项 杰 石 洋

（三一重型装备有限公司，辽宁 沈阳 110027）

0 背景

目前煤矿用掘进机尤其是硬岩掘进机工作时，综掘工作面粉尘浓度非常高，严重影响工人的作业视线，导致工作效率低，事故率高，更主要的是粉尘颗粒直接威胁到工人的身体健康，煤矿每年直接接触粉尘工作的人员尘肺病发生率为9.7%。当配套采用湿式除尘器时，不但除尘效果达不到要求，而且在使用过程中需要大量用水，约40L/min，大量用水会造成底板的破坏和巷道环境的二次污染，因此如何有效解决综掘工作面粉尘污染、提升工人作业环境的问题，已经逐步成为制约巷道掘进技术发展的瓶颈。在这个背景下，干式除尘器[1]的研发及与掘进机配套使用登上历史舞台，经验证，使用干式除尘器时综掘工作面的除尘效率可得到较大的提升，本体除尘效率达99%以上，环境除尘效率达95%以上。

1 亮点介绍

干式除尘器具备除尘效率高、噪声低、阻燃抗静电、一键清灰等亮点。除尘效率高：经安标中心检测，总除尘效率为99.5%以上，呼吸性粉尘除尘效率为96.2%以上，巷道环境除尘效率为96%以上，除尘效率与进口干式CFT水平相当，成本较进口干式（CFT）降低80%以上。噪声低：风机采用二级消音器，噪声检测78.4dBa，远低于标准值85dBa。阻燃抗静电：滤筒采用不锈钢骨架和抗阻燃材质的滤材，使用寿命可达到1年及以上且具有阻燃的特性，因滤筒结构具备静电释放线，所以可将静电及时释放，同时滤材采用合理的褶皱式结构，在体积不变的情况下可使效过滤面积增加3～5倍。一键清灰：除尘器采用脉冲式控制阀的气动系统，可通过外部接入0.5MPa～0.7MPa的气源，当压力表显示压力达到0.5MPa时，通过手动启动清灰按钮来打开脉冲阀，通过气路系统产生的瞬时高压气体为滤筒清灰。

2 工作原理

干式除尘器的除尘原理[2]是利用除尘器后置轴流抽出式风机运行的动力，将含有粉尘的空气由进气口吸入除尘器，通过过滤元件对含有粉尘的空气进行过滤，最终粉尘颗粒被阻挡在过滤元件外，洁净的空气则通过过滤元件从抽出式风机后侧排出。当滤筒的褶皱式滤材上的灰尘积聚到一定数量时，会产生较大的阻力，使除尘效率降低，这时需要启动清灰按钮，通过手动启动清灰按钮打开脉冲阀，使气路吹扫系统工作，每个按钮对应控制气路系统中的一条管路，一条管路又分别对应一排滤筒，所以要完成整个除尘器的清灰工作，须一次开启每个清灰按钮。清灰过程由气源提供的高压气体冲入气罐，气罐上连接有压力表，当压力表达到要求的压力后，启动清灰按钮，打开脉冲式控制阀，这时高压气体快速进入管路，通过管路上均布的喷嘴高速喷出，产生巨大的气流冲击波，而滤筒在喷嘴的正下方，受到高压气流的冲立力使积聚在滤筒褶皱式滤材上的灰尘落下，集中收集或者随皮带运输机排出。

干式除尘器的结构[3]主要包括前箱体、后箱体、软连接、风机、承载车、连杆、连接弯头、风筒支架等。

干式除尘器结构示意图如图1所示。

图1 干式除尘器主要结构示意图

3 布局方式

干式除尘器的井下布局方式主要有三种，各自优缺点分析如下。

直接置于地面轨道上：采取除尘器直接置于地面轨道上（布局示意图见图2），用钢丝绳将负压风筒吊挂于巷道顶部，掘进一段距离后向前拉动一次的方式，这种方式适合矿方既不使用三运皮带机也不使用单轨吊的情况。该方案因除尘器体积较大，会造成巷道内空间拥挤，导致工人行走及输送料困难，并且随着掘进工作面的前移须移动除尘器时，每次都要提前铺设除尘器运输皮带车的行走轨道，吊挂风筒、铺设轨道等，使工人的工作量增加，引起工人的不满和抱怨，并且在掘进机工作时，经常出现吸风风筒与掘进工作面距离较远的情况，从而影响除尘效果。

图2 布局示意图

放置于三运皮带机上：采取除尘器放置于三运皮带机上（布局示意图见图3），负压风筒通过风筒支架固定在三运皮带机轨道和掘进机上，利用二运机尾拖拽除尘器前移的方式，这种方式适合矿方使用三运皮带机且愿意加长三运的情况。该方案可解决巷道空间拥挤以及设备移动困难的问题，并且在掘进生产时，除尘器可随掘进机一起移动，在维持最佳工艺参数的同时保证除尘效果，但是会影响掘进机的后退。

图3 布局示意图

气动单轨吊吊挂：采取气动单轨吊吊挂除尘器及负压风筒（布局示意图见图4）的方式， 这种方式适合于具有气动单轨吊设备的矿方。该方案不仅能够更加方便地移动干式除尘装置，减少工人工作量，增强除尘系统适应性，在生产过程中除尘系统可随着气动单轨吊随掘进机的移动而随时移动，有效保证干式除尘器风筒距迎头距离一直处于最佳工艺参数范围，保证除尘效果。而且可以充分利用掘进机工作面的空间，采用气动单轨吊吊挂干式除尘器进行井下布置，可形成独立系统，克服除尘器与综掘工作面其他生产设备产生干涉的不足，大大降低对综掘工作面生产的影响。目前，干式除尘器多用于岩巷综掘工作面，采用锚网索支护，单轨吊可直接利用顶部支护锚索进行悬吊。为便于干式除尘器与配套用掘进机的移动保持同步，从而保证干式除尘器风筒距迎头距离等最佳工艺参数，已达到最好的除尘效果，最终干式除尘器一致采用单轨吊吊挂和移动的布置方式进行井下布置。

图4 布局示意图

因单轨吊直接利用顶部支护锚索进行悬吊，考虑到安全因素，在悬吊前应使用锚索拉拔计对每个锚索的紧固力进行检测，必须保证锚索紧固力达到要求才能使用。除尘系统的风筒采用气动单轨吊吊挂在巷道侧帮顶部，以不影响掘进机生产的高度布置为宜。矿方布置的单轨吊总长度应大于50m，为了单轨安装方便，锚索吊挂环应尽量控制在同一直线上。单轨与锚索吊挂环通过卸扣相连，可采用吊挂环个数增加或者减少的方法调整锚索固定环的位置偏差，从而保证单轨保持水平位置的要求。

除尘器的通风除尘[4]工艺采用“长压短抽”，即通风风速要保持在巷道要求的前提下，单轨吊前段应延伸至距离迎头不大于3m的位置，并且干式除尘器吸风口必须位于掘进机操作手的前方，当掘进机进尺达到6m以上时，应将气动单轨吊及干式除尘器同步前移至迎头位置，如此反复进行以保证正常的使用状态。

4 工艺参数选择

干式除尘器吸风口距综掘工作面迎头的距离[5]要求如下。

掘进工作面迎头距干式除尘器吸风口距离过小时，风流会带出截割工作时产生的大量粉尘，使之不能进入除尘器中被净化处理；掘进工作面迎头距干式除尘器吸风口距离过大时，经过除尘器吸风口的供风流会被直接吸入吸风口，导致吸风口不能正常吸入大量粉尘，不利于收尘，同时在吸风口处的供风流风速减弱，也不利于综掘工作面迎头瓦斯的稀释，给矿井带来重大安全隐患。通过除尘流场软件反复的模拟以及客户现场实地反复实验测试，总结出具有实际指导意义的数据：即干式除尘器的最佳工作位置为吸风口距掘进工作面迎头距离在3m时，同时为不影响进机操作手正常工作，须保证干式除尘器吸风口位于掘进机操作手上方。

5 使用效果

采用气动单轨吊吊挂干式除尘系统后，整个除尘系统成为一个独立的系统，不再和其他生产设备相关联，吸风口位置可以随着综掘工作面的推进而及时移动，能够保证除尘系统的最佳工艺参数，改善综掘工作面的作业环境，掘进工作时本体除尘效率达99%以上，环境除尘效率达90%以上，综掘司机位除尘效率达98%以上，有效保障了综掘工作面操作工的身体健康和矿井生产安全。

干式除尘器的现场应用：从验证成功开始推广至今，该设备已完成签定合同32台，实现销售额1600多万元，销售24 台主机，实现销售收入13000多万元。已完成发货15 台，已投入使用9台，分别应用于河南、神东、淮南、贵州、新疆等地。目前该设备在河南能化集团顺和矿累计运行2200小时，进尺1035米，设备未发生故障；在河南能化集团河南陈四楼矿累计运行1760小时，进尺780米，设备未发生故障；在龙煤集团正阳矿等其他在用客户也已经累计运行超过400小时，经客户反馈，对该设备的使用效果很满意。

在设备使用过程中，我们的专业技术人员也一直在对设备进行跟踪，与使用客户沟通，吸收一些好的想法及意见，改善其缺点及不足，不断地完善设备的性能。为更好地掌握该设备的使用效果，笔者先后到达了河南能化集团顺和矿、陈四楼矿及龙煤集团正阳矿，与客户一起对设备的数据进行了实地测量，测得的数据见表1。

表1 粉尘浓度数据表（mg/m3）

经计算：顺和矿掘进机操作手处和除尘机排风口后50m处除尘效率分别为98.74%和99.07%；陈四楼矿掘进机操作手处和除尘机排风口后50m处除尘效率分别为98.53%和99.20%；正阳矿掘进机操作手处和除尘机排风口后50m处除尘效率分别为98.37%和99.08%。

综上可得该设备本体除尘效率可达99%以上，环境除尘效率可达90%以上，综掘司机位除尘效率可达98%以上。风机开启前巷道环境见图5，风机开启后巷道环境见图6。

图5 风机开启前巷道环境

图6 风机开启后巷道环境

6 结语

干式除尘器既能解决湿式除尘器除尘效果不佳的问题又能解决其使用中因大量用水造成底板损坏及环境二次污染的问题，并且采用气动单轨吊吊挂除尘系统既能方便地使之与掘进机同步移动又能保证除尘系统的工艺参数一直保持最佳状态。但由于除尘系统较重，单轨吊的吊挂要求必须牢固，同时注意日常维护与管理，以保证除尘系统能够正常运行并充分发挥其高效除尘性能。干式除尘器与掘进机配套使用在综掘工作面的应用是巷道高效除尘技术的一大突破，它具备低能耗、高效率、无污染的特点，将为整个行业带来巨大的经济及社会效益，具有较大的市场需求和广阔的应用前景。