潛孔鉆機(jī)除塵系統(tǒng)的研究

呂秀梅，姜 鵬，宋海濤，3

（1.遼寧瀚石機(jī)械制造有限公司，遼寧 阜新 123000；2.阜新市產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院，遼寧 阜新 123000；3.阜新市生態(tài)環(huán)境建設(shè)投資(集團(tuán))有限公司 阜新 123000）

鉆機(jī)在露天開采作業(yè)中承擔(dān)著鉆探和穿爆的生產(chǎn)任務(wù)。但是，無論是旋轉(zhuǎn)切削鉆機(jī)還是潛孔鉆機(jī)，鉆機(jī)在鉆孔作業(yè)時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的揚(yáng)塵，鉆機(jī)除塵效果的好壞直接影響著鉆孔的工作效率。粉塵的污染，除了污染大氣，還會(huì)對(duì)操作者造成一定的身體危害，對(duì)設(shè)備的運(yùn)行也會(huì)產(chǎn)生一定的影響。為此，設(shè)計(jì)了一種潛孔鉆機(jī)除塵系統(tǒng)，介紹了除塵系統(tǒng)的工作原理、除塵系統(tǒng)的組成，并在潛孔鉆機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)，驗(yàn)證了除塵系統(tǒng)的可靠性與實(shí)用性[1-3]。

1 除塵系統(tǒng)的工作原理

鉆機(jī)在打孔作業(yè)時(shí)，鉆進(jìn)過程中產(chǎn)生的粉塵會(huì)在排塵風(fēng)壓的作用下，從孔底反吹到孔口，如果此時(shí)，不對(duì)灰塵進(jìn)行處理，灰塵便會(huì)排放到大氣中，污染環(huán)境。所以在鉆機(jī)工作時(shí)，首先下放捕塵罩，捕塵罩將孔口密封住，同時(shí)，啟動(dòng)除塵風(fēng)機(jī)，在除塵風(fēng)機(jī)的作用下，捕塵罩內(nèi)會(huì)產(chǎn)生負(fù)壓，粉塵在排塵風(fēng)機(jī)的作用下，粉塵會(huì)進(jìn)入到風(fēng)管中，經(jīng)過風(fēng)管后進(jìn)入旋風(fēng)除塵器，此時(shí)灰塵會(huì)沿旋風(fēng)除塵器內(nèi)壁做旋流運(yùn)動(dòng)[4]，從而在離心力和重力的作用下，使大顆粒的巖石從旋風(fēng)除塵器中脫落，細(xì)小灰塵通過吸塵膠管進(jìn)入除塵箱中，在濾芯的過濾作用下，使干凈的空氣排出到大氣中，灰塵通過除塵箱的灰斗排放到鉆孔工作面上。當(dāng)有過多的塵土附著在濾芯上時(shí)，對(duì)濾芯實(shí)行反吹，從而保證下次過濾的可靠性[5]。除塵系統(tǒng)工作原理圖如圖1。

圖1 除塵系統(tǒng)工作原理圖

2 除塵系統(tǒng)的組成

2.1 捕塵罩

1）捕塵罩。捕塵罩和旋風(fēng)除塵器及除塵箱在除塵系統(tǒng)中，捕塵罩主要起到對(duì)灰塵進(jìn)行固定的作用。在鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔工作時(shí)，捕塵罩在液壓油缸的作用下，會(huì)向下移動(dòng)，與打孔工作面緊密接觸，保證粉塵不會(huì)被泄露，為了密封效果好，除塵器常采用橡膠材質(zhì)，橡膠材質(zhì)具有很好的柔韌性[6-8]，可以適應(yīng)鉆孔過程中高低不平的工作面。

2）旋風(fēng)除塵器。旋風(fēng)除塵器主要起到過濾大顆粒雜質(zhì)，實(shí)現(xiàn)第一級(jí)過濾，從而達(dá)到保護(hù)濾芯的目的。在除塵風(fēng)機(jī)的作用下，灰塵會(huì)通過吸塵膠管進(jìn)入到旋風(fēng)除塵器，此時(shí)，灰塵會(huì)在旋風(fēng)除塵器中不斷旋轉(zhuǎn)，此時(shí)變會(huì)產(chǎn)生一種離心力，在這種力的作用下，一般較大的顆粒巖渣便在離心力的作用下移向外壁，到達(dá)外壁的塵粒在氣流和重力共同作用下沿旋風(fēng)除塵器的壁面落入灰斗。上渦旋一氣流從除塵器頂部向下高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，一部分氣流帶著細(xì)小的塵粒沿筒壁旋轉(zhuǎn)向上，到達(dá)頂部后，再沿排出管外壁旋轉(zhuǎn)向下，最后從排氣管排出[9]。因較小的灰塵凈化效果不明顯，所以旋風(fēng)除塵器只能初步過濾較大顆粒的雜質(zhì)。

3）除塵箱。除塵箱主要起到過濾細(xì)小顆粒雜質(zhì)的目的，實(shí)現(xiàn)二級(jí)過濾，減小細(xì)小顆粒的污染。在除塵風(fēng)機(jī)和旋風(fēng)除塵器的共同作用下，只有細(xì)小的灰塵會(huì)進(jìn)入到除塵箱。較大的顆粒已經(jīng)通過旋風(fēng)除塵器的作用排放到了工作面上，不會(huì)進(jìn)入除塵箱，保證不會(huì)有較大顆粒進(jìn)入濾芯，造成濾芯的損壞。在除塵箱的內(nèi)部，裝有多個(gè)過濾精度為0.5～5 μm 的濾芯，可以對(duì)灰塵進(jìn)行精細(xì)的過濾，從而使灰塵存留在濾芯表面，保證排放到大氣中的空氣的清潔度，從而減小污染。

2.2 清灰裝置

除塵箱上還必須設(shè)有清灰裝置，當(dāng)濾筒在過濾時(shí)，大量灰塵會(huì)吸附在濾筒上，如果不及時(shí)的進(jìn)行反吹，除了會(huì)影響下一次的過濾效果，當(dāng)濾芯堵塞嚴(yán)重時(shí)，濾芯在吸力的作用下，還會(huì)發(fā)生變形，影響濾芯的使用壽命。所以，必須在除塵系統(tǒng)中設(shè)置反吹裝置。一般，用安裝在除塵箱上的壓差計(jì)的讀數(shù)，表示清灰效果的好壞。當(dāng)阻力超過規(guī)定數(shù)值時(shí)，表明濾芯上積累了過多的灰塵，此時(shí)應(yīng)對(duì)清灰裝置進(jìn)行檢修。除塵箱結(jié)構(gòu)圖如圖2。

圖2 除塵箱結(jié)構(gòu)圖

反吹裝置中的風(fēng)源主要來源于鉆機(jī)的儲(chǔ)氣罐，為了良好的排渣效果，所以鉆機(jī)儲(chǔ)氣罐的壓力較大，一般能達(dá)到1.2～1.8 MPa，而除塵箱的濾芯為紙質(zhì)線隙式，此種濾芯不成承受過大的壓力，所以常在該支路安裝氣動(dòng)減壓閥，從而控制進(jìn)入除塵箱的氣力壓力。由于壓縮機(jī)的壓縮作用，從儲(chǔ)氣罐進(jìn)入除塵箱的氣體，會(huì)有少量的水分存在，為了延長(zhǎng)濾芯的使用壽命，在減壓閥上還裝有過濾器，保證進(jìn)入除塵箱的氣體的清潔和干燥。

為了控制除塵器清灰噴吹系統(tǒng)壓縮空氣的周期供給，在儲(chǔ)氣罐進(jìn)入除塵箱的氣路上裝有脈沖閥，利用脈沖閥的控制儀器的輸出信號(hào)，控制脈沖閥的開斷，從而控制反吹空氣的供給，一般脈沖閥的噴吹時(shí)間為0.1～0.2 s，多個(gè)脈沖閥依次動(dòng)作，從而對(duì)濾芯逐個(gè)反吹[10]。噴吹周期一般設(shè)置為60 s，從而保證下次過濾的可靠性。

2.3 除塵風(fēng)機(jī)與除塵馬達(dá)

除塵系統(tǒng)的動(dòng)力來源主要是除塵風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，通過風(fēng)機(jī)的高速運(yùn)轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生吸力，將鉆機(jī)打孔產(chǎn)生的灰塵吸入除塵裝置。

除塵風(fēng)機(jī)的動(dòng)力來源常選用電機(jī)，但是電機(jī)轉(zhuǎn)速較低，而且電機(jī)體積較大，安裝非常不方便，所以，現(xiàn)在很多除塵系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)動(dòng)力來源常采用液壓馬達(dá)。除塵系統(tǒng)液壓原理圖如圖3。

圖3 除塵系統(tǒng)液壓原理圖

與電機(jī)相比，液壓馬達(dá)能夠提供更大的扭矩，而且液壓馬達(dá)體積小，便于安裝。與傳統(tǒng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)相比，液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速較高，液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速可達(dá)到4 000 r/min 以上，最高轉(zhuǎn)速可以達(dá)到6 000 r/min，從而提供更大的吸力，使除塵效果更好。為了滿足不同工況時(shí)不同轉(zhuǎn)速的需求[11]，可以在液壓回路上安裝節(jié)流閥，可以無級(jí)調(diào)整馬達(dá)轉(zhuǎn)速，從而滿足各種工況的要求。但是，當(dāng)液壓系統(tǒng)停止工作時(shí)，此時(shí)，在慣性力的作用下，馬達(dá)仍然會(huì)高速旋轉(zhuǎn)，此時(shí)，馬達(dá)的進(jìn)油腔已經(jīng)沒有液壓油的補(bǔ)充，便會(huì)產(chǎn)生負(fù)壓，從而影響液壓馬達(dá)的使用壽命，因此，在馬達(dá)的進(jìn)油路與回油路之間安裝單向閥，當(dāng)進(jìn)油路由于慣性力產(chǎn)生負(fù)壓時(shí)，回油路的液壓油會(huì)補(bǔ)充到進(jìn)油路，從而保證液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，直至液壓馬達(dá)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

3 除塵系統(tǒng)的維護(hù)

除塵系統(tǒng)是鉆機(jī)在鉆孔作業(yè)過程中不可缺少的重要部分，所以要注意日常的檢查、維護(hù)與保養(yǎng)。具體保養(yǎng)與檢查項(xiàng)目如下：

1）鉆機(jī)工作之前，需要檢查捕塵罩是否完好無損。如果捕塵罩損壞嚴(yán)重，就不能保證捕塵罩內(nèi)的真空環(huán)境，從而影響除塵效果[12]。

2）檢查吸塵膠管。膠管連接處是否松動(dòng)，如果吸塵管破損嚴(yán)重，會(huì)影響捕塵罩內(nèi)負(fù)壓的大小，從而使除塵系統(tǒng)除塵效果不好，影響除塵系統(tǒng)的可靠性。吸塵膠管的吸塵口是否有大顆粒和雜物堵塞，一旦有大顆粒堵塞會(huì)影響除塵效果[13]。吸塵軟管是否存在扭曲、變形等情況，吸塵管變形，會(huì)導(dǎo)致捕塵罩內(nèi)不能產(chǎn)生負(fù)壓。

3）除塵設(shè)備在運(yùn)行時(shí)，需要經(jīng)常觀察除塵效果。應(yīng)當(dāng)看不見有灰塵從風(fēng)機(jī)外殼的排氣口排出；若有灰塵排出，應(yīng)當(dāng)立即更換濾芯和過濾密封圈，防止對(duì)風(fēng)機(jī)葉片造成損傷[14]。

4）運(yùn)行時(shí)，經(jīng)常觀察反吹功能是否正常，如果反吹不正常時(shí)，需要及時(shí)檢查脈沖閥，保證反吹的正常進(jìn)行。定期檢查濾芯是否清潔并是否有破損，濾芯損壞，會(huì)嚴(yán)重影響二級(jí)除塵效果。

4 結(jié)語

針對(duì)露天礦潛孔鉆機(jī)的粉塵污染現(xiàn)狀，研制并生產(chǎn)了1 種旋風(fēng)－脈沖濾袋二級(jí)除塵系統(tǒng)，并將此套除塵系統(tǒng)搭載在LWD115 系列鉆機(jī)產(chǎn)品上，經(jīng)過多次試驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)時(shí)間使用，表明了該套除塵系統(tǒng)的可靠性。

1）與傳統(tǒng)的一級(jí)除塵系統(tǒng)相比，該套除塵系統(tǒng)二級(jí)除塵系統(tǒng)的除塵效率遠(yuǎn)高于一級(jí)除塵系統(tǒng)，通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，采取二級(jí)除塵系統(tǒng)后，全塵和呼吸性粉塵的脫除率分別達(dá)到99.8 %和93.8 %，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)除塵效果遠(yuǎn)高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

2）與傳統(tǒng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)相比，該除塵系統(tǒng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的除塵風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速可以無級(jí)調(diào)整，更能適應(yīng)不同的工況。