本发明属于矿井除尘技术领域，更具体地说，涉及一种用于金属矿山井下溜破系统的通风除尘系统及除尘方法。本发明通过风机将井下溜破系统回风引至一专用巷道，再使用自动喷雾装置与高分子无纺滤料的组合除尘方式净化风流。经过净化的风流可直接经采场进入回风井排出，无需新建专用回风巷道，可广泛适用于各类金属矿山井下溜破系统通风除尘作业。
背景技术：
溜破系统通风是矿井通风系统的一个重要组成部分，也是金属矿山矿井通风系统设计过程中的一个难点。由于溜破系统主要承担井下矿石破碎，矿粉回收等任务，其回风流中含有大量可吸入粉尘，这些矿尘颗粒极易被吸入肺部，引发各类呼吸道疾病，也大大增加了尘肺等职业病的发病率。因此，为避免矿石粉尘流入采场对工人身体健康造成危害，溜破系统回风需要设置专用回风巷道与控风设施将回风流引入回风井排出地表。
目前，在为金属矿山矿井设计通风系统时需要为位于矿井底部的溜破系统规划专用回风道，其中比较常见的主要有以下两种做法：一是利用现有巷道，二是另行建设巷道。若矿井存在闲置巷道且符合溜破系统回风所需各项条件的话，则利用现有巷道回风是最佳选择。若该矿井不存在可利用巷道则需要占用其他巷道，这就要重新规划风路，可能会对采场或运输水平的通风造成影响。而建设专用回风道，工程投资大，建设周期长，不适于企业应用。
如，中国专利申请号为201320178808.x，申请日为2013年04月10日，发明创造名称为：一种地下矿溜破系统自动除尘结构，该申请案的地下矿溜破系统自动除尘结构包括溜矿井和设置在其上的多个中段卸矿点；若中段卸矿点在溜矿井同一侧，在各中段卸矿点正对面的位置距溜矿井井壁预设距离开有专用抽尘天井；若中段卸矿点不在溜矿井同一侧，则在距离各中段卸矿点距离最远的侧面位置距溜矿井井壁预设距离开有专用抽尘天井；专用抽尘天井和溜矿井间通过多个卸压联巷连通，卸压联巷为倾斜状，其上部和专用抽尘天井连通，下部和溜矿井连通；在专用抽尘天井中部设有其内部安装有抽尘风机的专用抽尘平巷。该申请案通过各个卸压联巷自动将被压缩的含尘空气迅速压入专用抽尘天井中，然后由安装在专用抽尘平巷中的抽尘风机抽走，从而在一定程度上能够防止中段卸矿点处产生大量粉尘。但该申请案仍需要建设专用抽尘天井，项目投资成本较高。
又如，中国专利申请号为201510055106.6的申请案公开了一种井下巷道防尘净化装置，该申请案的井下巷道防尘净化装置，包括上部呈扇形的水幕框架和设置在井下巷道顶部的旋转喷头，所述水幕框架的扇形部分设置窗纱，所述井下巷道的侧壁上间隔设置喷头和风筒，所述风筒通过电缆与井下水管连接可对喷头进行导向作用。该申请案通过设置井下巷道防尘净化水幕，并使用塑料窗纱，从而大大降低了粉尘浓度，可以有效改善职工的工作环境，并有利于节约制造成本。但该申请案的防尘净化装置对矿井巷道的粉尘净化效果相对较差，仍有待进一步提高。
技术实现要素：
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于克服现有矿井溜破系统回风存在的以上不足，提供了一种用于金属矿山井下溜破系统的通风除尘系统及除尘方法。本发明利用风机、喷雾除尘器与高分子无纺滤料组成一个高效稳定的通风除尘系统，该系统适用于绝大多数金属矿山，具有工程量小，建设周期短，投资小，见效快等优点。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种用于金属矿山井下溜破系统的通风除尘系统，包括引风巷道、引风装置、自动喷雾装置和高分子无纺滤料除尘器，其中引风装置用于将井下溜破系统回风引至引风巷道，引风巷道内沿风流方向依次设有自动喷雾装置和高分子无纺滤料除尘器。
更进一步的，所述的自动喷雾装置包括设置于引风巷道顶部及两侧壁的喷头ii，上述喷头ii均与水管相连，且喷头ii喷水共同构成一道水幕。
更进一步的，所述引风巷道顶部均匀布设两个喷头ii，巷道两壁各设置一个喷头ii，四个喷头ii喷水构成一道水幕。
更进一步的，所述的自动喷雾装置包括沿引风巷道间隔设置的至少两道水幕。
更进一步的，所述的自动喷雾装置包括沿引风巷道间隔设置的两道水幕，且两道水幕之间的间距为8-12m。
更进一步的，与所述喷头相连的水管上设有水表、手动蝶阀、水质过滤器、电磁阀门和增压泵，且引风巷道的入口处设有粉尘浓度传感器，该粉尘浓度传感器及水管上的电磁阀门均与plc控制单元相连；所述的引风装置采用风机。
更进一步的，所述的高分子无纺滤料除尘器的滤料由如下质量百分比的组分组成：聚氯乙烯27-33％、聚四氟乙烯28-32％、聚丙硫醚13-17％和聚酰亚胺纤维23-27％。
更进一步的，所述高分子无纺滤料除尘器与自动喷雾装置之间的安装间距为0.3-0.6m，且高分子无纺滤料除尘器上安装有滤料清洗机构，该滤料清洗机构包括横杆及驱动横杆上下移动的驱动机构，所述横杆上设有均匀分布的喷头i。
更进一步的，所述的驱动机构包括电机和链条，其中电机固定于高分子无纺滤料除尘器上方的横梁上，横杆的两端分别通过链条与电机驱动相连。
本发明的一种用于金属矿山井下溜破系统的通风除尘方法，采用本发明的通风除尘系统，具体包括以下过程：通过引风装置将井下溜破系统回风引至引风巷道，由粉尘浓度传感器采集巷道粉尘浓度数据，并将采集到的数据传送给plc控制单元，经过plc控制单元计算分析后确定粉尘浓度是否达到预定值；当粉尘浓度达到预定值时，plc控制单元发出信号开启水管上的电磁阀门，自动喷雾装置开始工作，通过水幕对粒径较大的粉尘颗粒进行捕捉沉降；当粉尘浓度小于预设值时，控制单元发出信号关闭电磁阀门，喷雾停止工作；经自动喷雾装置处理后的粉尘进入第二道除尘设施高分子无纺滤料，通过该滤料将风流中粒径更小的矿尘颗粒过滤下来，风流经过处理风质达标后直接排入采场。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下显著效果：
(1)本发明的一种用于金属矿山井下溜破系统的通风除尘系统，包括引风巷道、引风装置、自动喷雾装置和高分子无纺滤料除尘器，通过引风装置将井下溜破系统回风引至引风巷道，然后借助“喷雾+过滤”的组合除尘方式，从而可以有效提高金属矿山井下溜破系统的通风除尘效果，且无需建造专用回风巷道，项目投资成本较低，适于企业推广应用。
(2)本发明的一种用于金属矿山井下溜破系统的通风除尘系统，所述的自动喷雾装置包括设置于引风巷道顶部及两侧壁的喷头ii，上述喷头ii均与水管相连，且喷头ii喷水共同构成一道水幕，通过水幕的作用对溜破系统回风中粒径较大的粉尘颗粒进行捕捉和沉降处理，然后利用高分子无纺滤料对风流中粒径较小的颗粒进行进一步过滤，从而有利于保证溜破系统回风的除尘效果。
(3)本发明的一种用于金属矿山井下溜破系统的通风除尘系统，通过在引风巷道间隔设置至少两道水幕，从而能够进一步提高风流中大颗粒粉尘的沉降作用，有利于保证风流的后续过滤作用。
(4)本发明的一种用于金属矿山井下溜破系统的通风除尘系统，引风巷道的入口处设有粉尘浓度传感器，该粉尘浓度传感器及水管上的电磁阀门均与plc控制单元相连，从而可以通过粉尘浓度传感器对进入巷道的风流中粉尘的浓度进行自动监测，当粉尘浓度超过设定值时，通过plc控制单元控制水管上的电磁阀门打开，从而使自动喷雾装置开始工作；当粉尘浓度低于设定值时，则通过plc控制单元控制水管上的电磁阀门关闭，自动喷雾装置停止工作，从而既能保证溜破系统回风的除尘效果，又有利于节约除尘处理的成本。
(5)本发明的一种用于金属矿山井下溜破系统的通风除尘系统，通过对高分子无纺滤料除尘器的滤料组分及配比进行优化设计，从而可以显著提高其除尘过滤效果，使经处理后的矿山井下溜破系统回风质得到极大改善，其回风流风质符合国家《金属非金属矿山安全规程》对于采掘工作面风源含尘量≤0.5mg/m3的规定，可以直接进入采场。
(6)本发明的一种用于金属矿山井下溜破系统的通风除尘系统，高分子无纺滤料除尘器上安装有滤料清洗机构，通过清洗机构可以对高分子无纺滤布进行上下清洗，从而有利于保持滤料阻力的恒定。
(7)本发明的一种用于金属矿山井下溜破系统的通风除尘方法，采用本发明的通风除尘系统，将井下溜破系统回风引至引风巷道后，先利用自动喷雾装置对粒径较大的粉尘颗粒进行捕捉沉降，然后借助高分子无纺滤料的作用将风流中粒径更小的矿尘颗粒过滤下来，经处理后的溜破系统回风风质得到有效改善，且其处理投资成本相对较低。
附图说明
图1为金属矿山井下溜破系统的通风除尘工艺流程图；
图2为自动喷雾装置的横向投影图；
图3为自动喷雾装置的纵向投影图；
图4为金属矿山井下自动喷雾降尘控制流程图；
图5为高分子无纺滤料除尘器及滤料清灰清洗装置的安装结构示意图。
图中：1、高分子无纺滤料除尘器；2、喷头i；3、电机；4、链条；5、横杆；6、触点开关；7、引风巷道；8、喷头ii；801、第一水幕；802、第二水幕；9、水管。
具体实施方式
为进一步描述本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
如图2、图3和图5所示，本实施例的一种用于金属矿山井下溜破系统的通风除尘系统，包括引风巷道7、引风装置、自动喷雾装置和高分子无纺滤料除尘器1，其中引风装置用于将井下溜破系统回风引至引风巷道7，引风巷道7内沿风流方向依次设有自动喷雾装置和高分子无纺滤料除尘器1。本实施例借助“喷雾+过滤”的组合除尘方式，通过自动喷雾装置的作用对溜破系统回风中粒径较大的粉尘颗粒进行捕捉和沉降处理，然后利用高分子无纺滤料对风流中粒径较小的颗粒进行进一步过滤，从而可以有效提高金属矿山井下溜破系统的通风除尘效果，且无需建造专用回风巷道，项目投资成本较低，适于企业推广应用。
实施例2
本实施例的一种用于金属矿山井下溜破系统的通风除尘系统，其结构基本同实施例1，其区别主要在于：所述的自动喷雾装置包括设置于引风巷道7顶部及两侧壁的喷头ii8，上述喷头ii8均与水管9相连，且喷头喷水共同构成一道水幕。如图2所示，所述引风巷道7顶部均匀布设两个喷头ii8，巷道两壁各设置一个喷头ii8，四个喷头ii8喷水构成一道水幕。
实施例3
本实施例的一种用于金属矿山井下溜破系统的通风除尘系统，其结构基本同实施例2，其区别主要在于：所述的自动喷雾装置可根据情况设置为包括沿引风巷道7间隔设置的至少两道水幕。如图3所示，本实施例的自动喷雾装置包括沿引风巷道间隔设置的两道水幕：第一水幕801和第二水幕802，且两道水幕之间的间距根据情况设置为8-12m，从而能够进一步提高风流中大颗粒粉尘的沉降作用，有利于保证风流的后续过滤作用。本实施例中与所述喷头相连的水管9上设有水表、手动蝶阀、水质过滤器、电磁阀门和增压泵，且引风巷道7的入口处设有粉尘浓度传感器，该粉尘浓度传感器及水管上的电磁阀门均与plc控制单元相连；所述的引风装置采用风机。
风机负责在输送溜破系统回风的过程中提供动力，因此风机的选型与工况要与溜破系统回风量以及系统阻力相适应。在确定风机型号前，要先确定系统风量与阻力，本实施例使用ventsim三维仿真通风模拟软件预先进行通风模拟。ventsim是一款非常优秀的矿井通风三维仿真模拟软件，其利用计算机平台的强大运算能力，以“hardy－cross”迭代法为原理对通风网络进行解算，实现了对矿井通风系统的实时动态模拟。首先根据溜破系统每个水平作业量与巷道断面积确定溜破每个水平所需风量，根据国家《金属非金属矿山安全规程》对于矿石破碎巷道风速的规定，一般将溜破各水平风速控制在0.5-4m/s之间。确定溜破各水平所需风量之后，其所需风量之和及该溜破系统所需总风量；系统阻力根据巷道长度、断面大小、支护形式等确定。在将上述数据输入ventsim软件之后，软件会给出一个满足通风所需的风机风量与风压，然后根据该风量与风压确定备选风机。在最终确定风机前，还要在ventsim软件中对备选风机的性能曲线进行模拟，风机的工况点越居于性能曲线中段说明该风机越适合该系统。一般来说，选定风机要尽量遵循以下原则：
(1)在条件相同的情况下尽量选择功率更小的风机；
(2)在为溜破系统选择风机时，尽量为溜破每个水平布置一台小功率风机，以取代在溜破总回风巷布置的较大功率风机。
自动喷雾装置在溜破作业强度较大、产尘量较大、回风流含尘量较高时，喷雾装置自动开启，对回风流进行预处理，将风流中粒径较大的颗粒沉降下来。喷雾采用双水幕设计，两道水幕前后相距8-12m，便于给粉尘留有足够的沉降空间，保证沉降效果。结合图4，喷雾同时采用自动控制，预先对巷道粉尘浓度设置一个数值，通过粉尘浓度传感器对进入巷道的风流中粉尘的浓度进行自动监测，并将采集到的数据传送给plc控制单元，经过plc控制单元计算分析后确定粉尘浓度是否达到预定值。当粉尘浓度超过设定值时，通过plc控制单元控制水管9上的电磁阀门打开，从而使自动喷雾装置开始工作；当粉尘浓度低于设定值时，则通过plc控制单元控制水管9上的电磁阀门关闭，自动喷雾装置停止工作，从而既能保证溜破系统回风的除尘效果，又有利于节约除尘处理的成本。
本实施例的喷雾装置同时还装配红外人体传感器，当传感器检测到巷道有人员通过时，回将信号传送给plc控制单元，控制单元发出信号关闭供水管路阀门，喷雾停止工作，方便井下人员通行。
实施例4
本实施例的一种用于金属矿山井下溜破系统的通风除尘系统，其结构基本同实施例3，其区别主要在于：本实施例的高分子无纺滤料除尘器1的滤料由如下质量百分比的组分组成：聚氯乙烯30％、聚四氟乙烯32％、聚丙硫醚13％和聚酰亚胺纤维25％。由上述滤料制作形成的高分子无纺滤布直接安装固定于引风巷道7内，其尺寸与引风巷道7下部的矩形截面尺寸相匹配，且高分子无纺滤布与引风巷道7侧壁之间进行密封。
传统袋式除尘器滤料过滤阻力高且阻力会随之间增大，对细微粉尘过滤效率低，反清洗频率高等缺点。本申请的发明人通过对高分子无纺滤料除尘器的滤料组分及配比进行优化设计，从而可以显著提高其除尘过滤效果，该滤料具有表面光滑，粉尘难以附着，不结露，耐湿性好，孔径小，对细微粉尘过滤效果较好，寿命长等特点，适用于大多数金属矿山。
本实施例中高分子无纺滤料除尘器1与自动喷雾装置之间的安装间距为0.3m，且高分子无纺滤料除尘器1上安装有滤料清洗机构，该滤料清洗机构包括横杆5及驱动横杆5上下移动的驱动机构，所述横杆5上设有均匀分布的喷头i2。通过清洗机构可以对高分子无纺滤布进行清洗，从而冲洗滤料表面的粉尘，防止滤料因粉尘附着而影响过滤效果，有利于保持滤料阻力的恒定。同时采用上下往复移动机械机构喷水清洗，可以保证滤料清洗无死角。
实施例5
本实施例的一种用于金属矿山井下溜破系统的通风除尘系统，其结构基本同实施例4，其区别主要在于：本实施例的高分子无纺滤料除尘器1的滤料由如下质量百分比的组分组成：聚氯乙烯33％、聚四氟乙烯28％、聚丙硫醚16％和聚酰亚胺纤维23％。本实施例中高分子无纺滤料除尘器1与自动喷雾装置之间的安装间距为0.4m，所述的驱动机构包括电机3和链条4，其中电机3固定于高分子无纺滤料除尘器1上方的横梁上，横杆5的两端分别通过链条4与电机3驱动相连。
实施例6
本实施例的一种用于金属矿山井下溜破系统的通风除尘系统，其结构基本同实施例4，其区别主要在于：本实施例的高分子无纺滤料除尘器1的滤料由如下质量百分比的组分组成：聚氯乙烯27％、聚四氟乙烯29％、聚丙硫醚17％和聚酰亚胺纤维27％；高分子无纺滤料除尘器1与自动喷雾装置之间的安装间距为0.6m。
本实施例的一种用于金属矿山井下溜破系统的通风除尘方法，采用本实施例的通风除尘系统，如图1所示，具体包括以下过程：通过引风装置将井下溜破系统回风引至引风巷道7，由粉尘浓度传感器采集巷道粉尘浓度数据，并将采集到的数据传送给plc控制单元，经过plc控制单元计算分析后确定粉尘浓度是否达到预定值；当粉尘浓度达到预定值时，plc控制单元发出信号开启水管9上的电磁阀门，自动喷雾装置开始工作，通过水幕对粒径较大的粉尘颗粒进行捕捉沉降；当粉尘浓度小于预设值时，控制单元发出信号关闭电磁阀门，喷雾停止工作；经自动喷雾装置处理后的粉尘进入第二道除尘设施高分子无纺滤料，通过该滤料将风流中粒径更小的矿尘颗粒过滤下来，风流经过处理风质达标后直接排入采场。
当含尘气流通过高分子无纺滤料，细颗粒粉尘阻留在滤料表面，一定时间后控制系统开启电机3带动链条4转动，链条上横杆5随着上下移动，喷头i2通过供电系统打开对滤料表面喷雾清洗，当横杆移动撞到触点开关6改变运动方向，上下往复移动至设定时间停止。
综上所述，本发明通过专用风机以抽出式通风的方式将井下溜破系统回风输送至特定区域，风机型号根据溜破系统回风量与阻力确定。引风完成后，在该区域布置组合除尘装置，该装置由自动喷雾设备与高分子无纺滤料两部分组成。在净化风流的过程中，自动喷雾装置先对溜破系统回风流进行预处理，其原理是利用高压水枪将水流打成极细(feret粒径10μ左右)的悬浮状雾滴，研究表明，雾滴对与自己粒径相近的粉尘颗粒具有更强的吸附能力。溜破系统回风流经过喷雾预处理后，粒径较大的粉尘颗粒被悬浮雾滴捕捉并沉降下来，粒径较小的矿尘随回风流继续前进，并进入第二道除尘设施高分子无纺滤料。该滤料能够对含尘风流进行进一步过滤，将风流中粒径更小的矿尘颗粒过滤下来。通过这种“喷雾+过滤”的组合除尘方式，使整个系统除尘率进一步提高。经过在某应用该工艺金属矿山的实地检测，该矿山井下溜破系统回风质得到极大改善，其回风流风质符合国家《金属非金属矿山安全规程》对于采掘工作面风源含尘量≤0.5mg/m3的规定，可以直接进入采场。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。