矿用自动化干式除尘器的研制与应用分析

2020-02-25邹志刚

机电工程技术 2020年1期

邹志刚

（大同煤矿集团同家梁矿，山西大同 037000）

0 引言

在矿井的开采过程中会在巷道内产生较多的粉尘，粉尘的浓度相当高，粉尘中的呼吸性粉尘含量以及浓度也比较高，呼吸性粉尘与总粉尘浓度的比例关系为：煤尘1∶22.3；岩尘1∶4.6。正是因为呼吸性粉尘是导致尘肺病的主要原因，尤其在岩尘的危害性要远远高于煤尘的危害性，所以在岩巷掘金的过程中会产生更多的危害[1]。当前针对粉尘进行净化的手段主要是采用较为普遍的湿式除尘净化法进行粉尘的净化处理。尤其在粉尘浓度高于1 000 mg/m3的情况下，会产生远高于国家规定标准的总粉尘以及呼吸性粉尘排放浓度。同时因为湿式除尘设备的使用过程中会使用到相当数量的水，同时这些水资源的排放会严重影响到施工现场的环境，加剧矿井巷道内部交通状况，影响整个矿井开采的施工进程，尤其在巷道内部坡度较大的情况下很可能造成巷道内部交通的严重瘫痪，甚至导致巷道内的事故发生[2]。

在所有的湿式除尘设备中以袋式除尘设备使用较为普遍，这一种除尘设备相对来说除尘效果较好，可以针对各种细小微粒的粉尘进行收集，这种除尘设备是应用较为普遍的干式除尘设备，进而发展成为粉尘控制以及国内大气控制的主要运用设备。在地面的工业开采过程中为了更好地进行粉尘控制需要使用干式的先进除尘设备，在煤矿的开采过程中也需要广泛的使用这一类设备，因此需要针对矿井的开采环境进行针对性的完善，进行干式除尘设备的集成化以及自动化改进方面的研究，实现除尘效率的尽可能增加，同时实现操作人员的方便简单化操作，这方面的研究同时还能较少设备维护操作的工作量[3]。

1 紧凑型自动化煤矿用干式除尘器

（1）针对干式除尘设备的滤布进行设计，提高滤布的过滤效果：通过改进其中的有效过滤面积S，进而在除尘风量没有太大变化的情况下尽可能降低除尘器自身的体积。

除尘设备中滤袋是除尘设备的关键组件，同时保证除尘器滤袋过滤性能不发生较大变化的情况下，需要除尘设备处理量增大就需要适当的增加滤袋数量，于是除尘设备自身的外部整体体积增大。在除尘设备自身除尘风量不变的前提下尽可能减少设备的体积，做到有效集成化设计，与此同时进行除尘风网滤布的设计，做到过滤风速以及过滤面积的有效控制[4]。

在德国CFT公司研究开发的一项关于高风量处理的褶皱型过滤布之后，实验表明此种过滤布能够有效提高滤网自身的过滤风速，在某种程度上降低了滤网自身的寿命，同时降低了滤网的过滤效果，但从整体角度进行分析，新型滤网的使用大大提高了过滤的风速，使其提高了30%以上；对滤布的结构设计过程中采用新型的褶皱设计能有效提高滤布自身的有效面积。使用这种滤布设计的矿用除尘设备以及德国CFT开发的干式除尘器在面积以及除尘风量均相等的情况下，相比于之前的长度少了大约23%。

（2）在对矿井内部巷道使用的滤袋进行设计的过程中需要考虑到其中的空间面积，使用滤布框以及旁插结构更加便利了维修工作人员的维护以及检修。因为滤网的更换过程中需要在较大的空间范围内进行，但是因为矿井自身的宽度以及高度有限，不能一味地增加，因此为了内部行人以及物料运输的需要，巷道宽度相对于高度而言稍微较大一些，所以在矿井巷道内部为了设备的使用以及维护，采用旁插式结构的设计目的是在除尘设备的一侧实现设备滤网水平方向的拆装，这种拆装方式相比于从除尘设备上部的拆装而言，能够节省更多的力气[5]。

（3）滤布连续性过滤的过程通过连续式的灰尘气动清洗完成。干式除尘设备的主要工作环节就是滤网的清灰作业，目的是将一定流量以及压力的空气喷到滤布上，这些空气属于压缩空气，能有效地将滤布上的粉尘快速去除。灰尘的清理存在离线以及在线两种清理方式。在离线的清理过程中过滤工作已经停止，所以说不会产生灰尘的二次吸附，这就大大便利了灰尘的有效降落。但是在矿井巷道内部灰尘的清理过程中很容易出现用气量的不足，清理过程存在的一些缺点难以有效弥补：矿井内部掘进工作与灰尘的过滤过程是同步进行的，在过滤作业完成后进行清灰作业需要消耗大量的空气，于是除尘设备在清灰过程中就很难确保相当的风量。为了进一步保证清灰工作中的风量足够需要进行在线方式的清灰作业。因此需要在掘进机的工作以及掘进工作过程中采用连续方式的清灰作业大大减少了工作人员的工作量。为了更好地确保煤矿开采过程中的安全性需求，使用气动方式进行清灰作业，同时使用压缩空气为动力源进行清灰作业[6]。

储气罐、脉冲阀、脉冲控制仪以及减压过滤装置等构成了连续在线式的气动清灰系统。该系统的工作原理如图1所示，在除尘器正常工作状态下，通过减压装置将压缩空气收集，然后空气经过过滤装置后进而到除尘器的储气罐中，同时在控制仪器不产生信号时就会关闭脉冲阀；在控制仪器输出一定的信号到控制阀后就会接着进行控制阀的操作，实现控制阀外气体的卸压，进而导致压力的急剧下降，压力膜片两端产生一定的压力差，同时按照一定的顺序开启脉冲阀，压缩空气就会在此时经过脉冲阀与吹管喷出，同时在诱导器的作用下，高速喷出的气体会产生相当的效果吹入滤袋，进而在滤袋内产生瞬间的正压效果，进而实现连续式的自动清灰操作。

图1 气动在线连续清灰系统原理图

国内矿井巷道生产需要进行喷吹操作，而喷吹压力需要达到0.45 MPa。与此同时还需要针对开采过程中的粉尘性质，采用控制仪进行喷吹周期以及时长控制。当其中的粉尘浓度较大以及粉尘颗粒较小、粉尘粘附性较强的情况下，可以选用较小的喷吹周期以及较长的喷吹时长；当其中的粉尘浓度较低以及粉尘颗粒较大、环境相对较干的情况下，可以适当的选用较长的周期以及较短的喷吹时长[7]。

（4）采用排灰装置实现输送机定点排灰的连续操作。

在刮板输送机上安装排灰装置进行连续性的排灰操作，该排灰结构如图2所示，该装置的高度相对较小，于是就能很好的使用到较高的煤矿开采巷道内部。装置的工作过程如下所述：通过电机进行输送链的驱动，然后粉尘就会沉降到运输槽内，进而将粉尘输送到尾端输送机，通过尾部的输送杆以及集尘袋进行粉尘的收集。当集尘袋中的粉尘收集到一定的程度后更换新的集尘袋，然后进行粉尘的集中处理，这样的工作过程很好的实现了粉尘的定点收集过程，同时还不会产生二次的粉尘污染。

图2 刮板输送机排灰装置

集尘袋上方同时安装卸灰阀门，正常工作情况下卸灰阀处于开启状态，通过除尘器的过滤以及粉尘的持续性清洗，更多的灰尘源源不断地汇集到集尘袋中。当工作一段时间后就需要及时更换集尘袋，更换集尘袋的过程中首先关闭卸灰阀，之后换掉原有的集尘袋，然后旋转卸灰阀开启。同时需求确保设备的工作过程中除尘器具备相当的密封性，确保外部空气不会进入除尘器对正常的过滤工作产生干扰。

2 应用情况

2.1 巷道基本条件

在某个矿井开采巷道中巷道的宽度为5.6 m，巷道的高度为4.8 m，巷道截面积为22 m2。矿井的开采过程中使用掘进式的操作方式进行巷道岩石的开采工作。巷道内部岩石主要由泥岩、粉砂岩、细砂岩以及砂质泥岩等构成[8]。

2.2 除尘效果

除尘工作的过程中先后进行了5次的巷道内部粉尘效果测定，得出的测试结果如表1所示。

表1 除尘效果测定

粉尘通过除尘器出口以及总尘处理后能够实现将近99%的除尘效率，除尘器位置的除尘效率相对较低，这就是除尘风量不足导致的，同时还会造成矿井开采过程中的粉尘不会完全进入除尘设备中，于是相当的粉尘不能及时进入到吸尘器中，然后产生了扩散的问题，接着在除尘器负压以及风筒的附壁作用下，粉尘进一步扩散到道内部，然后回折流回除尘器中。