一种转子式喷射机除尘装置的研究与应用

廖小东，宋 阳，吴茂晗

(1.淮南矿业集团物资供应分公司，安徽 淮南 232001；2.南京石诚井巷装备有限责任公司，江苏 南京 211146；3.北京邮电大学 自动化学院，北京 100876)

一种转子式喷射机除尘装置的研究与应用

廖小东1，宋 阳2，吴茂晗3

(1.淮南矿业集团物资供应分公司，安徽 淮南 232001；2.南京石诚井巷装备有限责任公司，江苏 南京 211146；3.北京邮电大学 自动化学院，北京 100876)

煤矿井下使用混凝土喷射机作为锚喷支护的重要工具，但喷射时的上料扬尘和机旁粉尘一直是困扰煤矿安全生产的一大难题。在分析现有转子式喷射机产尘原因与现有除尘方式问题的基础上，设计了一种新型矿用转子式混凝土喷射机配套除尘装置。该装置主要由料斗除尘系统、余气口集尘装置、防尘围板及转子体处防尘罩配降尘喷雾系统组成，现场实践表明该装置从使用工艺和技术上能有效地解决转子式喷射机机旁粉尘浓度大的问题。

喷射机；除尘装置；控尘除尘；高效

ApplicationandStudyofOneKindRotorJetdustcollector

煤矿井下喷射混凝土作业，具有灵活、快速、高效、经济等优点，已得到广泛应用。但目前，煤矿使用最普遍的转子式混凝土喷射机没有有效地解决机旁粉尘大，直接影响工人身体健康的安全生产问题。《煤矿安全规程》2016版中第六百五十三条规定：喷射混凝土时，应当采用潮喷或者湿喷工艺，并配备除尘装置对上料口、余气口除尘。因此，研发安全可靠、体积小、粉尘低，适应性广是转子式喷射机适应煤矿安全生产的必要途径。

本文针对目前煤矿转子式喷射机使用现状，研制了一种新型的转子式喷射机除尘装置，用以解决喷射机机旁粉尘浓度大的问题。

1 现有转子式喷射机产尘分析

图1为转子式喷射机结构图，其工作原理：带有衬板和料杯的转子体以固定速度顺时针旋转，而结合板压在衬板上固定不动，结合板上连接有进风管和出料接头。当转子中装有按固定比例混合物料的料杯旋转到与出料弯头相通时，经由压风吹出料杯进入出料弯头，输送至喷枪处喷射。

图1 转子式喷射机

根据喷射机在不同工况下的使用情况，结合喷射机工作原理分析得出，转子式喷射机产尘因素：

(1)内部结构：主要是结合板与衬板相接处的粉尘逸出问题，随着橡胶结合板磨损加剧而增大，是喷射机机旁粉尘最大来源。

(2)外部结构：主要是不可密封的开放口(余气口，上料口)扬尘问题，上料口扬尘是由人工上料时高低落差产生扬尘，余气口扬尘是转子体内料杯余气释放时产生的气体扬尘。

2 现有喷射机除尘方式及其问题

目前转子式喷射机主要针对喷射机产尘部位结构进行粉尘防治，主要有引流式除尘和负压式除尘2种方式。

(1)引流式除尘 该方式是在转子体四周及余气口增设密封罩，两者之间用管道汇合，在喷射机产生粉尘后引流除尘。该种方式密封性能要求高，维护不方便，除尘效果差，不能适应煤矿井下喷浆施工工艺。

(2)负压式除尘 该方式是在引流式除尘基础上，增设负压吸风过滤装置。通过离心机产生负压将喷射机周围的粉尘吸走过滤排出。该种方式解决了引流式除尘对密封要求高的问题，效果好。但是由于采用负压吸风，流量大、速度快，过滤粉尘压力大，过滤装置维护不便，且设备体积大等问题没有得到广泛应用。

除此之外，经过现场调研发现，转子式喷射机煤矿井下推广使用还需满足：体积小、重量轻，移动方便；机旁粉尘浓度低，输送距离远，回弹低；结构简单，便于维护清理等要求。

3 喷射机除尘装置的设计

针对目前转子式喷射机产尘原因和现有除尘方式的问题分析，设计了一种转子式喷射机除尘装置。该装置主要由料斗除尘系统、余气口集尘装置、转子体处防尘罩配降尘喷雾系统、防尘围板等组成(图2)。

图2 喷射机除尘装置

该除尘装置是研究转子式喷射机工作机理，观察产尘部位并结合煤矿井下巷道施工工艺(喷浆时间短，喷浆次数多，移动频繁)等特点设计。

该除尘装置在尽量保证喷射机的体积和重量变化小的基础上，采用堵、消结合方式实现喷射机降尘除尘。

3.1 上料口除尘

通过在料斗上设置气雾喷头，雾喷头带有过滤装置，防止水中杂质堵塞喷嘴，同时设置有调节按钮可随物将人工上料时产生的扬尘吸水沉降下来；利用水的吸附力将沉降的颗粒和粉尘一起带入料斗。根据气料潮湿度，调节喷水量。

消除在上料过程中引起的扬尘同时将物料适当加湿，满足潮式喷浆工艺(物料含水量20%～40%)。

在解决上料扬尘问题时，增加混凝土含水量减少喷浆作业时的回弹。

3.2 余气口除尘

余气口粉尘来源是料杯废气排放引起扬尘，喷射机转速11r/min，料杯数量4个，工作压力0.4MPa。

喷射机工作压力0.4MPa，料杯废气含量：

p1v1=p2v2

式中，p1为喷射机工作压力，0.4MPa；v1为料杯的容积，0.0034m3；p2为大气压，0.1MPa；v2为排放气体体积，m3。

由此得：每个料杯排气量v2=0.0136m3；每分钟排气量：V=0.0136×4×11=0.5984m3

计算得出余气口排气量小，采用滤网除尘设计，在余气口外增加一个集尘装置，在不影响余气排放的前提下，利用滤网过滤把粉尘阻拦在集尘盒滤网内；同时，保证了余气的正常排放，不会影响设备的功效。

集尘罩滤布通气量选用2m3/min；集尘容量清理时间满足喷浆物料10m3/次。

3.3 结合板磨损跑尘的双层防护

结合板与衬板结合处粉尘随着结合板的磨损加剧而变大，是整个喷射机粉尘最严重的地方，因此解决转子体结合板处粉尘问题至关重要。根据结合板跑尘特点，采取的是双层防护方式。

(1)堵尘 结合板出现磨损后，衬板和砂石会持续对其碾磨，出现刮伤沟槽，刮伤沟槽出现反过来又加剧结合板磨损，使用中结合板局部磨损深7mm，宽30mm即报废。根据结合板使用特点，在结合板与衬板结合处设置一个整体围板，使其水平能压住结合板与衬板之间缝隙，上下能分别与结合板、下座体加强板紧密接触，在喷射机工作压力0.4MPa风压下能稳定地压紧，保证结合板出现磨损时，堵住结合板缝隙处防止砂石跑出。结合板损坏时，能有效地减少从结合板处溢出的粉尘。

(2)消尘 由于巷道喷雾降尘效率低，水源压力要求高，研究确定在防尘围板外设置了一套半封闭式降尘系统，作为第2层保护，其由防尘罩和喷雾系统组成。当有粉尘从防尘围板溢出时，在防尘罩两侧和中间设置的降尘喷头喷雾降尘，防尘罩起到阻尘降尘作用。有效降尘80%以上，保证高效的集尘、降尘。

该除尘装置是针对目前普遍使用转子式喷射机在煤矿井下的应用情况设计研制，有效缓解目前煤矿喷浆作业时的粉尘浓度大和回弹率高，作业空间小，喷浆效率低等问题，该除尘装置不需要额外的动力源，也不需要增加其他配套设施。

4 结 论

(1)通过在煤矿井下现场喷射试验，该转子式喷射机能够有效地解决喷浆现场存在的粉尘问题，整体降尘率达到90%以上；同时由于该除尘装置动力简单结构轻便，无后配套设备，设计后重量在30kg以内，能很好地适应煤矿喷浆时间短，喷浆次数多，移动频繁等喷浆工艺。

(2)该除尘装置技术成熟、成本低廉、维护便捷，从结构上和工艺上都能满足目前在煤矿井下狭小空间内实现连续搅拌上料喷浆的喷浆工艺。符合国家的相关产业政策和社会发展的安全、环保要求，同时有效解决了目前混凝土喷射技术使用中粉尘大的技术难题，无论是从环保还是从节能方面来讲，都是对现有混凝土喷射技术的一次创新。

[1]虞家祥.转子式混凝土喷射机结构与性能分析[J].煤矿机电，2009 (4)：76-77.

[2]许天恩.转子式混凝土喷射机的改进和发展[J].煤炭工程，1999(11)：29-31.

[3]何 琳.混凝土喷射机的应用及发展[J].江西建材，2005(4)：37-39.

[4]龚小兵，赵才华.混凝土喷射机降尘技术研究[J].煤矿安全与环保，2013(4)：46-49.

[5]董辉辉，闵付松.潮式混凝土喷射机技术发展现状与研究方向[J].能源技术与管理，2015，40(6)：13-15.

[6]李 萍，张咸民，吴 斌，等.矿用PC61转子式湿喷机的优化设计[J].煤矿开采，2017，20(6)：49-51.

[责任编辑：邹正立]

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1006-6225(2017)05-0027-02

2017-07-24

10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2017.05.007

廖小东(1979-) ，男，山东滕州人，工商管理硕士，从事煤矿机械采购工作。

廖小东，宋 阳.一种转子式喷射机除尘装置的研究与应用[J].煤矿开采，2017，22(5)：27-28，26.