潮式喷射机控尘关键因素研究及应用

作者简介：李定富（1971-），男，重庆人，工程师，2003年毕业于重庆大学机械工程学院，工学硕士，主要从事粉尘治理技术及装备研究。E-mail：[e-mail]：023-65239081基金项目：中煤科工集团重庆研究院有限公司青年创新基金项目（2014QNJJ13）潮式喷射机控尘关键因素研究及应用李定富1,2，梁爱春1,2，王伟黎1,2(1.中煤科工集团重庆研究院有限公司,重庆400037；2.瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室,重庆400039)摘要：对潮式混凝土喷射机不同工况下的工作风压、跑风量和跑灰率进行了实验研究。结果表明，工作风压、跑风量和跑灰率都与喷射机的输送距离成正比，跑灰率与物料含水率成反比，而跑风量与含水率无直接关系。通过实验得到了喷射机控尘所需的最佳控尘风量和负压，在此基础上设计的喷射机控除尘装置使喷射机机身周围总粉尘浓度降到6mg/m3以下，降尘效率达到99%以上。关键词：混凝土喷射机；潮喷；控尘；降尘效率ResearchonthekeyfactorsofdustcontrolofmoistshotcretmachineanditsapplicationLiDingfu，LiangAichun，WangWeili(1.ChongqingResearchInstituteofChinaCoalTechnology&EngineeringGroupCorp,Chongqing400037,China;2.StateKeyLab.ofMethaneDisasterMonitoring&EmergencyTechnology,Chongqing400039,China)Abstract:Exprimentalresearchwasmadeonworkingair-pressure,airleakagevolumeanddustleakageamountofmoistshotcretemachineunderdifferentworkingcondition.Theresultshowsthatworkingair-pressure,airleakagevolumeanddustleakageamountareproportionaltotheconveyingdistanceoftheshotcretemachine,dustleakageamountisinverselyproportionaltothemoisturecontentofgunitingmaterials,andairleakageamounthasnodirectrelationshipwiththemoisturecontent.Theneededairvolumeandnegativepressureofdustcontrolwereobtainedthroughexperiments,andanewdustcontrolandremovaldevicewasdevelopedonthebasisoftheseparameters，whichreducedthetotaldustconcentrationtobelessthan6mg/m3andremovedmorethan99%dust.Keywords:shotcretemachine;moistshotcreting;dustcontrol;dustremovalefficiency1前言目前国内锚喷工艺仍以潮喷为主，其核心设备是转子式混凝土喷射机，具有操作简单、移动方便、输送距离长等优点而被广泛使用。但在喷浆作业时，喷射机的上料口处、结合板与转子间隙处和自身余气口处产生大量水泥尘，粉尘浓度达到600mg/m3，高浓度水泥尘是诱发工人尘肺病的直接原因，因此降低水泥尘浓度非常有必要[1]。国内一些煤矿采用矿用风筒布围在喷射机漏气口周围，减弱漏气产尘扩散，但效果不佳；一些煤矿采用风水除尘器、湿式振弦降尘风机等除尘设备，但这些设备是开放式，无法隔离风流及上料扰动的影响，且产尘点处于发散状态，导致收尘、降尘效果均较差[2-4]。本文对喷射机在不同工况下的产尘特性进行研究，为研发与喷射机配套的密闭式、效果好的控除尘设备提供设计依据，解决锚喷工作面控尘、除尘难题。2喷射机产尘分析及控尘思路2.1工作原理图1为喷射机结构图。转子式喷射机的工作原理：带有衬板的转子以一定的转速旋转，而上、下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。当转子中装有按一定比例混合的物料的各个料杯与进风管和出料接头相通时，在压气作用下，物料通过出料弯头、输送管被压送至喷头处。图1喷射机结构图2.2产尘点分析通过观察喷射机工作，发现其产尘有三来源：(1)上料口处产尘。当转子旋转到料斗落料口处时，料杯中残留的余气向上窜出带出粉尘。其次是上料扬尘。(2)结合板与转子之间的间隙产尘。结合板是由钢板和橡胶组合而成。橡胶表面在工作过程中，受压缩空气作用，且转子衬板和砂石持续对其碾磨，易出现刮伤沟槽，导致密封失效，压气从这些沟槽缝隙中喷出，带出大量粉尘。(3)余气口产尘。喷射机设有余气口，以释放与余气口相对应转子料杯内的余气，防止料杯内的余气从料斗落料口处释放，影响物料向料杯里注入。余气从余气口喷出时也会带出大量的粉尘。2.3影响控尘因素分析通过喷射机产尘点分析及现场观察发现，粉尘都是由余气夹带窜出，所以产尘量是由跑出余气量决定的；跑出余气量则与喷射机工作风压有关。因此认为喷射机的工作风压、跑风量及跑灰率是影响控尘效果的关键因素。笔者拟通过实验研究物料不同含水率下控尘参数的变化趋势，找出满足喷射机控尘和抽尘净化的合理参数，即所需的最佳控尘风量和负压值，进而为喷射机控除尘装置设计提供依据。3控尘关键因素研究3.1实验系统图2为实验系统图。实验使用PZC-6I型转子式喷射机，在喷射机上安装一个密闭罩，收集跑出的粉尘。由于余气气流是脉冲气流，在测试管道中设置整流栅。测试依据《MT159矿用除尘器通用技术条件》和《GB/T1236-2000工业通风机用标准化风道进行性能试验》。由余气带出的粉尘沉积在密闭罩与喷射机之间的间隙处。跑灰率是指漏出物料与总物料的体积比。1-温度计；2-气压计；3-粉尘浓度测试仪；4-空气压缩机组；5-压力表；6-喷射机；7-喷浆管；8-密闭罩；9-测试管道Ⅰ；10-整流栅；11-补偿微压计；12-皮托管；13-测试管道Ⅱ图2实验系统图3.2喷射机跑风量和跑灰率的研究实验观察发现，跑风量和跑灰率随着结合板的损坏程度变大而变大。测试结合板损坏最严重，即在结合板即将需要更换时的跑风量和跑灰率对研究控尘才有意义。根据相关规定，潮喷的水灰比为0.2~0.4，即当水泥、石子、河砂按1:2:2配比的混合料含水率为4%~8%。图3和图4分别是跑风量、跑灰率在不同工况下的变化趋势。图3跑风量的测试图4跑灰率的测试由图3、图4可知，在输送距离为60、80、100m时，跑风量分别为3.5m3/min、3.9m3/min、4.5m3/min左右，最大跑灰率为5%、6%、7%左右。在输送距离不变的情况下，跑风量不受物料含水率的影响，跑灰率随着含水率变大而减小。分析认为，输送距离决定工作风压，跑风量受工作风压影响最大；随着含水率增大，物料间的凝聚力增大，更容易成团，输送过程中不产生离析，因而产生的粉尘更少。在物料含水率相同的情况下，跑风量、跑灰率都随着输送距离变大而增大。前面分析得到，喷射机工作风压与输送距离成正比，增大输送距离，余气和粉尘获得更大的动能和加速度，从喷射机余气口、结合板与转子衬板间隙跑出更多的余气和粉尘。3.3控尘风量及负压的研究前面分析得到，在喷射机输送距离为100m、含水率为4%、结合板使用寿命后期时，喷射机的跑风量、跑灰率达到最大值。因此，喷射机在上述工作状态所需的控尘最小风量和负压，能满足喷射机其它所有工作状态要求。在图2实验系统的基础上，使用负压动力装置将含尘气流集中抽走并净化。图5为控尘风量与粉尘浓度及负压的关系。图5控尘风量与粉尘浓度及负压的关系由图5可知，当控尘风量达到7m3/min时，喷射机机身周围粉尘浓度降到4mg/m3以下，当风量继续增大，控尘效果无明显变化，反而会将沉积的粉尘重新卷起，增大抽吸动力装置的负载。综上所述，喷射机的最佳控尘风量为7m3/min，此时负压为1000Pa。综合前面的研究，研发出了与喷射机配套的控尘、除尘装置，其中除尘装置选用空气引射器作为动力装置，能满足整个装置的动力要求[5]。4现场试验研究4.1现场条件本次试验地点为重庆南桐矿业有限责任公司红岩煤矿3604±0m运输大巷。巷道采用锚杆支护，断面为圆弧拱形，净宽4.6m，墙高2.1m，拱高1.15m，掘进断面积为13.682m2，净面积11.477m2。巷道采用对旋式局部通风机FBDN5.0系列，配φ600mm抗静电阻燃风筒压入式通风，风量为124m3/min。图6为现场试验系统布置图。4.2现场试验结果依据《AQ1020-2006煤矿井下粉尘综合防治技术规范》测试粉尘浓度，设置2个采样点，分别位于喷射机上风处5m、喷射机旁。表1为粉尘浓度测试数据及降尘效率。1-喷浆管；2-喷射机组；3-轨道；4-风筒；5-压气管路；6-供水管路；7-耙渣机图6现场试验布置图表1粉尘浓度测试测试状态采样位置总尘浓度(mg/m3)呼尘浓度(mg/m3)总尘效率(%)呼尘效率(%)未使用控除尘装置喷射机上风处5m15.73.2喷射机旁760.5155.1使用控除尘装置喷射机上风处5m13.32.7喷射机旁18.13.899.3699.27由表1可知，使用控除尘装置后，机身周围粉尘浓度从744.8mg/m3降到4.8mg/m3，总粉尘降尘效率达到99.36%。机身周围呼吸性粉尘浓度由151.9mg/m3降到1.1mg/m3，降尘效率为99.27%。其中喷射机旁的实际粉尘浓度是测试值减去其上风处5m的浓度值。5结论(1)通过实验研究了喷射机跑风量、跑灰率与输送距离、物料含水率的关系，结果表明减短喷射机输送距离、提高物料含水率，有利于提高喷射机的控尘效果。(2)控尘装置所需最佳控尘风量为7m3/min，负压为1000Pa。(3)使用控除尘装置后，喷射机机身粉尘浓度降到4.8mg/m3，总粉尘降尘效率达到99.36%，呼吸性粉尘浓度降到1.1mg/m3，呼吸性粉尘降尘效率为99.27%。参考文献[1]王庆东、杨景旺、李竹梅.混凝土喷射机自动除尘系统的设计[J].矿山机械，2008,21:26-27[2]龚小兵、赵才华.混凝土喷射机降尘技术研究[J].矿业安全与环保，2013,40(4):46-49[3]钱沛云、徐强、朱之星、李海、苏忠武.巷道除尘设备的研究[J],煤矿机电，2003,5:109-111[4]赵文彬、薄福利、谭允祯.干喷法锚喷工艺产尘及降尘对策[J].煤矿安全，2007,5:22-23[5]郭胜均.矿用气动湿式孔口除尘器的研发及应用[J].煤炭科学技术,2012,40(5):74-78