适用于掘锚一体机快掘工作面的长压短抽通风控除尘系统

摘要

本发明涉及一种适用于掘锚一体机快掘工作面的长压短抽通风控除尘系统，主要包含控尘系统、除尘系统、中心控制系统三部分；控尘系统包括自适应调风控尘装置和雾幕控尘装置；控尘系统通过与供风风筒末端固定连接的自适应调风控尘装置实现的风幕将粉尘控制在迎头，并通过设置在掘锚一体机挡尘胶皮上的雾幕控尘装置实现的雾幕与挡尘胶皮共同作用，形成物理屏障，增强控尘效果；除尘系统依次包括设置在雾幕控尘装置后面的可压缩风筒及除尘器；中心控制系统包括中心控制装置、风机变频器、风速传感器、瓦斯传感器、距离传感器、粉尘浓度传感器等，实现除尘器处理风量与供风量的动态匹配以及自适应调风控尘装置轴径向出风比随与迎头距离变化的动态调节。

说明书

技术领域

本发明属于煤矿粉尘治理技术领域，涉及一种适用于掘锚一体机快掘工作面的长压短抽通风控除尘系统，尤其涉及一种适用于半煤岩巷且对掘锚一体机快速掘进工作面的粉尘进行有效治理的长压短抽通风控除尘系统。

背景技术

近年来，随着科学技术不断发展，机械化设备研发能力不断进步，煤矿采掘设备也得到快速提升。传统综掘工作面掘进速度慢，新型掘锚一体机的出现彻底解决了这一问题。然而掘锚一体机快速掘进工作面由于采用一次成巷技术，滚筒截割面积大，产尘强度大，产尘范围广，并且由于掘锚一体机体积较大，占据整个巷道断面的80％以上，导致传统的除尘方式不易布置，在迎头高速回风流的影响下，高浓度粉尘迅速扩散、弥漫，严重污染掘进工作面的作业环境。

据现场实测，在无任何防尘措施的情况下，半煤岩巷快速掘进工作面瞬时粉尘浓度可达2000mg/m

在综掘工作面，长压短抽通风控除尘技术是被证实十分有效的粉尘治理措施。但是适用在半煤岩快掘工作面时，该技术的使用还存在如下问题：①传统的除尘器结构，含高浓度岩性粉尘的污风首先经过轴流式抽风机，岩性粉尘易在风机叶片上结块，影响风机动平衡，造成风机电机容易过载等原因烧毁，影响系统正常使用；②除尘器的处理风量与半煤岩快速掘进工作面的供风量不能随着供风量的变化而进行动态调节；③附壁风筒轴径向出风比不能随着轴向出风口与迎头距离的变化而进行动态调节，导致控尘效果不稳定。

发明内容

有鉴于此，本发明为了解决现有的长压短抽通风控除尘技术中存在的除尘器寿命短，影响除尘系统的运行，风量不能动态调节以及控尘效果不稳定的问题，提供一种适用于掘锚一体机快掘工作面的长压短抽通风控除尘系统。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

适用于掘锚一体机快掘工作面的长压短抽通风控除尘系统，包括通过形成“雾幕”、“风幕”双幕控风控尘，将粉尘控制在迎头的控尘系统、将迎头高浓度粉尘通过可压缩风筒吸入除尘器，净化后排出后巷的除尘系统以及对系统参数进行智能调节的中心控制系统；

控尘系统包括设置在供风风筒末端的自适应调风控尘装置和设置在掘锚一体机上的雾幕控尘装置；控尘系统通过与供风风筒末端固定连接的自适应调风控尘装置实现的风幕将粉尘控制在迎头，并通过设置在掘锚一体机挡尘胶皮上的雾幕控尘装置实现的雾幕与挡尘胶皮共同作用，形成物理屏障，增强控尘效果；

除尘系统依次包括设置在雾幕控尘装置后面的可压缩风筒及除尘器；

中心控制系统包括中心控制装置、风机变频器、风速传感器、瓦斯传感器、距离传感器、粉尘浓度传感器等，通过风速传感器采集工作面风速数据，中心控制装置的可编程逻辑控制器(PLC)可据设定程序，计算工作面供风量，并动态调整除尘器的处理风量，使其与工作面供风量匹配；通过距离传感器采集自适应调风控尘装置与工作面的距离数据，中心控制装置的可编程逻辑控制器(PLC)可据设定程序，动态调整轴径向出风口的大小，从而达到调整轴径向出风比的目的，而且可使牵引装置带动自适应调风控尘装置前移；同时，可根据瓦斯传感器、粉尘浓度传感器采集的数据进行判断，自动启动或闭锁除尘器。

进一步，雾幕控尘装置包括设置在掘锚一体机挡尘胶皮上的三排四列喷雾块，喷雾块间通过高压胶管连接。

进一步，喷雾块与巷帮间距小于1m，挡尘胶皮上喷雾块间距为1.5m，喷雾块采用雾化角大于90°的扇形喷嘴。有益效果：喷嘴喷出的液膜状喷雾完全覆盖挡尘胶皮与巷帮之间的空间及两挡尘胶皮之间的空间，有效降低粉尘的浓度、阻挡粉尘的扩散。

进一步，挡尘胶皮的上部设置有与巷道顶板平行横向布置的喷雾管。

进一步，喷雾管上安装有大角度实心圆锥喷嘴。有益效果：设置在挡尘胶皮上部的喷雾管，便于形成自上而下的雾流，覆盖挡尘胶皮与迎头的局部空间，降低粉尘的浓度。

进一步，自适应调风控尘装置包括与供风风筒依次连接的折叠式风筒储存装置、安装在巷道顶板锚网上的轻质滑轨、安装在轻质滑轨上的牵引装置、安装在牵引装置上的距离传感器、与牵引装置连接且能够沿轻质滑轨移动的轴径向调风装置。

进一步，轴径向调风装置包括风筒储存装置连接的第一调风风筒、套接在第一调风风筒外侧的第二调风风筒、靠近牵引装置安装在第一调风风筒外侧的轴向调风电机、径向调风油缸、安装在第一调风风筒内侧的轴向调风板，轴向调风板与轴向调风电机机械连接，径向调风油缸自由端固定在第二调风风筒上，固定端固定在第一调风风筒上；轴向调风板一侧的第一调风风筒端口为轴向出风口，靠近第二调风风筒且开设在第一调风风筒外侧的端口为径向出风口，第一调风风筒径向出风口的总面积与轴向出风口的总面积相等。有益效果：距离传感器可以检测风筒出风口与工作面的距离，并反馈给中心控制装置，中心控制装置根据程序判断后，对轴径向调风装置下发指令，轴向调风电机驱动轴向调风板，可以连续调整轴向调风板与第一调风风筒主体横截面的角度，从而可动态调整轴向出风口的大小；第二调风风筒在径向调风油缸的伸缩下，可连续调整径向出风口的开合大小，从而可动态调整径向出风口的大小。通过调整轴向、径向出风口大小，降低轴向出风量，减小风流对工作面迎头风流的扰动，增加径向出风量，径向出风与除尘器吸尘口的负压抽风配合，形成沿巷道轴向不断向前推进的螺旋风流，从而将工作面迎头产生的高浓度粉尘控制在迎头区域。通过使轴径向出风比调整到适合的范围，达到比较理想的控尘效果。

进一步，自适应调风控尘装置中第一调风风筒和风筒储存装置上均设置有与轻质滑轨相配合使用的滑车。有益效果：滑车可在牵引装置的牵引下带动整个自适应调风控尘装置沿着轻质滑轨移动。

进一步，风筒储存装置为伸缩性风筒。有益效果：随着工作面往前掘进，距离传感器检测到轴向出风口到迎头的距离，反馈给中心控制装置，中心控制装置判断无论如何调整轴径向调风装置，都不能达到理想的控尘效果时，牵引装置将拖拉自适应调风控尘装置沿新敷设的轻质滑轨往前运移。此时，风筒储存装置压缩的风筒将慢慢伸开部分风筒，以满足牵引装置前移，风筒储存装置完全伸开后，供风风筒加装新的风筒，同时将风筒储存装置完全压缩。

进一步，除尘系统包括可压缩风筒及除尘器，除尘器包括除尘器进风口、除尘脱水段、抽出式轴流局部通风机、降噪段以及导风段，除尘脱水段位于抽出式轴流局部通风机之前。

本发明的有益效果在于：

1、本发明所公开的适用于掘锚一体机快掘工作面的长压短抽通风控除尘系统，通过自适应调风控尘装置实现的风幕，雾幕控尘装置实现的雾幕，采取风幕、雾幕双幕控风控尘的方法将粉尘控制在迎头的局部空间内，提高了控尘的稳定性；通过中心控制系统，实现除尘器处理风量与供风量的动态匹配、自适应调风控尘装置轴径向出风比随轴向出风口与工作面距离变化的动态调节，提高了智能化。

2、本发明所公开的适用于掘锚一体机快掘工作面的长压短抽通风控除尘系统，改变除尘器结构，使抽出式轴流局部通风机后置于除尘脱水段后，含尘空气被吸入除尘器后，在进风口处与喷嘴所喷的雾化水充分混合，形成尘、水、气的混合物，此混合物在气流的作用下被输送至除尘器除尘段，在多层中空过滤装置和喷雾降尘装置的作用下，尘、水混合物在此被拦截，并在自身的重力作用下，沉降至过滤装置底部，经过滤装置排污夹层、排污管排出。剩下的气、水混合物在气流的夹带下行至脱水器，水雾被脱水器捕集并形成水滴，在自身重力的作用下，沉降至脱水箱底部，并经排污管排出，最后剩下的洁净空气进入抽出式轴流局部通风机，最后从其尾部排出，改造后的机载除尘器其使用寿命可提高两年以上，延长除尘器使用寿命，增加了除尘系统的运行效率。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明适用于掘锚一体机快掘工作面的长压短抽通风控除尘系统的结构示意图；

图2为本发明适用于掘锚一体机快掘工作面的长压短抽通风控除尘系统中自适应调风控尘装置的结构示意图；

图3为本发明适用于掘锚一体机快掘工作面的长压短抽通风控除尘系统中除尘器的结构示意图；

图4为本发明适用于掘锚一体机快掘工作面的长压短抽通风控除尘系统中雾幕控尘装置的结构示意图；

图5为本发明适用于掘锚一体机快掘工作面的长压短抽通风控除尘系统中中心控制系统的组成及布置示意图。

附图标记：自适应调风控尘装置1、轴向出风口101、径向出风口102、轻质滑轨11、牵引装置12、滑车13、轴向调风电机14、轴向调风板15、径向调风油缸16、第二调风风筒17、风筒储存装置18、第一调风风筒19、除尘器2、除尘器进风口21、除尘脱水段22、抽出式轴流局部通风机23、降噪段24、导风段25、可压缩风筒3、雾幕控尘装置4、喷雾块41、铲板42、刮板输送机43、挡尘胶皮44、喷雾管45、中心控制系统5、中心控制装置51、风机变频器52、粉尘浓度传感器53、瓦斯传感器54、距离传感器55、风速传感器56、掘锚一体机6、供风风筒7。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

本专利申请实施例中掘锚一体机的滚筒截割产生的高浓度粉尘在其大臂下方的空间聚集，在大臂自上而下向下的压迫作用及大臂自前而后的引导作用下，集聚粉尘漫过铲板42，通过挡尘胶皮44与巷帮间的空间、两挡尘胶皮44间的空间向后巷扩散，同时，一部分粉尘在高速运动刮板引起的风流作用下，沿刮板输送机43的空间向后巷扩散。在巷道顶部空间，压入式通风产生的高速风流冲刷工作面后，在回风流作用下，截割生产的高浓度粉尘直接随回风流向后巷扩散。

根据半煤岩快速掘进工作面粉尘产生及运移规律，本专利申请提出了如图1-图5所示的适用于掘锚一体机快掘工作面的长压短抽通风控除尘系统，该长压短抽通风控除尘系统主要由控尘系统、除尘系统及中心控制系统三部分组成。控尘系统通过形成“雾幕”、“风幕”双幕控风控尘，将粉尘控制在迎头；除尘系统将迎头高浓度粉尘通过可压缩风筒3吸入除尘器2，净化后排出后巷。控尘系统、除尘系统与压入式供风形成长压短抽通风控除尘系统。控尘系统包括设置在掘锚一体机6前端面挡尘胶皮44上的雾幕控尘系统、与供风风筒7固定连接的自适应调风控尘装置1，通过与供风风筒7末端固定连接的自适应调风控尘装置1实现的风幕将粉尘控制在迎头，并通过设置在掘锚一体机6挡尘胶皮44上的雾幕控尘装置4实现的雾幕与挡尘胶皮44共同作用，形成物理屏障，增强控尘效果；便于将迎头粉尘净化处理的除尘系统设置在掘锚一体机6上。

雾幕控尘装置4包括设置在掘锚一体机6挡尘胶皮44上的三排四列喷雾块41、与巷道顶板平行横向布置的喷雾管45及高压胶管等。喷雾块41间通过高压胶管连接，喷雾块41安装有雾化角大于90°扇形喷嘴。挡尘胶皮44与巷帮之间的空间、两挡尘胶皮44之间的空间以及刮板输送机43上部的空间形成粉尘扩散通道，也是粉尘扩散的主要途径。喷雾块41与巷帮间距小于1m，挡尘胶皮44上喷雾块41间距为1.5m，喷嘴喷出的液膜状喷雾完全覆盖挡尘胶皮44与巷帮之间的空间及两挡尘胶皮44之间的空间，有效降低粉尘的浓度、阻挡粉尘的扩散。挡尘胶皮44的上部设置有与巷道顶板平行的喷雾管45，喷雾管45上安装有大角度实心圆锥喷嘴，便于形成自上而下的雾流，覆盖挡尘胶皮44与迎头的局部空间，降低粉尘的浓度。

“风幕”控尘主要由自适应调风控尘装置1实现，自适应调风控尘装置1包括与供风风筒7依次连接的折叠式风筒储存装置18、安装在巷道顶板锚网上的轻质滑轨11、安装在轻质滑轨11上的牵引装置12、安装在牵引装置12上的距离传感器55、与牵引装置12连接且能够沿轻质滑轨11移动的轴径向调风装置。

轴径向调风装置包括风筒储存装置18连接的第一调风风筒19、套接在第一调风风筒19外侧的第二调风风筒17、靠近牵引装置12安装在第一调风风筒19外侧的轴向调风电机14、径向调风油缸16、安装在第一调风风筒19内侧的轴向调风板15。轴向调风板15与轴向调风电机14机械连接，径向调风油缸16自由端固定在第二调风风筒17上，固定端固定在第一调风风筒19上。轴向调风板15一侧的第一调风风筒19端口为轴向出风口101，靠近第二调风风筒17且开设在第一调风风筒19外侧的端口为径向出风口102，第一调风风筒19径向出风口102的总面积与轴向出风口101的总面积相等，第一调风风筒19、第二调风风筒17均为刚性调风风筒。本实施例第一调风风筒19的径向出风口102有四个。距离传感器55可以检测风筒出风口与工作面的距离，并反馈给以可编程逻辑控制器(PLC)为核心的中心控制装置51，中心控制装置51根据程序判断后，对轴径向调风装置下发指令，轴向调风电机14驱动轴向调风板15，可以连续调整轴向调风板15与第一调风风筒19主体横截面的角度，从而可动态调整轴向出风口101的大小；第一调风风筒19和第二调风风筒17在径向调风油缸16的伸缩下，第二调风风筒17可以套在第一调风风筒19外侧，将第一调风风筒19外侧的径向出风口102部分遮挡，从而可连续调整径向出风口102的大小。通过调整轴向出风口101、径向出风口102大小，降低轴向出风量，减小风流对工作面迎头风流的扰动，增加径向出风量，径向出风与除尘器2吸尘口的负压抽风配合，形成沿巷道轴向不断向前推进的螺旋风流，从而将工作面迎头产生的高浓度粉尘控制在迎头区域。通过将轴径向出风比调整到适合的范围，达到比较理想的控尘效果。

自适应调风控尘装置1中第一调风风筒19和风筒储存装置18上均设置有与轻质滑轨11相配合使用的滑车13，滑车13可以在牵引装置牵引下带动整个自适应调风控尘装置1沿着轻质滑轨11移动。

风筒储存装置18为伸缩性风筒，随着工作面往前掘进，距离传感器55检测到轴向出风口101到工作面的距离，反馈给中心控制装置51，中心控制装置51判断无论如何调整轴径向调风装置，都不能达到理想的控尘效果时，牵引装置12将拖拉自适应调风控尘装置1沿新敷设的轻质滑轨11往前运移。此时，风筒储存装置18压缩的风筒将慢慢伸开部分风筒，以满足牵引装置12前移，风筒储存装置18完全伸开后，供风风筒7加装新的风筒，同时将风筒储存装置18完全压缩。

除尘系统依次包括设置雾幕控尘装置4后面的可压缩风筒3及除尘器2。如图3所示的除尘器2包括除尘器进风口21、除尘脱水段22、抽出式轴流局部通风机23、降噪段24以及导风段25，除尘脱水段22位于抽出式轴流局部通风机23之前。可压缩风筒3主要由下部钢板、两侧胶皮等组成。两侧胶皮为柔性材料，掘锚一体机6截割大臂往上抬时可将两侧胶皮压缩，同时不影响风筒的密封性。

除尘器2为除尘系统的核心。由于半煤岩工作面岩尘占比高，传统的除尘器2污风吸入后，先经过抽出式轴流局部通风机23，再经过除尘、脱水处理，最后将净化后的风流从尾部排出。吸入的污风在抽出式轴流局部通风机23内部湿润空气的作用下，易在风机叶轮等部位结块，影响风机的动平衡，导致风机电机因过载等原因烧毁，除尘器2使用寿命严重缩短。现场实测，传统结构的除尘器2电机使用寿命一般在20天左右，严重影响除尘系统的正常运行。为了克服含岩尘的污风对抽出式轴流局部通风机23的影响，该除尘器2将抽出式轴流局部通风机23调整到除尘脱水段22后。含尘空气被吸入除尘器2后，在进风口处与喷嘴所喷的雾化水充分混合，形成尘、水、气的混合物。此混合物在气流的作用下被输送至除尘器2除尘段，在多层中空过滤装置和喷雾降尘装置的作用下，尘、水混合物在此被拦截，并在自身的重力作用下，沉降至过滤装置底部，经过滤装置排污夹层、排污管排出。剩下的气、水混合物在气流的夹带下行至脱水器，水雾被脱水器捕集并形成水滴，在自身重力的作用下，沉降至脱水箱底部，并经排污管排出，最后剩下的洁净空气进入抽出式轴流局部通风机23，最后从其尾部排出。改造后的机载除尘器2其使用寿命可提高两年以上，延长除尘器2使用寿命，显著增加了除尘系统的运行效率。

除尘器2可选择与掘锚一体机6联动启动，也可手动启动。中心控制装置51通过粉尘浓度传感器53检测到粉尘浓度有明显的变化时，也可以自动启动。当瓦斯传感器54检测到瓦斯浓度较大，影响生产时，可自动闭锁除尘器2。风速传感器56可检测到工作面风速，并反馈到中心控制系统5的中心控制装置51，中心控制装置51可计算得到工作面的供风量，并根据程序，对抽出式轴流局部通风机23变频器控制电路发送指令，可使工作面供风量与除尘器的处理风量进行合理匹配，从而到比较理想的除尘效果。

中心控制系统5包括中心控制装置51、风机变频器52、风速传感器56、瓦斯传感器54、距离传感器55和粉尘浓度传感器53等，通过风速传感器56采集工作面风速数据，中心控制装置51的可编程逻辑控制器(PLC)根据设定程序，计算工作面供风量，并动态调整除尘器2的处理风量，使其与工作面供风量匹配；通过距离传感器55采集自适应调风控尘装置1与工作面的距离，中心控制装置51的可编程逻辑控制器(PLC)根据设定程序，动态调整轴向出风口101和径向出风口102的大小，从而达到调整轴径向出风比的目的，而且可使牵引装置12带动自适应调风控尘装置1前移；同时，根据瓦斯传感器54、粉尘浓度传感器53采集数据自动启动或闭锁除尘器2。

半煤岩巷快速掘进工作面，在掘锚一体机6回风侧5m处，实测全尘降尘效率可达90％以上，呼尘降尘效率可达85％以上，显著改善了掘锚一体机6快速掘进工作面的作业环境。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。