一种适合于煤矿工作面粉尘治理的除尘设备的制造方法
【专利摘要】本发明属于煤矿粉尘的除尘技术领域，为了解决传统降尘方法存在的降尘效率低、耗水量大、防尘费用高等问题，本发明提供了一种适合于煤矿工作面粉尘治理的除尘设备，包括角钢底座、钢架和若干组除尘风筒，除尘风筒水平设置、环状均布并由钢架固定，钢架底部与角钢底座连接，所述除尘风筒之间通过喷雾管路连接，除尘风筒为阶梯式结构，包括直径逐级增大的一级筒、二级筒和三级筒。本发明所示除尘设备可安装于采煤机、掘进机上，使其跟随作业设备行进连续除尘，很大程度改善了采煤机司机的作业环境，具有局部除尘作用，与传统喷雾除尘相比，可利用最小的耗水量实现最高效的除尘效果，除尘效率明显提高。
【专利说明】
一种适合于煤矿工作面粉尘治理的除尘设备
技术领域
[0001] 本发明属于煤矿粉尘的除尘技术领域，具体涉及一种适合于煤矿工作面粉尘治理 的除尘设备。
【背景技术】
[0002] 煤矿粉尘是矿井五大危害之一，在开采过程及其他工序中产生了大量高浓度的粉 尘，具有高产、高效、低耗特点的现代化开采技术，其产尘量比传统开采技术大大增加。井下 采掘工作面粉尘主要来源于采掘机械的破碎、装载、支架，其次是转载机和输送机的转载。 综放工作面的粉尘浓度普遍较高，而且呼吸性粉尘在总粉尘中的比例也高达20%左右。近年 来国内外研究表明，煤尘不但是导致井工人患尘肺病的重要原因，而且煤尘在空气中的悬 浮和在井巷中的沉积也是煤尘爆炸的主要原因。此外，矿尘能加速机械的磨损，减少精密仪 器的使用寿命，能降低工作场所的能见度，使工伤事故增多。在煤矿生产的各个环节采、掘、 装、运、卸、支护等过程中，都会不同程度地产生煤尘和岩尘。这些粉尘一经产生，就在井巷 风流的作用下，随气流一齐运动，并沿井巷横向和纵向散布开。粉尘在井巷的迀移过程中， 有的沉积在井巷的底板和周边上，有的则长期悬浮于风流中，随风流迀移到很远的地方。
[0003] 目前对于采煤工作面防尘，主要采用煤层注水、喷雾除尘、通风除尘、除尘装置等 措施，其存在问题较多，主要有以下几方面： 1) 降尘技术装备效果不明显，尽管采取了相应的降尘除尘措施，但井下工作面区域的 粉尘浓度特别是呼吸性粉尘浓度仍超过安全规程规定，除尘率一般只有30%左右； 2) -般常规的喷水、洒水除尘装置，除恶化工作面、耗费大量水资源外，对可呼吸性粉 尘的治理也很难奏效，以及对于浸水性差的煤质效果也不是太理想，对于缺水矿区难度更 大； 3) 防尘费用高，一些新的降尘除尘技术及装备投资大、费用高、周期长。而这种不理想 状态使得井下作业人员长期处于高浓度粉尘存在的恶劣作业环境中，对人的身心健康构成 了严重威胁和损害。
【发明内容】
[0004] 本发明为了解决传统降尘方法存在的降尘效率低、耗水量大、防尘费用高等问题， 提供了一种适合于煤矿工作面粉尘治理的除尘设备。
[0005] 本发明采用如下技术方案： 一种适合于煤矿工作面粉尘治理的除尘设备，包括角钢底座、钢架和若干组除尘风筒， 除尘风筒水平设置、环状均布并由钢架固定，钢架底部与角钢底座连接，所述除尘风筒之间 通过喷雾管路连接。环形布置可有效增大除尘装置的捕尘面积，降低捕尘盲区。同时，环形 布置的除尘装置安装体积较小，可与采煤机很好的配合，在采煤机机箱上安装。
[0006] 所述的除尘风筒为阶梯式结构，包括直径逐级增大的一级筒、二级筒和三级筒，一 级筒的端头设有捕尘罩，一级筒内设有与喷雾管路连接的喷嘴，二级筒内设有旋流器，三级 筒内设有滤网，三级筒的尾部下方设有净化漏斗和排污口。
[0007] 所述一级筒筒壁上设有若干吸尘孔，以便吸入更大范围内的粉尘。
[0008] 所述喷嘴长度为喷嘴直径的2-4倍，喷嘴直径
Q〇为工作水流体积流量，m3/s;μ为流量系数，取0.95; g为重力加速度，m/s2; Δ po为工作 压力，Pa; γ为工作水流容重，kN/m3。
[0009] 所述旋流器上均布设有若干扭转式导叶，导叶沿旋流器的轴套壁倾斜设置。
[0010]所述导叶均布设置六片，厚度为lmm，倾斜角度为40°。导叶及整个除尘装置表面涂 有耐磨耐腐蚀性材料，防止煤尘中的酸性物质溶解于水后对整个除尘系统的腐蚀，以及粉 尘颗粒对除尘系统的磨损。导叶尺寸、形状按设计手册设计，使得粉尘与水混合后的小水滴 通过旋流器的时间大于水滴走过导叶半径的时间，从而较好地分离粘附有粉尘的水滴、大 颗粒粉尘及净化气体。
[0011] 所述旋流器的直径 ，式中&为通过旋流器的气量，m3/h; 旋流器轴套直径_ 。
[0012] 所述滤网采用两层，孔径为2mm。
[0013] 所述喷雾管路上设有水阀。
[0014] 所述各除尘风筒底部设有底托，对除尘风筒形成支撑加固。
[0015] 1、本发明所示除尘设备可安装于采煤机、掘进机上，使其跟随作业设备行进连续 除尘，很大程度改善了采煤机司机的作业环境，具有局部除尘作用； 2、 所述除尘设备上设有捕尘罩和孔式结构的一级筒，在高压水射流的作用下，粉尘可 从捕尘罩吸入，也可由吸尘孔吸入，增加了吸尘区域和吸尘量，实现多方位吸尘； 3、 粉尘进入一级筒后，高压水使粉尘湿润，再在旋流器中分离，最后经过滤网过滤排 出，达到除尘的效果，吸入、分离和降尘排出过程连续进行，除尘效率更高； 4、 该设备结合行进装置为局部除尘，总除尘效率多90%，与传统喷雾除尘相比，除尘效 率提高了2-3倍，同时对呼吸性粉尘也有很高的除尘效率;耗水量彡20L/min，比传统喷雾除 尘系统节水，水得到了高效的利用，可利用最小的耗水量实现最高效的除尘效果。
[0016] 5、本装置主要通过水射流引射产生的负压进行捕尘，无电气构件，结构简单，不易 产生电火花;另外装置的整个运作过程，均有水雾参与，使该装置具有安全防爆、性能可靠、 一次性投入，长期有效等技术优点，特别适合与现有煤矿除尘设施结合使用，能有效降低综 采工作面粉尘浓度，防止煤尘爆炸和职业病危害的发生，具有远大的市场前景和应用领域， 同时能够满足实现煤矿绿色开采和安全开采的要求，会给煤矿带来一定的社会效益和经济 效益。
【附图说明】
[0017] 图1为本发明在采煤机上的使用状态示意图； 图2为除尘装置的结构主视图； 图3为除尘装置的结构俯视图； 图4为图3中的I-Ι首I』视图； 图5为图3中的Π -Π 剖视图； 图6为除尘风筒的结构示意图； 图7为一级筒的展开示意图； 图8为旋流器的立体结构示意图； 图9为旋流器的结构主视图； 图中：21-角钢底座、22-底托、23-钢架、24-除尘风筒、25-水阀、26-喷雾管路； 241-捕尘罩(吸入室）、242-喷嘴、243--级筒、244-旋流器、245-二级筒、246-三级筒、 247-滤网、248-净化漏斗、249-排污口、250-吸尘孔。
【具体实施方式】
[0018] 如图2、3、4、5所示的适合于煤矿工作面粉尘治理的除尘设备，包括角钢底座21、钢 架23和4组除尘风筒24，除尘风筒24水平设置、环状均布并由钢架23固定，钢架23底部与角 钢底座21连接，所述除尘风筒24之间通过喷雾管路26连接，喷雾管路26上设有水阀25。
[0019] 所述的除尘风筒为阶梯式结构，包括直径逐级增大的一级筒243、二级筒245和三 级筒246, 一级筒243的端头设有捕尘罩241，一级筒243内设有与喷雾管路26连接的喷嘴 242,二级筒245内设有旋流器244,三级筒246内设有滤网247,三级筒246的尾部下方设有净 化漏斗248和排污口 249,如图6所示。阶梯结构使含尘风流从一级筒进入二级筒时，断面变 大、风速减小，大颗粒矿尘及被湿润的矿尘自然降落，达到除尘的效果，同时也有便于排污 的作用。
[0020] 为了扩大对粉尘的吸附范围，在一级筒243筒壁上设有若干吸尘孔250,捕尘罩是 沿除尘筒的轴线方向设置，而吸尘孔是沿除尘筒的径向设置，捕尘范围增大，实现了多方位 吸尘;且粉尘可同时通过捕尘罩和吸尘孔吸入一级筒内，单位吸附量也增大。
[0021 ]其中，除尘筒的参数设计要求如下： (1)喷嘴 喷嘴结构采用以最优面积比为主的计算方法设计。喷嘴出口直径dl计算公式如下：
Q〇为工作水流体积流量，m3/s;μ为流量系数，取0.95; g为重力加速度，m/s2; Δ P0为工作 压力，Pa; γ为工作水流容重，kN/m3; 收缩角α选取最大流量系数对应的13.5° ; 根据经验公式，喷嘴长度为喷嘴直径的2~4倍时最佳，此处喷嘴长度11 = 3dl。
[0022] (2)-级筒 为保证一级筒出口速度为15m/s，可根据自由紊流射流断面平均流速计算公式，计算得 出一级筒的长度L2，计算公式如下：
式中VI为一级筒出口速度，VQ为喷嘴出口速度，α为喷口紊流强度系数，取0.08，Ro为喷 嘴出口半径。
[0023] 一级筒的直径根据除尘装置结构需要，d2设计为200mm。
[0024] (3)二级筒 二级筒为叶轮脱水器，核心部件为旋流器，旋流器上均布设有六片扭转式导叶，导叶沿 旋流器的轴套壁倾斜设置，导叶的厚度为1_，倾斜角度为40°，如图9所示。被湿润的含尘风 流进入旋流器后，推动导叶旋转，同时导叶旋转可使被湿润的粉尘甩向筒壁，以达到除尘的 作用。导叶尺寸，形状按设计手册设计，考虑除尘装置的结构性，以及粉尘与水混合后的小 水滴，通过旋流器的时间tl大于水滴走过半径为R3的时间t2。气体进入旋流器的最佳速度 为15m/s 〇
[0025] 旋流器直径d3:
式中&为通过叶轮旋流器的气量，m3/h; 旋流器轴套直径d4; ..為:土:___5.:; 叶片数目为6片，角度为40°。
[0026] 为保证粉尘与水混合后的小水滴，通过旋流器的时间tl大于水滴走过半径为R3的 时间t2,二级筒的长度L3:
二级筒的直径d5:
(4)三级筒 三级筒长度为300mm，直径d6=l.ld5,筒底布置滤网、净化漏斗、排污管等。
[0027] 滤网采用2层，孔径为2_的塑料网，以防集中排水管路堵塞。详细参数如下：
本发明的工作原理为： 高压水经由高压喷嘴242喷出，在喷嘴前端形成负压区。由于气压差的作用，环境中的 含尘气体经由捕尘罩241和吸尘孔250进入除尘风筒，被喷嘴所喷出的水雾湿润，并被吹至 旋流器244,在旋流器244的离心作用下甩至筒壁，并流向三级筒246,经滤网247过滤后由排 污口 249排出。
[0028]本发明装置改进了传统除尘装置的捕尘结构，能捕集更大范围内的粉尘。而且结 构设计巧妙，可配合采煤机除尘系统使用，如图1所示，将若干除尘设备均布安装于所示采 煤机电气控制箱上，随采煤机或掘进机等设备行进，很大程度上改善了采煤机司机的工作 环境，为矿井安全高效开采提供理论和技术保障。
【主权项】
1. 一种适合于煤矿工作面粉尘治理的除尘设备，其特征在于:包括角钢底座(21)、钢架 (23)和若干组除尘风筒（24)，除尘风筒（24)水平设置、环状均布并由钢架（23)固定，钢架 (23)底部与角钢底座(21)连接，所述除尘风筒(24)之间通过喷雾管路(26)连接。2. 根据权利要求1所述的适合于煤矿工作面粉尘治理的除尘设备，其特征在于:所述的 除尘风筒为阶梯式结构，包括直径逐级增大的一级筒(243)、二级筒（245)和Ξ级筒（246)， 一级筒（243)的端头设有捕尘罩（241)，一级筒（243)内设有与喷雾管路（26)连接的喷嘴 (242)，二级筒(245)内设有旋流器(244)，Ξ级筒(246)内设有滤网（247)，Ξ级筒(246)的尾 部下方设有净化漏斗(248)和排污口（249)。3. 根据权利要求1或2所述的适合于煤矿工作面粉尘治理的除尘设备，其特征在于:所 述一级筒(243)筒壁上设有若干吸尘孔(250)。4. 根据权利要求3所述的适合于煤矿工作面粉尘治理的除尘设备，其特征在于:所述喷 嘴(242 )长度为喷嘴(242 )直径的2-4倍，喷嘴(242 )直径Qo为工作水流体积流量，mVs;μ为流量系数，取0.95; g为重力加速度，m/s2; Δ Ρ日为工作 压力，Pa; 丫为工作水流容重，kN/m3。5. 根据权利要求4所述的适合于煤矿工作面粉尘治理的除尘设备，其特征在于:所述旋 流器(244)上均布设有若干扭转式导叶，导叶沿旋流器(244)的轴套壁倾斜设置。6. 根据权利要求5所述的适合于煤矿工作面粉尘治理的除尘设备，其特征在于:所述旋 流器(244)的直径式中化为通过旋流器的气量，mVh; 旋流器轴套直径;谭蝴請~辆鱗:。7. 根据权利要求6所述的适合于煤矿工作面粉尘治理的除尘设备，其特征在于:所述导 叶均布设置六片，厚度为1mm，倾斜角度为40°。8. 根据权利要求7所述的适合于煤矿工作面粉尘治理的除尘设备，其特征在于:所述滤 网（247)采用两层，孔径为2mm。9. 根据权利要求8所述的适合于煤矿工作面粉尘治理的除尘设备，其特征在于:所述喷 雾管路(26)上设有水阀（25)。10. 根据权利要求9所述的适合于煤矿工作面粉尘治理的除尘设备，其特征在于:所述 各除尘风筒(24)底部设有底托(22)。
【文档编号】E21C35/22GK106089200SQ201610454195
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月22日
【发明人】谢建林, 庞杰文, 郭勇义, 张英俊, 李川田, 付玉平, 孙晓元, 郝永江
【申请人】太原科技大学