一种矿井掘进工作面控尘除尘装置及使用方法与流程

本发明属于煤矿安全、矿井控尘除尘技术领域，尤其涉及一种矿井掘进工作面控尘除尘装置及使用方法。

背景技术：

粉尘灾害作为矿井五大灾害之一，严重影响工人身体健康，威胁矿井安全生产。现阶段，由于生产技术的原因，矿井掘进工作面产生大量粉尘，尤其在独头长距离掘进巷道中风流易集聚，巷道局部地区粉尘浓度很高。煤矿工人长期处于含有煤尘、岩尘的工作环境中，易患尘肺病、矽肺病等肺部疾病，影响身体健康。另一方面，大量可燃性粉尘(煤尘)悬浮于掘进工作面，存在爆炸隐患，严重威胁着煤矿井下安全生产。因此，需要对矿井掘进工作面进行有效的控尘除尘工作。

现有的除尘手段，多采取干式防尘方法，即利用风幕集尘，不能够高效的集尘除尘。专门针对井巷内湿式除尘的设备较少。专利cn108590648a公布了一种煤矿综掘液压风幕集尘风机装置及除尘系统，具有一定的封闭尘源作用。其所述的煤矿综掘液压风幕集尘风机装置及除尘系统，应用地点为回采工作面，需要两台煤矿综掘液压风幕集尘风机装置、抽出式风筒和除尘风机。且需要分别在进风巷道和回风巷道内铺设专用风筒，工程量巨大，操作不便。由于工程特点要求，此设备不适用于独头长距离掘进巷道。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，为了降低粉尘浓度，进而改善掘进工作面环境，增强安全生产，减少职工患尘肺病的几率。提供一种安全可靠、操作简单、控尘除尘程度高的，适用于独头长距离掘进巷道的矿井掘进工作面控尘除尘装置及使用方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种矿井掘进工作面控尘除尘装置，采用模块化设计，包括集尘室、多个加压混合室和净化装置；所述集尘室与净化装置安装有多个加压混合室，相邻加压混合室之间均通过排尘风筒连接，实现对气体的多次加压、加速，对粉尘和高压气体多次混合，提高对独头长距离掘进巷道工作面的控尘除尘；集尘室和净化装置之间连接的加压混合室的数量根据实际工作的具体情况需求决定，所述加压混合室外圆面设置有用于控尘除尘装置的固定支架。

所述集尘室为“漏斗”结构，其大口径端指向粉尘源方向，小口径端嵌入加压混合室进口端内壁内，且通过集尘室与加压混合室连接处设置在外壁面上的法兰环连接，用以密封加固连接处。

所述加压混合室为“圆柱体”结构，其两端外壁面处均设有法兰环，加压混合室内壁靠近进口端设置有高压气体喷嘴，高压气体喷嘴后端的加压混合室内壁加工成非等直径管壁。所述加压混合室内壁经特殊加工处理，整体符合文丘里原理。环形高压气体喷嘴喷射出的高压气体从加压混合室内壁的前端进入，在加压混合室的内壁的最窄处，动态压力达到最大值，静态压力达到最小值，气体的速度因为通流横截面面积减小而上升，同时在加压混合室内壁前部空间内形成一个真空度，产生负压效应，使集尘室正对的粉尘源处的粉尘和空气被吸入加压混合室内，被加速的高压气体和吸入的粉尘颗粒在加压混合室内壁后部收敛性内壁中发生碰撞，完成第一次混合后，从加压混合室尾部排出，进入净化装置中。

所述高压气体喷嘴采用高强度耐腐蚀金属管材质制成的环形的高压气体喷嘴，环形的高压气体喷嘴外圆面设置有贯穿至加压混合室管壁的连接管，连接管与外设的空气压缩机连接，为确保压缩气体分布均匀，环形的高压气体喷嘴沿周向设置的喷口通过螺旋固定头与气体增压喷嘴进口端连接，气体增压喷嘴个数为八个。

所述气体增压喷嘴为高强度耐腐蚀金属材质，气体增压喷嘴结构为“子弹型”，其连接端设有螺旋固定头，中部为圆管型，内壁加工成两端薄中间厚结构的高压气体加压室，喷头部分为中空“圆台”结构的收敛型喷头。当高压气体经过气体增压喷嘴中部时会形成负压效应，将环型高压气体喷嘴内高压气体加速吸入收敛型喷头，并使气体得到加压后从收敛型喷头喷射而出；所述的高压气体为空气压缩机提供的高压空气。

所述净化设置包括耐腐蚀金属管道、高压水雾喷嘴及蓄水池，所述耐腐蚀金属管道倾斜设置，耐腐蚀金属管道一端通过法兰环与高压水雾喷嘴一端连接，高压水雾喷嘴另一端与加压混合腔出口端通过法兰环连接，耐腐蚀金属管道另一端与蓄水池侧壁通孔贯通，且焊接在蓄水池通孔处侧壁上，方便收集降尘控尘室内被水湿润后沉积的“尘水混合物”。蓄水池为圆桶状结构，蓄水池侧壁的通孔处安装有单向限位开关，单向限位开关在允许较高速“气-液-固”三项混合物通过倾斜安装的耐腐蚀金属管道进入蓄水池的同时，使气流进入水体后冲击向蓄水池底部，方便粉尘与水充分接触，当停止通入高压气体时，单向限位开关在蓄水池水压作用下自行关闭，避免水流倒灌管道。所述蓄水池内装有水，蓄水池内设置有透气挡板，且透气挡板位于水的上方，将经过“脱尘”的空气以较低的速度排出到巷道中。蓄水池底端平行设置的两个侧壁上分别焊接有出水管和回水管，回水管延伸至过滤箱内，且与过滤箱内的水泵连接，过滤箱内设置有过滤挡板，经过过滤挡板过滤的水经过出水管返回至蓄水池内。

所述高压水雾喷嘴采用高强度耐腐蚀金属管材质制成的环形结构，包括环形基体，所述环形基体上的连接管与高压水管连接，环形基体内壁沿周向均匀设置有螺旋牙导水芯喷嘴，且螺旋牙导水芯喷嘴的喷口端均指向环形管圆心设置，螺旋牙导水芯喷嘴喷射的雾滴分布均匀且雾化颗粒细，相同压力情况下螺旋牙导水芯喷嘴的耗水量少、喷射角度小，喷射射程合理。高压水雾喷嘴增加了从加压混合室排入气体混合物的湿度，进而形成“气-液-固”三项混合物。

所述过滤挡板由框架和滤膜组成，滤膜镶嵌在框架的内表面处。

一种矿井掘进工作面控尘除尘装置的使用方法，包括以下步骤：

步骤1，根据现场需要，架设本设备于独头长距离掘进巷道内；其中集尘室位于掘进工作面，大量粉尘产生地点；环型高压气体喷嘴上的连接管与外部矿井自备的空气压缩设备连接，高压水雾喷嘴上的连接管与矿井自备的高压水管连接；控尘除尘装置气路水路连接完成后，同时启动空气压缩机、高压供水装置及水泵，供应高压气体和高压水，设备开始工作；

步骤2，高压气体经过高压气体喷嘴及气体增压喷嘴后进入加压混合腔内，在高压气体经过气体增压喷嘴中部的高压气体加压室时会形成负压效应，将环形的高压气体喷嘴内高压气体加速吸入气体增压喷嘴的收敛型喷头，并使气体得到加压后从收敛型喷头喷射而出进入加压混合腔内二次加压；在加压混合腔内壁的最窄处，动态压力达到最大值，静态压力达到最小值；气体的速度因为通流横截面面积减小而上升，同时就在加压混合室内壁前部空间内形成一个真空度，产生负压效应，使集尘室开口周围的粉尘和空气被吸入加压混合室内，被加速的高压气体和吸入的粉尘在加压混合室内壁后部收敛性内壁中发生碰撞，完成第一次混合后，从加压混合室尾部排出，进入净化装置中；

步骤3，经过加压混合室进入净化装置中的粉尘混合气体进入高压水雾喷嘴的环形基体内，被高压水雾喷嘴的螺旋牙导水芯喷嘴雾化加湿，进而形成“气-液-固”三项混合物；“气-液-固”三项混合物在高压气体作用下通过倾斜安装内壁光滑的耐腐蚀金属管道进入蓄水池，并在较高速度的冲击下，使粉尘颗粒与水充分混合，气体在水中成气泡状浮出水面，通过透气挡板排出到巷道中；从耐腐蚀金属管道流入水中的粉尘颗粒在重力作用下慢慢沉降到蓄水池底部，在水泵动力作用下，经过出水管输出端进入过滤箱，在可定期更换的过滤挡板过滤作用下，粉尘颗粒被收集在过滤挡板一侧，水通过过滤挡板，在水泵动力作用下经过回水管返回至蓄水池内，进入新的循环，形成具有可持续性的净化系统。

本发明的有益效果为：由于采用上述方案，本发明与现有技术相比具有以下优点：

(1)本发明一种矿井掘进工作面控尘除尘装置，采用模块化设计，包括集尘室、加压混合室和净化装置。可根据工作需求括集尘室和净化装置之间连接多个加压混合室。多个加压混合室之间通过煤矿现有的排尘风筒连接，实现对气体的多次加压、加速，和对独头长距离掘进巷道工作面的控尘除尘。极大提高了装置的可操作性和应用性。

(2)首先通过多个气体增压喷嘴完成气体一次加压，再通过加压混合室内壁实现气体二次加速、加压，同时产生负压自动将集尘室周围的粉尘和空气被吸入加压混合室内。两次加压增大了本发明的吸尘、集尘能力；吸入的粉尘与空气在加压混合室内壁后部收敛性内壁中发生碰撞，实现粉尘与空气的充分混合；高压水雾喷嘴产生的水雾屏障，极大增加了粉尘的湿度，被水湿润的粉尘将会进入净化装置中，最终分离气体和固体颗粒，将净化后的空气以较低的速度排出到巷道中，固体颗粒得以收集，极大的保障了长距离掘进巷道内的空气质量，保障工人健康。

(3)本发明一种矿井掘进工作面控尘除尘装置，仅水泵需要综掘面提供电力设备，以及高压风管提供一部分的风量，水管提供一部分的水，并且耗电量、需风量和耗水量都不大，且水可循环重复利用，矿里都能满足要求。成本低廉，安全可靠，操作简便，可实施程度高。

附图说明

图1为本发明一种矿井掘进工作面控尘除尘装置的结构示意图；

图2为本发明一种矿井掘进工作面控尘除尘装置的加压混合室的结构示意图；

图3为本发明一种矿井掘进工作面控尘除尘装置的环型高压气喷嘴的结构示意图；

图4为本发明一种矿井掘进工作面控尘除尘装置的气体增压喷嘴的结构示意图；

1-集尘室，2-加压混合室，3-气体增压喷嘴，4-高压气体喷嘴，5-耐腐蚀金属管道，6-回水管，7-加压混合室内壁，8-高压水雾喷嘴，9-蓄水池，10-单向限位开关，11-透气挡板，12-固定支架，13-出水管，14-过滤箱，15-过滤挡板，16-水泵，17-螺旋固定头，18-高压气体加压室，19-收敛型喷头，20-净化装置。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施实例对发明做进一步详细说明。

如图1至图4所示，一种矿井掘进工作面控尘除尘装置，采用模块化设计，包括集尘室1、加压混合室2和净化装置20；所述集尘室1与净化装置20安装有加压混合室2，实现对气体的多次加压、加速，对粉尘和高压气体多次混合，提高对独头长距离掘进巷道工作面的控尘除尘；集尘室1和净化装置20之间连接的加压混合室2的数量根据实际工作的具体情况需求决定，所述加压混合室2外圆面设置有用于控尘除尘装置的固定支架12。

所述集尘室1为“漏斗”结构，其大口径端指向粉尘源方向，小口径端嵌入加压混合室2进口端内壁内，且通过集尘室1与加压混合室2连接处设置在外壁面上的法兰环连接，用以密封加固连接处。

所述加压混合室2为“圆柱体”结构，其两端外壁面处均设有法兰环，加压混合室内壁7靠近进口端设置有高压气体喷嘴4，高压气体喷嘴4后端的加压混合室内壁7加工成非等直径管壁。所述加压混合室内壁7经特殊加工处理，整体符合文丘里原理。高压气体喷嘴4喷射出的高压气体从加压混合室内壁7的前端进入，在加压混合室内壁7的最窄处，动态压力达到最大值，静态压力达到最小值，气体的速度因为通流横截面面积减小而上升，同时在加压混合室内壁7前部空间内形成一个真空度，产生负压效应，使集尘室1正对的粉尘源处的粉尘和空气被吸入加压混合室2内，被加速的高压气体和吸入的粉尘颗粒在加压混合室内壁7后部收敛性内壁中发生碰撞，完成第一次混合后，从加压混合室2尾部排出，进入净化装置20中。

所述高压气体喷嘴4采用高强度耐腐蚀金属管材质制成的环形的高压气体喷嘴4，环形的高压气体喷嘴4外圆面设置有贯穿至加压混合室2管壁的连接管，连接管与外设的空气压缩机连接，为确保压缩气体分布均匀，环形的高压气体喷嘴4沿周向设置的喷口通过螺旋固定头17与气体增压喷嘴3进口端连接，气体增压喷嘴3个数为八个。

所述气体增压喷嘴3为高强度耐腐蚀金属材质，气体增压喷嘴3结构为“子弹型”，其连接端设有螺旋固定头17，中部为圆管型，内壁加工成两端薄中间厚结构的高压气体加压室18，喷头为中空“圆台”结构的收敛型喷头19。当高压气体经过气体增压喷嘴3中部时会形成负压效应，将环型高压气体喷嘴4内高压气体加速吸入收敛型喷头19，并使气体得到加压后从收敛型喷头19喷射而出；所述的高压气体为空气压缩机提供的高压空气。

所述净化设置包括耐腐蚀金属管道5、高压水雾喷嘴8及蓄水池9，所述耐腐蚀金属管道5倾斜设置，耐腐蚀金属管道5一端通过法兰环与高压水雾喷嘴8一端连接，高压水雾喷嘴8另一端与加压混合腔出口端通过法兰环连接，耐腐蚀金属管道5另一端与蓄水池9侧壁通孔贯通，且焊接在蓄水池9通孔处侧壁上，方便收集降尘控尘室内被水湿润后沉积的“尘水混合物”，蓄水池9为圆桶状结构，蓄水池9侧壁的通孔处安装有单向限位开关10，单向限位开关10在允许较高速“气-液-固”三项混合物通过倾斜安装的耐腐蚀金属管道5进入蓄水池9的同时，使气流进入水体后冲击向蓄水池9底部，方便粉尘与水充分接触，当停止通入高压气体时，单向限位开关10在蓄水池9水压作用下自行关闭，避免水流倒灌管道。所述蓄水池9内装有水，蓄水池9内设置有透气挡板11，且透气挡板11位于水的上方，将经过“脱尘”的空气以较低的速度排出到巷道中，蓄水池9底端平行设置的两个侧壁上分别焊接有出水管13和回水管6，回水管6延伸至过滤箱14内，且与过滤箱14内的水泵16连接，过滤箱14内设置有过滤挡板15，经过过滤挡板15过滤的水经过出水管13返回至蓄水池内。

所述高压水雾喷嘴8采用高强度耐腐蚀金属管材质制成的环形结构，包括环形基体，所述环形基体上的连接管与高压水管连接，环形基体内壁沿周向均匀设置有螺旋牙导水芯喷嘴，且螺旋牙导水芯喷嘴的喷口端均指向环形管圆心设置，螺旋牙导水芯喷嘴喷射的雾滴分布均匀且雾化颗粒细，相同压力情况下螺旋牙导水芯喷嘴的耗水量少、喷射角度小，喷射射程合理。高压水雾喷嘴8增加了从加压混合室2排入气体混合物的湿度，进而形成“气-液-固”三项混合物。

所述过滤挡板15由框架和滤膜组成，滤膜镶嵌在框架的内表面处。

一种矿井掘进工作面控尘除尘装置的使用方法，包括以下步骤：

步骤1，根据现场需要，架设本设备于独头长距离掘进巷道内；其中集尘室1位于掘进工作面，大量粉尘产生地点；环型高压气体喷嘴4上的连接管与外部矿井自备的空气压缩设备连接，高压水雾喷嘴8上的连接管与矿井自备的高压水管连接；控尘除尘装置气路水路连接完成后，同时启动空气压缩机、高压供水装置及水泵，供应高压气体和高压水，设备开始工作；

步骤2，高压气体经过高压气体喷嘴4及气体增压喷嘴3后进入加压混合腔内，在高压气体经过气体增压喷嘴3中部的高压气体加压室18时会形成负压效应，将环形的高压气体喷嘴4内高压气体加速吸入气体增压喷嘴3的收敛型喷头19，并使气体得到加压后从收敛型喷头19喷射而出进入加压混合腔内二次加压；在加压混合腔内壁的最窄处，动态压力达到最大值，静态压力达到最小值；气体的速度因为通流横截面面积减小而上升，同时就在加压混合室内壁7前部空间内形成一个真空度，产生负压效应，使集尘室1开口周围的粉尘和空气被吸入加压混合室2内，被加速的高压气体和吸入的粉尘在加压混合室内壁7后部收敛性内壁中发生碰撞，完成第一次混合后，从加压混合室2尾部排出，进入净化装置20中；

步骤3，经过加压混合室2进入净化装置20中的粉尘混合气体进入高压水雾喷嘴8的环形基体内，被高压水雾喷嘴8的螺旋牙导水芯喷嘴雾化加湿，进而形成“气-液-固”三项混合物；“气-液-固”三项混合物在高压气体作用下通过倾斜安装内壁光滑的耐腐蚀金属管道5进入蓄水池9，并在较高速度的冲击下，使粉尘颗粒与水充分混合，气体在水中成气泡状浮出水面，通过透气挡板11排出到巷道中；从耐腐蚀金属管道5流入水中的粉尘颗粒在重力作用下慢慢沉降到蓄水池9底部，在水泵16动力作用下，经过出水管13输出端进入过滤箱14，在可定期更换的过滤挡板15过滤作用下，粉尘颗粒被收集在过滤挡板15一侧，水通过过滤挡板15，在水泵16动力作用下经过回水管6返回至蓄水池9内，进入新的循环，形成具有可持续性的净化系统。

本发明在整个工作过程中，只需要提供水泵电力设备，高压风管提供一部分的风量，水管提供一部分的水，并且耗电量、需风量和耗水量都不大，矿里都能满足要求。成本低廉，安全可靠，操作简便，可实施程度高。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。