一种旋风泡沫一体化钻孔除尘装置及该装置的使用方法与流程

本发明属于矿井钻孔除尘技术领域，具体涉及一种除尘装置。

背景技术：

在煤炭开采过程中经常采取瓦斯抽采钻孔的方式来减少事故发生，不可避免的产生打孔作业，此外还包括防止冲击地压解危钻孔、打锚杆支护等。钻孔作业施工过程中产生大量的粉尘，污染生产环境、损害员工身心健康，而且极易形成煤尘燃烧、爆炸重大事故隐患，严重威胁煤矿生产和职工生命安全。

目前，比较常用的除尘装置都存在结构复杂、污染作业空间、维修困难、除尘效率低等特点。概括来看，钻孔作业主要采用两类除尘装置：一是干式除尘装置。钻机的干式除尘装置主要由以下几个部分组成：沉降室、捕尘罩、布袋除尘器及通风机等，适用于高瓦斯突出的煤层或软煤层的钻孔。干式除尘装置不用水，孔底排渣好，且成孔率很高，但其设备本身的后期维护相对较为困难，极易导致粉尘的二次污染；二是湿式除尘装置。钻机的湿式除尘装置主要由以下几个部分组成：供水装置、孔口排渣装置和风水混合装置。这种除尘装置的优势可在比较湿润的条件下发挥到最大。湿式除尘装置具有孔底湿化的排渣条件较差、压风和水量难以控制、风水混合不均匀等缺点。

现有技术中有关除尘装置的研究报道主要有：

申请号201710226499.1公开了一种净化工业含尘气流的磁化泡沫制备装置及工艺方法，其通过电极产生交流磁场，将弯曲管路中的压力水振荡磁化，形成磁化水，带压磁化水在比例发泡装置射流喷嘴出口处，形成高速射流，压力降至液体饱和蒸气压，在射流喉管出口处，形成低压区，外界空气由壁面开口自动吸入，在发泡装置的扩散段，安装有锥形网，喉管喷出的高速磁化泡沫液在锥形网上铺开，吸入的空气不断吹动叶膜鼓泡，形成大量细腻的磁化泡沫，磁化泡沫由管路输送至工业喷淋塔中。

申请号201821173912.9公开了一种煤矿钻孔磁化泡沫旋风除尘系统，包括降尘罩、气体及尘渣混合物输送管、旋风泡沫除尘装置、出风管、磁化泡沫输送管、磁化泡沫喷嘴、泡沫发生器、发泡液输送管、发泡液储罐、进水管、空气输送管。

上述现有技术中的除尘设备均可以除尘，但是其除尘效果还需进一步改善，因此，研究一种结构简单、适用度高、除尘效果好、不污染作业空间的钻孔除尘装置是目前亟待解决的难题。

技术实现要素：

本发明的目的之一在于提供一种旋风泡沫一体化钻孔除尘装置，其能达到方便、智能、高效的除尘目的。

为实现上述目的，本发明主要是利用离心、泡沫除尘原理捕尘，运用旋风除尘器和喷雾除尘器来进行除尘，运用光传感器来调控泡沫发生器的工作，通过“捕尘、除尘及光传感器”三者相互配合，可以实现方便、智能、高效除尘。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种旋风泡沫一体化钻孔除尘装置，其包括孔口排尘单元和二次处理回收单元，所述的孔口排尘单元用于将钻孔过程中产生的大粒径粉尘去除，所述的二次处理回收单元包括气体放大机构、旋风除尘器、喷雾除尘器及激光粉尘测定机构，所述的旋风除尘器与所述的孔口排尘单元连接，用于将孔口排尘单元中剩余的粉尘进行二次处理；

所述的气体放大机构位于所述的孔口排尘单元与所述的旋风除尘器之间连接的管道上，所述的放大机构用压缩空气作为动力源，带动周围空气流动形成高压、高速气流；

所述的旋风除尘器包括容器本体，所述的容器本体的下半部分为锥形，上半部分为倒锥形，在所述的容器本体的底部设置有粉尘出口，在所述容器本体的顶部设置有气体出口，通过所述的放大机构的含尘气流进入所述的旋风除尘器中，经过旋风处理后的气流通过所述的气体出口排出；

所述的气体出口通过软管与所述的喷雾除尘器连接，所述的激光粉尘测定机构设置在所述的软管上，通过所述的激光粉尘测定机构来测定粉尘浓度大小，所述的喷雾除尘器通过向粉尘中喷泡沫的形式去除粉尘。

作为本发明的一个优选方案，上述的孔口排尘单元包括钻杆、钻机、四通阀及气压封孔器，上述的气压封孔器固定在钻孔的孔口处，上述的钻杆的前部连接上述的四通阀，上述钻杆的尾部连接上述的钻机，上述的四通阀设置有两个横向出口和两个竖向出口，两个横向出口分别与上述的气压封器和与上述的旋风除尘器连接的管道连接，两个竖向出口分别位于顶部和底部，位于底部的竖向出口用于将大粒径粉尘排出，位于顶部的竖向出口处设置有毛刷；上述的毛刷通过上述的竖向出口向下延伸，上述的毛刷包裹在上述的钻杆的外径上，当上述的钻杆旋转时，上述的毛刷恰好扫除上述的钻杆上的粉尘。

作为本发明的另一个优选方案，上述的气体放大机构包括空气放大器、压缩空气、进气圈、出气圈及锁紧螺母，上述的气体放大机构是利用附壁效应，用压缩空气作为动力源，来带动周围空气流动形成高压、高速气流。

进一步优选，上述的激光粉尘测定机构包括微机激光粉尘仪、激光发射器和光线接收器，上述的微机激光粉尘仪在靠近旋风除尘器的一侧设置，上述的光线接收器在靠近喷雾除尘器的一侧设置，上述的激光发射器位于二者之间；上述的光线接收器用于将接收到的信号转化为电信号引导上述的喷雾除尘器发生作用，上述的微机激光粉尘仪用于测定粉尘的浓度大小。

进一步优选，上述的喷雾除尘器的器壁上设置有若干个喷雾口，其底部设置有出口，细微粉尘与水的混合物通过上述的出口排出，在上述的喷雾除尘器的顶部连接有瓦斯抽放设备。

进一步优选，上述的毛刷通过上述的竖向出口向下延伸，上述的毛刷包裹在上述的钻杆的外径上，当上述的钻杆旋转时，上述的毛刷恰好扫除上述的钻杆上的粉尘。

本发明的另一目的在于提供上述旋风泡沫一体化钻孔除尘装置的使用方法，依次包括以下步骤：

a、用孔口排尘单元封堵钻孔的孔口处；

b、准备气体放大机构，运用附壁效应，用压缩空气作为动力源，带动周围空气流动形成高压、高速气流；

c、经过气体放大机构的气流进入旋风除尘器中进行旋风除尘，一部分粉尘从旋风除尘器底部的粉尘出口排出，气体则从旋风除尘器顶部的气体出口排出；

d、气体通过激光粉尘测定机构后进入喷雾除尘器；

e、在喷雾除尘器中，泡沫喷口沿气流上升方向向螺旋设置在器壁上，分层次分步骤的去除细微粉尘，细微粉尘与水的混合物从喷雾除尘器底部的出口排出。

进一步优选，步骤a中，用气压封孔器固定孔口，钻杆在旋转时，设置在其外径上的毛刷恰好扫除钻杆上的粉尘，大粒径粉尘从四通阀底部的出口排出。

进一步优选，步骤c中，经过气体放大机构的气流进入旋风除尘器中，从上而下做旋转运动，在到达所述的旋风除尘器下半部分的反射屏时，大部分气体形成上旋气流排出，紧靠旋风除尘器壁的气体由下半部分的反射屏和上半部分的倒锥体之间的环隙进入灰斗，进入灰斗的含尘气体与粉尘分离，净化后的气流由反射屏中心透气孔向上排出，与上升主气流汇合后经气体出口排出。

进一步优选，步骤d中，气体通过激光粉尘测定机构的激光发射器后，光线进入光线接收器，通过粉尘浓度变化导致光线被遮挡，通过光线接收器接收信号并转化为电信号引导喷雾除尘器发生作用，并通过微机激光粉尘仪来监测粉尘浓度大小。

与现有技术相比，本发明带来了以下有益技术效果：

本发明提出了一种旋风泡沫一体化钻孔除尘装置，基于瓦斯抽采以煤层钻孔为前提，采用离心、泡沫除尘原理捕尘，施工钻孔前，用气压封孔器将钻孔口密封，气压封孔器通过管道与孔口的四通阀和气体放大机构相连接，打开旋风除尘器与气体放大机构。各部分稳定后开始钻孔。钻进时产生的粉尘进入孔口四通阀，孔口四通阀有内孔和钻杆的外径相等的毛刷，对较大的粉尘进行初步分离，大粉尘掉入底部的竖向出口中。然后经过气体放大机构，由于气压封孔器已经密封，速度被放大的气流经过软管进入旋风除尘器，由于该旋风除尘器独特的倒圆锥和反射屏结构，防止了返回气流重新卷起粉尘，提高了除尘效率。旋风除尘器的设置让风流含尘率大大下降。从旋风除尘器出来的气流经过激光粉尘测定机构使泡沫和喷雾除尘器发生反应，泡沫降尘几乎可以捕集全部与其接触的粉尘。分离粉尘后瓦斯气体由瓦斯抽放口进入瓦斯抽放管路排出。

本发明系统简单，施工简便易行，通过旋风除尘器和喷雾除尘的方式来进行除尘，除尘效率大大提高，还运用了激光发射器和光线接收器来对喷雾除尘器进行调控，更加智能且高效的进行除尘。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明：

图1为本发明一种旋风泡沫一体化钻孔除尘装置的结构示意图；

图2、图3为本发明四通阀的结构示意图；

图4为本发明激光粉尘测定机构与喷雾除尘器的结构示意图；

图中：

1、气压封孔器，2、底部的竖向出口，3、毛刷，4、四通阀，5、钻杆，6、气体放大机构，7、压缩空气，8、旋风除尘器，9、喷雾除尘器底部的出口，10、激光粉尘测定机构，11、第一喷雾口，12、第二喷雾口，13、第三喷雾口，14、第四喷雾口，15、细微粉尘与水的混合物，61、激光发射器，62、光线接收器。

具体实施方式

除非另有其他明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”等等将被理解为包括所陈述的部件或组成部分，而并未排除其他部件或其他组成部分。

本发明公开了一种旋风泡沫一体化钻孔除尘装置及该装置的使用方法，为了使本发明的优点、技术方案更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明做详细说明。

本发明与现有技术的最主要的不同点在于：利用离心、泡沫除尘原理捕尘，运用扩散式切流反转旋风除尘装置和喷雾除尘装置来进行除尘。

如图1所示，本发明旋风泡沫一体化钻孔除尘装置，包括孔口排尘单元和二次处理回收单元，其中，孔口排尘单元用于将钻孔过程中产生的大粒径粉尘去除，二次处理回收单元用于将剩余的一部分粉尘去除，相当于本发明通过两步法实现除尘。

孔口排尘单元，包括气压封孔器1、四通阀4、毛刷3、钻杆6，其中，气压封孔器固定在钻孔的孔口处，钻杆的前部连接四通阀4，钻杆的尾部连接上述的钻机，四通阀设置有两个横向出口和两个竖向出口，两个横向出口分别与气压封器和与旋风除尘器连接的管道连接，两个竖向出口分别位于顶部和底部，位于底部的竖向出口2用于将大粒径粉尘排出，位于顶部的竖向出口处设置有毛刷。结合图2和图3所示，毛刷通过上述的竖向出口向下延伸，毛刷包裹在钻杆的外径上，当钻机启动时，带动钻杆旋转，进而位于钻杆外围的毛刷也随之转动，并恰好扫除上述的钻杆上的粉尘。因此，本发明优选毛刷为圆形，其中间有用于使得钻杆穿过的圆孔，该圆孔的内径与钻杆的外径匹配。通过孔口排尘单元将大粒径粉尘排出，而另一部分粉尘则进入二次处理回收单元进一步处理。

二次处理回收单元，包括气体放大机构6、旋风除尘器8、喷雾除尘器及激光粉尘测定机构10，其中气体放大机构6主要包括空气放大器、压缩空气7、进气圈、出气圈及锁紧螺母，气体放大机构是利用附壁效应，用压缩空气作为动力源，来带动周围空气流动形成高压、高速气流，四通阀4的一个出口通过管道连接旋风除尘器8，管道优选为软管，气体放大机构位于该软管上。

旋风除尘器8，包括容器本体，容器本体的下半部分为锥形，上半部分为倒锥形，在容器本体的底部设置有粉尘出口，在容器本体的顶部设置有气体出口，经过气体放大机构的气流进入旋风除尘器中，从上而下做旋转运动，在到达旋风除尘器下半部分的反射屏时，大部分气体形成上旋气流排出，紧靠旋风除尘器壁的气体由下半部分的反射屏和上半部分的倒锥体之间的环隙进入灰斗，进入灰斗的含尘气体与粉尘分离，净化后的气流由反射屏中心透气孔向上排出，与上升主气流汇合后经气体出口排出。

如图4所示，激光粉尘测定机构设置在旋风除尘器与喷雾除尘器连接的软管上，激光粉尘测定机构包括微机激光粉尘仪、激光发射器61和光线接收器62，微机激光粉尘仪在靠近旋风除尘器的一侧设置，光线接收器在靠近喷雾除尘器的一侧设置，激光发射器位于二者之间；上述的光线接收器用于将接收到的信号转化为电信号引导喷雾除尘器发生作用，微机激光粉尘仪用于测定粉尘的浓度大小通过激光粉尘测定机构来测定粉尘浓度大小。

喷雾除尘器，其器壁上分别设置有若干个喷雾口，如本发明优选设置的第一喷雾口11、第二喷雾口12、第三喷雾口13及第四喷雾口14，细微粉尘与水的混合物15通过喷雾除尘器底部的出口9排出，在喷雾除尘器的顶部连接有瓦斯抽放设备。

上述的一种旋风泡沫一体化钻孔除尘装置的使用方法，具体步骤为：

第一步、用孔口排尘单元封堵钻孔的孔口处，具体步骤为：用气压封孔器固定孔口，钻杆在旋转时，设置在其外径上的毛刷恰好扫除钻杆上的粉尘，大粒径粉尘从四通阀底部的出口排出；

第二步、准备气体放大机构，运用附壁效应，用压缩空气作为动力源，带动周围空气流动形成高压、高速气流；

第三步、经过气体放大机构的气流进入旋风除尘器中进行旋风除尘，经过气体放大机构的气流进入旋风除尘器中，从上而下做旋转运动，在到达所述的旋风除尘器下半部分的反射屏时，大部分气体形成上旋气流排出，紧靠旋风除尘器壁的气体由下半部分的反射屏和上半部分的倒锥体之间的环隙进入灰斗，进入灰斗的含尘气体与粉尘分离，净化后的气流由反射屏中心透气孔向上排出，与上升主气流汇合后经气体出口排出；

第四步、气体通过激光粉尘测定机构的激光发射器后，光线进入光线接收器，通过粉尘浓度变化导致光线被遮挡，通过光线接收器接收信号并转化为电信号引导喷雾除尘器发生作用，并通过微机激光粉尘仪来监测粉尘浓度大小，气体通过激光粉尘测定机构后进入喷雾除尘器；

第五步、在喷雾除尘器中，泡沫喷口沿气流上升方向向螺旋设置在器壁上，分层次分步骤的去除细微粉尘，细微粉尘与水的混合物从喷雾除尘器底部的出口排出。

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。

实施例1：

某煤与瓦斯突出矿井，矿井瓦斯绝对涌出量为58.85m³/min，相对瓦斯涌出量为32.29m³/t。矿井采用立井开拓，单水平上下山开采，主井井口标高+37.5m，生产水平标高-850m，开采深度930m左右。煤层最大瓦斯压力为9.2mpa(标高-973.7m)。瓦斯灾害治理难度大。

上述旋风泡沫一体化钻孔除尘装置，具体包括以下步骤：

步骤一、将气压封孔器放入钻孔内开始充气，充气至手动不能直接按动为准，充气气体源为井下压风系统，一般充气压力为0.2～0.3mpa。然后将煤尘处理装置的输入口和封孔器由输尘连接管线连接；

步骤二、打开水、气源后装置开始启动，检查煤尘处理的运转情况，各部件运转正常时，空转1min后启动钻机开始钻孔；

步骤三、使用旋风除尘器进行除尘，收集除尘前后的粉尘浓度数据；

步骤四、粉尘进入装置前浓度为180～200mg·m^-3，进入孔口四通后，由于毛刷的作用，粒径较大的粉尘颗粒被扫落，进入粉尘袋；其它粉尘进入软管，经气体放大机构后进入旋风除尘器中，进口气流速度为10～20m/s，除尘效率达80％，经微机激光粉尘仪测定得到粉尘浓度为40～50mg·m^-3；然后进入喷雾除尘器，泡沫降尘几乎可以捕集全部与其接触的粉尘，出装置后粉尘浓度为15～16mg·m^-3，表明本发明除尘装置除尘效果良好。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。

尽管本文中较多的使用了诸如气体放大机构、旋风除尘器、喷雾除尘器等术语，但并不排除使用其它术语的可能性，使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

需要进一步说明的是，本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明的精神所作的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。