牙轮钻机孔口降尘分析及研究改进措施

马腾 李学军

(内蒙古包钢钢联股份有限公司巴润矿业分公司 内蒙古包头 014080)

露天矿山开采第一道工序是穿孔作业，设备在运行过程中会产生大量的粉尘，牙轮钻机采用的除尘方式为孔底湿式降尘，使用时的降尘效果比较明显，能够达到环保及设备运行的要求。由于岩性变化频繁部位和矿岩比重较大区域作业，在降尘水量的控制上存在一定难度，水量增大使岩渣形成稀泥状喷出，降低水量会产生较大的扬尘，还会使混入水分的岩渣增加本身的重量，极易导致岩渣的反复回落造成二次研磨破碎，加大了对钻具的磨损，设备故障和穿孔效率受到一定的影响。

1 孔口降尘分析

1.1 延长钻头的使用寿命

采用孔口二次降尘的方式最大限度防止了粉尘的飞扬，减少水和岩渣混合后对钻头的研磨，改善钻头牙轮与牙爪之间的岩渣堆积对钻头轴承的影响，使钻头能够充分发挥其应有的作用。避免岩性复杂地域作业排渣困难，岩渣没有及时排出钻头对岩渣的二次破碎，导致钻头的早期磨损，对施加在钻头上的压力、转速、扭矩和风量能得到更好的发挥，同时还能够防止钻头的轴承、牙轮出现锈蚀现象。

1.2 提高钻进速度

减少孔底降尘的给水量，能够避免岩渣与水混合后，岩渣的重量增加，排渣使用的压缩空气不能将其全部排出孔外，反复破碎研磨对钻进速度的影响。钻具与孔壁的环形空间也就是说排渣空间的增大，以及孔壁四周黏附岩渣的减少，给排渣所需的压缩空气和岩渣的排出提供了可靠的通道，加快了钻进的速度，缩短了穿凿成孔的时间，提高了设备作业的效率。在穿孔作业中，岩性会随着穿孔深度的增加发生变化的，及时有效地采取措施是可以避免出现塌帮夹钻现象的，钻进速度的提高，取决于人员的操作技能和设备的技术性能，人员对岩性变化的掌握程度，以及对影响钻进速度的原因分析和攻关改进。

图1 安装部位选择图

图2 喷嘴装置图

1.3 降低粉尘飞扬

牙轮钻机是利用排渣空压机产生的压缩气体将孔底的岩渣排出孔外，同时利用辅空的气体将水加压后送入管道，降低牙轮在破碎矿岩时产生的粉尘。岩渣在喷出孔口时，在气体的作用下还有一部分粉尘喷出，对人员、设备、环境造成一定的影响，如果加大降尘的给水量，岩渣会以稀泥状喷出孔外，部分泥状岩渣会自然流入孔内形成岩渣的二次破碎。此时采用孔口降尘的方式解决粉尘飞扬现象是可行的一项措施，需使用挡渣罩配合使用效果更加明显，粉尘的减少使人员的安全健康得到了改善，设备故障明显降低，粉尘对环境的影响降到最低。

2 孔口降尘的可行性研究

2.1 安装部位选择

在不改变原孔底湿式降尘的基础上进行改进，在钻架平台下部设计一套喷淋系统，喷射方向全部朝向钻具，使带压力的水柱通过特殊的喷嘴转变为扇形雾状形式喷出，在平台下部的空间内，水雾与粉尘进行混合，粉尘重量增大跌落在四周，防止粉尘的飞扬。

2.2 气、水雾化原理介绍

通过水泵或压缩空气对水进行加压，当水在压力的作用下，以较高的速度通过管路喷入到喷嘴或低速的气流中，在喷嘴的内部设置一个金属片或螺旋体，将带压力的水进行阻挡，使水柱或水滴进一步破碎成小的水滴，通过细小管口形成的高速气流，产生的负压带动水流一起喷射到扰流板上，水在高速撞击下向四周飞溅使水滴变成在压缩空气的作用下以雾化状态经喷口喷出。

图3 试验效果图

2.3 雾化装置的运行原理

雾化就是通过压力降液体涣散构成雾，而均匀悬浮于空气中的一种现象。当水经过喷嘴喷出流经喷嘴孔边时展开成液体层，因为空气动力的不平稳现象，将液体层断裂变成拉长了的管孔状的粗细圆柱体，然后变成液滴，液滴的直径巨细取决于液体层的厚度和均匀度，安稳的液体和决裂进程。其作业原理是经过内部压力将内部的液体挤压进喷嘴中，喷嘴内部放置一块叶片，高速活动的液体经过叶片的旋流腔构成雾，叶片的巨细厚薄，喷头的喷孔孔径，必定要与喷嘴配合，使液体冲击反弹后构成直径15～60μm左右的雾化颗粒，并经过喷嘴出口喷出构成喷雾。

3 研究改进措施

3.1 喷嘴装置的设计制作

使用φ20mm不锈钢管制作两个喷嘴装置，喷嘴加工成鸭嘴型结构，根据安装位置决定喷嘴的固定方式和方向，采用焊接或螺纹连接的方式固定在横管上，在其中的一端或横管的中部焊接一个软管接头，并将其它部位进行丝堵焊接便于拆卸清理。制作两个三通使用耐压胶管将喷嘴装置进行连接，将另一端通过三通接入压气管道，三通的出口连接一个直通式单向阀，接入带压力的水。

3.2 喷嘴装置试验

当带有一定压力的水顶开单向阀阀芯时，压力水进入连接单向阀的三通，此时操作压气管道控制阀使带压力的水通过管路进入喷嘴装置，在喷嘴的内部设置一个挡片对水进行阻挡，然后从喷口以雾化和柱流的形式喷出，粉尘与雾化水相遇凝结在一起跌落起到降尘的目的。

3.3 试验效果总结

在修复了挡渣罩的基础上，经过多次的改进和试验，孔口降尘达到了一定的目的，但距真正的雾化降尘还有一定的距离，不断分析存在的缺陷和问题，逐步进行改进和提高。使孔口排渣的使用情况能够适应季节的变化，逐步达到电动控制或智能化控制的水平，改善操作人员的工作环境，降低粉尘对设备和环境的影响。

4 结语

为充分发挥牙轮钻机在矿山开采中的作用，使人员的安全健康和设备的运行效率达到最佳状态，最大限度避免粉尘对大气环境造成的影响，必须重视牙轮钻机的降尘与设备故障之间的联系。从作业现场的实际出发，以降低粉尘污染，减少设备故障，降低生产成本，提高设备效率为工作重点，切实可行地开展技术攻关、技术改进、自主改善等活动，使成果要消化在作业现场和需要的地方。