一种适用于掘进机的双螺旋吹吸集聚式雾幕控尘装置的制作方法

本发明为井下煤矿巷道粉尘治理技术，属于掘进巷道除尘技术领域，具体涉及一种适用于掘进机的双螺旋吹吸集聚式雾幕控尘装置。

背景技术：

井下煤矿巷道掘进过程中会产生大量的扬尘，空中悬浮着大量的呼吸性粉尘颗粒，这不仅降低了工作人员的工作效率，还严重威胁着工作人员的生命健康，尤其是呼吸性粉尘对人体的危害。

目前我国掘进工作面粉尘治理主要采取掘进机内外喷雾两种方式进行降尘，掘进机内喷雾是在掘进机截割产尘的源头进行除尘，具有很好的除尘效果，内喷雾系统的喷头在炮头截齿螺旋线上，喷头易堵塞，使用寿命较短。

掘进机外喷雾系统工艺简单，安装方便，但大断面全岩巷道摒进时粉尘量会特别大，单一的掘进机外喷雾系统对粉尘处理能力不足，不能达到煤矿安全规程要求。针对上述两种除尘设备的不足，为了解决掘进过程中更高效的除尘问题，需要设计一种新的除尘装置。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种适用于掘进机的双螺旋吹吸集聚式雾幕控尘装置，其利用输风软管、吹风管等将高压鼓风机产生的单一风流分散成多股均匀风流使之形成旋风流场，气动涡旋雾幕的旋转风叶逆时针转动亦形成旋风流场。两个旋风流场叠加成为双重旋风流场控制掘进巷道前端粉尘，然后利用高压抽风风机产生的负压将粉尘吸入吸风管。被捕获的粉尘通过吸风管进入过滤除尘器除去大粒径粉尘，之后通过水浴除尘器除去小粒径粉尘。在利用旋风装置控尘的同时，为进一步降低工作面的粉尘浓度利用喷淋装置对掘进机头周围喷雾降尘。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种适用于掘进机的双螺旋吹吸集聚式雾幕控尘装置，包括旋风吹风系统、高压喷淋系统、雾幕隔尘系统及过滤水浴除尘系统；所述旋风吹风系统和高压喷淋系统均与分流管道连接，且分流管道通过中部可拆卸支架ⅰ固定于掘进机的上表面上，旋风吹风系统前端通过前端可拆卸支架ⅰ固定于掘进机机身上表面处，所述高压喷淋系统前端通过前端可拆卸固定架ⅱ固定在掘进机机身上表面处，所述雾幕隔尘系统位于分流管道下方，且雾幕隔尘系统中部通过中部可拆卸支架ⅱ固定于掘进机机身上表面处，雾幕隔尘系统前端通过前端可拆卸支架ⅲ固定于掘进机机身上表面处，所述雾幕隔尘系统后端与过滤水浴除尘系统相连，所述过滤水浴除尘系统、旋风吹风系统及高压喷淋系统后端均设置于固定分层网架上，固定分层网架固定安装于掘进机机身后端上表面处。

所述旋风吹风系统包括高压鼓风机、主送风管、分流管道、前端可拆卸固定架ⅰ、输风软管、吹风管；所述高压鼓风机安装于固定分层网架的顶层处，所述固定分层网架固定在掘进机机身后端上表面，用于承载高压鼓风机、水箱、水泵、磁化水装置及过滤水浴除尘系统，高压鼓风机通过离心作用将洁净的空气吹向掘进巷道工作面前端，高压鼓风机出口端与主送风管一端连接，主送风管另一端与分流管道的风通道一端相连，分流管道风通道另一端与输风软管相连，输风软管上设置有若干吹风管，且吹风管与输风管垂直设置，所述输风软管与吹风管通过前端可拆卸固定架ⅰ的水平部分包裹并通过竖直部分固定于掘进机机身前端上表面。

所述吹风管以分流管道为中心左右对称布置，共八根，每根吹风管管壁上均等间距开设等大的圆孔，且吹风管前部密封设置；八根吹风管上开设不同偏心角度的圆孔，使吹出的气流逆时针方向转动，形成一个旋风流场。

所述高压喷淋系统包括水箱、水泵、磁化水装置、主送水管、前端可拆卸固定架ⅱ、输水软管、四根喷淋水管、高压喷嘴；所述水箱、水泵、磁化水装置安装于固定分层网架的中间层，水箱与水泵进水端相连，水泵出水端与磁化水装置进水端相连，磁化水装置出水端与主送水管一端连接，主送水管另一端与分流管道的水通道一端相连，分流管道的水通道另一端与输水软管一端相连，输水软管上设置有若干喷淋水管，喷淋水管较吹风管靠近巷道壁面，喷淋水管与输水软管通过前端可拆卸支架ⅱ的水平部分包裹并通过竖直部分固定于掘进机机身前端上表面，每根喷淋水管管壁上都等间距设有高压喷嘴。

所述喷淋水管以分流管道为中心呈左右对称分布，共四根，均设有高压喷嘴，利用高压喷嘴向掘进机头周围喷洒水雾。水流经过高压喷嘴雾化形成细小的雾滴，并被吹风管形成的旋风流场裹挟；这增加了与空气中的粉尘碰撞机率，进一步提高了除尘效率。

所述磁化水装置包括外壳、两个固定法兰盘、两个对称分布的永久磁铁，所述外壳内腔安装有两端均伸出外壳的磁化管道，磁化管道一端通过连接管路与水泵相连，另一端与主送水管相连，磁化管道外表面对称设置有固定法兰盘，两个固定法兰盘之间磁化管道外壁设置有两个永久磁铁，永久磁铁通过其上的连接法兰与固定法兰盘通过螺栓固定。

所述雾幕隔尘系统包括吸风管、气动涡旋雾幕、两个高压抽风风机，所述吸风管为变径管，所述吸风管中部通过中部可拆卸支架ⅱ固定安装于掘进机机身的上表面中部，吸风管前端通过前端可拆卸固定支架ⅲ固定安装于掘进机机身的上表面前端，所述气动涡旋雾幕套装于吸风管的大直径管部分的外圆面上，且位于分流管道的前方，所述高压抽风风机一前一后安装在吸风管里，使吸风管口形成负压。

所述气动涡旋雾幕包括旋转风叶、转动管路、转动雾化喷嘴，所述旋转风叶安装在吸风管的外圆面上，旋转风叶外侧同轴套装有转动管路，转动管路由套装在一起的两个管组成，位于转动管路内侧的管与旋转风叶叶片末端连接，位于内侧的管与位于外侧的管之间沿周向均布有转动雾化喷嘴，所述旋风吹风系统将高压鼓风机产生的单一风流通过输风软管及吹风管分散成多股均匀风流使之形成旋风流场，与气动涡旋雾幕的旋转风叶逆时针转动形成的旋风流场叠加形成双螺旋旋风流场，然后利用高压抽风风机产生的负压将粉尘吸入吸风管。被捕获的粉尘通过吸风管进入过滤除尘器除去大粒径粉尘，之后通过水浴除尘器除去小粒径粉尘，高压喷淋系统利用磁化水装置净化水质，利用高压喷嘴对掘进工作面喷雾降尘，并利用双螺旋旋风流场的裹挟作用增强与粉尘的碰撞机率，提高除尘效率。

所述过滤水浴除尘系统包括过滤除尘器、水浴除尘器，过滤水浴除尘系统安装于固定分层网架的底层，所述过滤除尘器一端连接吸风管，另一端连接水浴除尘器。

所述过滤除尘器包括壳体、过滤管路、过滤板，所述壳体呈梯形，内部安装过滤板，壳体的顶板上安装有过滤管路，过滤除尘器通过过滤管路与吸风管连接。

所述水浴除尘器包括外壳ⅱ、尘气管道、排气口、一级过滤板、二级过滤板、进水口、排污导向板、排污口、阀门；所述尘气管道一端与过滤除尘器相连接，另一端成喇叭状且延伸至外壳ⅱ内腔的水面以下，所述外壳ⅱ内腔顶板设置有排气口，排气口下方有一级过滤板与二级过滤板过滤粉尘，所述外壳ⅱ侧壁上分别设置有进水口和排污口，且进水口所在侧壁与排污口所在侧壁平行设置，进水口与排污口上均安装有阀门，所述外壳ⅱ内腔底部设置有排污导向板，且排污导向板的最低点与排污口相对应，最高点与进水口相对应，且位于进水口下方设置。

本发明的有益效果：

本发明的一种适用于掘进机的双螺旋吹吸集聚式雾幕控尘装置，将旋风吹风、高压喷淋、雾幕隔尘、过滤水浴除尘结合起来，实现了除尘设备与掘进机之间的优化。相对于传统的单方向吹吸式除尘，该装置利用双螺旋旋风流场可以更加高效地对巷道前端内的粉尘颗粒进行控制，从而更好地集中到后方的过滤水浴除尘系统做净化处理。利用磁化水装置净化水质，有助于提高高压喷嘴使用寿命。相较于传统的喷淋降尘，该喷淋装置可以利用双螺旋旋风流场的裹挟作用增强与粉尘的碰撞机率，可以更全方位、更有效地降低掘进巷道工作面内的粉尘浓度。吸风管上布置气动涡旋雾幕，进一步增强了吸风管口的旋风流场的捕获能力，也防止掘进巷道前端粉尘向掘进巷道后端扩散，减少粉尘对工作人员的影响。

附图说明

图1为适用于掘进机的双螺旋吹吸集聚式雾幕控尘装置剖面结构示意图；

图2为适用于掘进机的双螺旋吹吸集聚式雾幕控尘装置管路分布正视图；

图3为适用于掘进机的双螺旋吹吸集聚式雾幕控尘装置的旋风吹风系统涡旋流场原理风向示意图；

图4为适用于掘进机的双螺旋吹吸集聚式雾幕控尘装置的高压喷淋系统磁化水装置结构示意图；

图5为适用于掘进机的双螺旋吹吸集聚式雾幕控尘装置的高压喷淋系统喷嘴结构示意图；

图6为适用于掘进机的双螺旋吹吸集聚式雾幕控尘装置的雾幕隔尘系统气动涡旋雾幕结构示意图；

图7为适用于掘进机的双螺旋吹吸集聚式雾幕控尘装置的过滤水浴除尘系统结构示意图；

1-掘进巷道，2-固定分层网架，3-高压鼓风机，4-主送风管，5-分流管道，6-前端可拆卸固定架ⅰ，7-输风软管，8-吹风管，9-水箱，10-水泵，11-磁化水装置，12-主送水管，13-前端可拆卸固定架ⅱ，14-输水软管，15-喷淋水管，16-高压喷嘴，17-外壳，18-固定法兰盘，19-永久磁铁，20-磁化管道，21-连接管路，22-吸风管，23-气动涡旋雾幕，24-旋转风叶，25-转动管路，26-转动雾化喷嘴，27-高压抽风风机，28-壳体，29-过滤管路，30-过滤板，31-外壳ⅱ，32-尘气管道，33-排气口，34-一级过滤板，35-二级过滤板，36-进水口，37-排污导向板，38-阀门，39-排污口，40-掘进机，41-中部可拆支架ⅰ，42-过滤水浴除尘系统，43-中部可拆卸支架ⅱ，44-前端可拆卸固定支架ⅲ。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1至图7所示，一种适用于掘进机的双螺旋吹吸集聚式雾幕控尘装置，包括旋风吹风系统、高压喷淋系统、雾幕隔尘系统及过滤水浴除尘系统42；所述旋风吹风系统和高压喷淋系统均与分流管道5连接，且分流管道5通过中部可拆卸支架ⅰ41固定于掘进机的上表面上，旋风吹风系统前端通过前端可拆卸支架ⅰ6固定于掘进机机身上表面处，所述高压喷淋系统前端通过前端可拆卸固定架ⅱ13固定在掘进机机身上表面处，所述雾幕隔尘系统位于分流管道5下方，且雾幕隔尘系统中部通过中部可拆卸支架ⅱ43固定于掘进机机身上表面处，雾幕隔尘系统前端通过前端可拆卸支架ⅲ44固定于掘进机机身上表面处，所述雾幕隔尘系统后端与过滤水浴除尘系统42相连，所述过滤水浴除尘系统42、旋风吹风系统及高压喷淋系统后端均设置于固定分层网架2上，固定分层网架2固定安装于掘进机机身后端上表面处。所述旋风吹风系统配合雾幕隔尘系统形成双螺旋旋风流场集聚捕获粉尘的同时利用气动涡旋雾幕23隔绝粉尘向掘进机40后端扩散。高压喷淋系统通过磁化水装置11净化水质，通过高压喷嘴16将水雾化成细小雾滴。过滤水浴除尘系统42结合过滤与水浴两种方式逐级除尘。

所述旋风吹风系统包括高压鼓风机3、主送风管4、分流管道5、前端可拆卸固定架ⅰ6、输风软管7、吹风管8；所述高压鼓风机3设置于固定分层网架2的顶层处，固定分层网架2固定在掘进机40机身后端上表面，用于承载高压鼓风机3、水箱9、水泵10、磁化水装置11及过滤水浴除尘系统42，高压鼓风机3出口端与主送风管4一端连接，主送风管4另一端与分流管道5的风通道一端相连，分流管道5风通道另一端与输风软管7相连，输风软管7上设置有若干吹风管8，使单向风流分散成多股均匀的气流，形成旋风流场控制掘进工作面的粉尘，且吹风管8与输风软管7垂直设置，所述输风软管7与吹风管8通过前端可拆卸固定架ⅰ6的水平部分包裹并通过竖直部分固定于掘进机40机身前端上表面。

所述吹风管8以分流管道5为中心左右对称布置，共八根，每个吹风管8管壁上均等间距开设等大的圆孔，且吹风管8前部密封设置；八根吹风管8上开设不同偏心角度的圆孔，使吹出的气流逆时针方向转动，形成一个旋风流场。

所述高压喷淋系统包括水箱9、水泵10、磁化水装置11、主送水管12、分流管道5、前端可拆卸固定架ⅱ13、输水软管14、四根喷淋水管15、高压喷嘴16；所述水箱9、水泵10、磁化水装置11安装于固定分层网架2的中间层，水箱9与水泵10进水端相连，水泵10出水端与磁化水装置11进水端相连，磁化水装置11出水端与主送水管12一端连接，主送水管12另一端与分流管道5的水通道一端相连，分流管道5的水通道另一端与输水软管14一端相连，输水软管14上设置有若干喷淋水管15，喷淋水管15较吹风管8靠近巷道1壁面，喷淋水管15与输水软管14通过前端可拆卸支架ⅱ13的水平部分包裹并通过竖直部分固定于掘进机机身前端上表面，每根喷淋水管15管壁上都等间距设有高压喷嘴16；所述高压喷淋系统通过高压喷嘴16喷雾降低掘进工作面的粉尘浓度。

所述喷淋水管15以分流管道5为中心呈左右对称分布，共四根，均设有高压喷嘴16，利用高压喷嘴16向掘进机头周围喷洒水雾。水流经过高压喷嘴16雾化形成细小的雾滴，并被吹风管8形成的旋风流场裹挟；增加了与空气中的粉尘碰撞机率，进一步提高了除尘效率。

所述磁化水装置11包括外壳17、两个固定法兰盘18、两个对称分布的永久磁铁19，所述外壳17内腔安装有两端均伸出外壳17的磁化管道20，磁化管道20一端通过连接管路21与水泵10相连，另一端与主送水管12相连，磁化管道20外表面对称设置有固定法兰盘18，两个固定法兰盘18之间磁化管道20外壁设置有两个永久磁铁19，永久磁铁19通过其上的连接法兰与固定法兰盘18通过螺栓固定，磁化管道20上壁面由两个永久磁铁19的n极包裹，磁化管道20下壁面由两个永久磁铁19的s极包裹；水通过磁化水装置11过滤加磁，加快溶液内部的结晶作用，净化水质，防止杂质堵塞喷嘴，提高高压喷嘴16与管路的使用寿命。

所述雾幕隔尘系统包括吸风管22、气动涡旋雾幕23、两个高压抽风风机27，所述吸风管22为变径管，所述吸风管22中部通过中部可拆卸支架ⅱ43固定安装于掘进机40机身的上表面中部，吸风管22前端通过前端可拆卸固定支架ⅲ44固定安装于掘进机40机身的上表面前端，通过吹吸作用产生的负压将掘进巷道1工作面前端粉尘颗粒吸入吸风管22，所述气动涡旋雾幕23套装于吸风管22的大直径管部分的外圆面上，且位于分流管道5的前方，所述高压抽风风机27一前一后安装在吸风管22里，使吸风管22口形成负压；所述雾幕隔尘系统利用旋转风叶24逆时针转动，与旋风吹风系统形成双螺旋旋风流场，增强了对掘进工作面的粉尘的集聚能力。并利用转动管路25上的转动雾化喷嘴26形成逆时针的旋转水雾，阻隔粉尘向掘进机40后端扩散。

所述气动涡旋雾幕23包括旋转风叶24、转动管路25、转动雾化喷嘴26，所述旋转风叶24安装在吸风管22的外圆面上，旋转风叶24外侧同轴套装有转动管路25，转动管路25由套装在一起的两个管组成，位于转动管路25内侧的管与旋转风叶24叶片末端连接，位于内侧的管与位于外侧的管之间沿周向均布有转动雾化喷嘴26。旋转风叶24通过逆时针转动将直流气流变成涡旋气流，与吸风管22口的旋风流场形成双螺旋旋风流场，进一步增强对粉尘的控制，使粉尘旋转集聚到吸风管22。所述转动管路25上设置有六个转动雾化喷嘴26，转动雾化喷嘴26产生360°逆时针转动，形成旋转雾幕。旋转风叶24形成的涡旋气流裹挟转动雾化喷嘴26喷射出的旋转水雾形成气动涡旋雾幕23，阻隔掘进巷道1前端的粉尘向外扩散，进一步保护掘进机40操作人员的健康安全。

所述过滤水浴除尘系统42包括过滤除尘器、水浴除尘器，过滤水浴除尘系统42安装于固定分层网架2的底层，所述过滤除尘器一端连接吸风管22，另一端连接水浴除尘器，通过过滤除尘器里的过滤板30过滤出吸风管22里的大粒径粉尘，再利用水浴除尘器除去小粒径的粉尘。

所述过滤除尘器包括壳体28、过滤管路29、过滤板30，所述壳体28呈梯形，内部安装过滤板30，壳体28的顶板上安装有过滤管路29，过滤除尘器通过过滤管路29与吸风管22连接。

所述水浴除尘器包括外壳ⅱ31、尘气管道32、排气口33、一级过滤板34、二级过滤板35、进水口36、排污导向板37、排污口39、阀门38；所述尘气管道32一端与过滤除尘器相连接，另一端成喇叭状且延伸至外壳ⅱ31内腔的水面以下，所述外壳ⅱ31内腔顶板设置有排气口33，排气口33下方有一级过滤板34与二级过滤板35过滤粉尘，所述外壳ⅱ31侧壁上分别设置有进水口36和排污口39，且进水口36所在侧壁与排污口39所在侧壁平行设置，进水口36与排污口39上均安装有阀门38，所述外壳ⅱ31内腔底部设置有排污导向板37，倾斜放置的排污导向板37更利于捕集水中的粉尘，同时方便通过排污口39排除水中的杂质，且排污导向板37的最低点与排污口39相对应，最高点与进水口36相对应，且位于进水口36下方，具有一定速度的含尘气流经尘气管道32在喷口处以较高速度喷出，对水层产生作用后进入水中，而粉尘由于惯性力作用则继续按照原来的方向运动，其中大部分尘粒与水黏附后留在水中。

本发明适用于掘进机的双螺旋吹吸集聚式雾幕控尘装置的一次应用过程：

接通电源，当掘进机40在掘进巷道1内工作时，高压鼓风机3通过主送风管4及分流管道5向固定在前端工作面的输风软管7、吹风管8输送连续的气流，气流以一定角度沿圆周切向射流而出，在掘进工作面水平径向方向上形成一个逆时针方向的高速旋转的涡旋气流；

同时，水路中的水输送到磁化水装置11净化水质，水流过磁化管道20处的两个永久磁铁19时切割磁感线，变成磁化水。净化后的水输送到主送水管12，主送水管12中的水经分流管道5、输水软管14分流到四根喷淋水管15中，喷淋水管15中的水由高压喷嘴16雾化成雾滴，并被双螺旋旋风流场裹挟喷淋到掘进机40周围加湿除尘；

在高压鼓风机3工作的同时，位于吸风管22内的两个高压抽风风机27开始运转，在掘进机头的吸风管22口产生负压，将弥散在掘进工作面内的粉尘吸入吸风管22中。旋转风叶24通过逆时针转动将直流气流变成涡旋气流，与吸风管22的旋风流场形成双螺旋旋风流场。转动管路25使转动雾化喷嘴26逆时针转动，形成旋转雾幕。旋转风叶24形成的涡旋气流裹挟转动雾化喷嘴26喷射出的旋转水雾形成气动涡旋雾幕23，阻隔掘进巷道1前端的粉尘向外扩散。吸风管22中的含尘气流经尘气管道32与水面发生作用，含尘气体中的尘粒被水所捕集，净化后的气体经排气口33上的一级过滤板34和二级过滤板35过滤排走，水中沉降的粉尘杂质通过排污导向板37流入排污口39。