ｊ褂玫哪z質(zhì)隔層罩韌性好，不易發(fā)生脆性斷裂，使用壽命長久。

4）加裝物理過濾器。該干式除塵裝置原先采用二級(jí)干式過濾除塵，在此基礎(chǔ)上加裝1 套粉塵沉降裝置，即在較大粒徑粉塵通過除塵濾芯過濾前加裝1套物理沉降裝置。這樣可以使空氣中的較大粒徑粉塵在通過除塵濾芯前發(fā)生二次沉降，而除塵濾芯只針對(duì)粒徑細(xì)小的粉塵進(jìn)行過濾，從而提高了濾芯的使用壽命，降低了維修成本，節(jié)約了維修時(shí)間[8]。

5）用除塵布袋替換除塵濾芯。參考國內(nèi)其他露天礦山使用情況，布袋除塵裝置廣泛應(yīng)用于消除粉塵污染、改善環(huán)境等，對(duì)粉塵的過濾精度、過濾強(qiáng)度、維修保養(yǎng)更加方便快捷。為了增加集成器對(duì)粉塵的儲(chǔ)存容量，可以通過增加布袋子數(shù)量來完成。CDM75E 系列鉆機(jī)干式除塵濾芯裝置改造為布袋子，除塵效果高達(dá)99%，適應(yīng)的粉塵粒經(jīng)為1～1 000 μm，具有結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)操作方便、使用靈活、運(yùn)行比較穩(wěn)定、初期投資較少、管理方便等特點(diǎn)。目前，布袋除塵已經(jīng)成為干式除塵中應(yīng)用最廣泛的一種除塵裝置[9]。

4 結(jié)語

從CDM75E 系列牙輪鉆機(jī)在平朔安家?guī)X露天礦的現(xiàn)場使用效果來看，在“無可視塵?！备墒匠龎m裝置的基礎(chǔ)上進(jìn)行的一系列改造，改造后各項(xiàng)技術(shù)性能穩(wěn)定，大幅提升除塵效率，提高了作業(yè)場所的空氣質(zhì)量，滿足環(huán)保要求的最低粉塵排放濃度，對(duì)企業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展具有重要意義。改造后的干式除塵裝置適用于多種牙輪鉆機(jī)使用，尤其適合在干燥寒冷、缺水的北方地區(qū)使用。