矿用气动孔口除尘器的研究及应用
龚小兵（1），武全珍（2），刘涛（1），郭振新（1）
1、中煤科工集团重庆研究院400037 重庆；
2、新景煤业股份有限公司045008 山西
摘要：针对煤矿井下瓦斯抽放钻孔施工过程中产生大量粉尘，严重威胁作业工人职业健康和作业场所安全生产的问题，提出了新型的孔口除尘器进行粉尘治理的方案。即以矿井压风为动力，抽吸钻进过程中产生的粉尘，通过惯性除尘、过滤除尘和旋流脱水除尘等多种除尘技术手段，达到除尘目的。本除尘器采用矿井压风作为动力，设备本身无旋转和运动部件，使用环境不受瓦斯浓度的限制，除尘效率高。通过在阳煤集团新景煤业股份有限公司北七正巷现场应用，除尘效率高达99%，有效的解决了打钻过程中粉尘污染现象。
关键词：气动孔口除尘器打钻粉尘封孔
前言
瓦斯抽放是防治煤与瓦斯突出事故的最有效措施之一，随着煤与瓦斯突出煤层开采深度及开采强度的增加，煤与瓦斯突出强度越来越大，瓦斯抽放钻孔的数量急剧增加。目前钻孔主要分为干式打孔和湿式打孔两种方式。若采用湿式钻孔，容易造成垮孔、堵孔、卡钻等故障，严重影响抽放效果。采用干式打孔时，多利用压缩空气在孔底吹尘的排尘工艺，使干式钻孔产生的煤(岩)粉尘沿钻杆和孔壁间的缝隙排出，将产生大量的粉尘，不仅极大地污染巷道作业空间和工作面，严重危害作业人员身体健康，并造成粉尘局部积聚，埋下安全隐患。
目前针对干式钻孔所采取的除尘措施主要有普通喷雾除尘、泡沫除尘及除尘器除尘等，但在实施过程中存在以下问题：普通喷雾除尘装置没有采用负压抽吸装置，不能将孔口处得粉尘全部抽吸处理；泡沫除尘对泡沫药剂配方及添加比例要求较高，且操作工艺繁杂，费用高；除尘器体积大，多数采用电动除尘装置，影响了除尘器在高瓦斯突出矿井的使用。
为解决干式钻孔产生的粉尘污染问题，提出将矿井压风作为动力，通过除尘器产生的负压将钻孔处的粉尘抽吸进入除尘器内，通过惯性除尘、过滤除尘和旋流脱水除尘等多种除尘技术手段，进而达到除尘目的。
1、孔口除尘器
1.1 系统组成及参数
除尘器主要由过滤除尘段、空气引射器、动量脱水器、空气过滤器及封孔器
等组成（如图1、图2所示）。系统参数见表1。
图1 除尘器结构示意图
表1 除尘器性能参数
序号项目技术参数
1 额定处理风量(m3/min) 12
2 工作阻力(Pa) ≤1200
3 呼吸性粉尘除尘效率(%) ≥80
4 总粉尘除尘效率(%) ≥97
5 噪声(dB(A)) ≤85
6 压缩空气压力（MPa）0.5
7 耗气量（m3/min）（工况）0.75
8 供水压力（MPa）0.5～4
9 外形尺寸（mm×mm×mm）1420×750×1026
10 重量（kg）200
1.2 工作原理
钻孔时产生的粉尘在排渣压缩空气的作用下，从孔底高速向外排出，进入封孔器，其中的大颗粒粉尘在封孔器内由于重力的作用即被沉降下来，经封孔器下部的排尘口排出；在除尘器的抽吸作用下，封孔器内呈微负压状态，微细粉尘通过吸尘软管被引导进入除尘器的过滤除尘段，经过过滤网和喷雾降尘装置，喷嘴喷出的雾化水在过滤网上形成水膜，当含尘气流经过该水膜时大部分粉尘被拦截下来；粉尘和水形成的尘水混合物经排污管排出；穿过过滤网的少量粉尘与水雾
通过空气引射器进入动量脱水器，粉尘与水雾被拦截并通过排污管排出脱水器，干净的空气由排气口排出。
1.3 除尘器动力的选择
除尘器能否长期安全稳定运行，动力是关键。无论液动风机还是电动风机，均需直接或间接采用电力作业动力，对使用环境中的瓦斯浓度都有一定的限制，而以矿井压风作为动力的除尘器在使用过程中不受瓦斯浓度限制。因此，在孔口除尘器开发中选择矿井压风作为该除尘器的动力源。
1.4 除尘方式的设计
钻孔施工时产生的粉尘浓度很大且施工时间较长，因此需要处理的粉尘将会很大，为了确保除尘器工作时运行平稳以及提高除尘效率，采用多种除尘机理相结合的多级除尘技术。第一级采用惯性除尘机理，去除大部分较大粒径的粉尘，以便减轻后续处理的压力，第二级采用湿式洗涤过滤捕尘技术，第三级采用旋风脱水和旋流捕尘相结合的高效捕尘技术。
1.5封孔器的设计
封孔器是除尘系统重要的组成部分之一，它的封孔好坏直接影响除尘系统的除尘效果，若密封孔设计不合理，其与钻孔的密封不紧密，将会使部分粉尘由于惯性射出孔外，从而影响封孔器的捕尘效率；若漏斗出口过小，则粗颗粒粉尘有可能堵塞通道，造成封孔器内粉尘的淤积，影响抽尘管路的畅通，从而影响抽尘效果；若漏斗的出口过大，则有可能使钻孔出来的含尘气流直接从漏斗飞逸出去，
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2.1 试验工作面概况
试验工作面位于芦南二区525水平，工作面走向长1456m ，煤层平均倾角为7°，平均厚度为2.66m ，属于3#稳定煤层。瓦斯绝对涌出量为53.5m 3/min ，相对涌出量为19.26 m 3/t ，具有煤尘爆炸危险性，无自然发火倾向。工作面打孔用钻机为EH —1400型全液压钻机。设计钻孔间距为1.5m ，开孔位置距底板1.5-1.7m 处，单孔设计钻孔深度为110m ，钻孔交错20m 。距停采线2m 处施工第一个钻孔，共设计钻孔1940个，总工程量为213400m 。
工作面粉尘主要来源于三个方面，一是钻进过程中，由于钻杆与煤屑的碰撞与摩擦作用，造成煤屑在钻孔处四处飞溅，产生大量粉尘；二是煤屑从钻孔掉落到地面的过程中，由于风流的扰动作用，产生大量粉尘；三是煤屑冲击并携带附着在煤壁与锚网上的煤尘，产生扬尘现象，从而污染了作业面的工作环境。
2.2 系统布置
试验系统布置图如图5所示。试验系统水路布置见图5，气路布置见图7。
图5 试验系统布置示意图
1－预抽煤体；2－钻机；3－封孔器；4－钻杆；5－高压胶管；
6－孔口除尘器；7－轨道
1－除尘器；2－水压表；3－KJ13截止阀；4－KJ13胶管；
5－水变接头；6－主水管道
