一种顺层钻孔荷电增效多级过滤除尘装置及方法与流程

1.本发明属于煤矿除尘技术领域，涉及一种顺层钻孔荷电增效多级过滤除尘装置及方法。


背景技术：

2.煤矿井下有大量地点需进行顺煤层钻孔的施工，包括瓦斯防治类钻孔、探测探查类钻孔等等，由于当前煤矿井下常用压风或压缩氮气等作为驱动介质进行钻进作业，肯定会产生大量粉尘，导致回风侧粉尘浓度极高，粉尘浓度甚至高达100mg/m3以上，这样会导致回风侧煤尘弥漫、能见度极低。
3.目前，煤矿针对顺层钻孔的除尘降尘措施，一般利用人工操作水管喷雾头对准孔口进行喷雾清除施工过程中孔内涌出的煤粉，同时在回风侧的预设范围内安设喷雾除尘装置，虽然能起到一定的除尘作用，但除尘效果不佳，仍然会遗留大量的小颗粒粉尘，造成煤尘飞扬，从而导致煤矿井下作业环境差，更严重的是会危害人体身心健康，长此以往现场作业工人还易罹患尘肺病。因此，如何提升除尘效果是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的在于解决顺层钻孔的除尘降尘问题，提出一种顺层钻孔荷电增效多级过滤除尘装置及方法，提升除尘降尘效果，降低现场作业工人罹患尘肺病的风险。
5.为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种顺层钻孔荷电增效多级过滤除尘装置，包括粉尘吸纳箱、尘流反应箱、电荷细水雾捕尘组件；
7.所述粉尘吸纳箱上设有粉尘出排管，并通过所述粉尘出排管采集顺层钻孔内的粉尘本体；
8.所述电荷细水雾捕尘组件与所述粉尘吸纳箱分别设于所述尘流反应箱的两侧；
9.所述粉尘吸纳箱与所述尘流反应箱之间设有大颗粒粉尘过滤网，通过所述大颗粒粉尘过滤网对粉尘本体进行过滤；
10.所述电荷细水雾捕尘组件用于产生荷电水雾，并将荷电水雾输送至所述粉尘吸纳箱中；荷电水雾与进入尘流反应箱的小颗粒粉尘混流作用，当细颗粒物荷电后，细颗粒物自身会发生团聚，将小颗粒粉尘团聚为大颗粒粉尘，并沉降。
11.进一步，所述电荷细水雾捕尘组件包括水雾箱、导流筒、水箱、超声波雾化器；所述水箱设于所述水雾箱下方，并通过导流口与水雾箱连通；所述超声波雾化器有多个，并设于所述水箱内，产生的水雾通过所述导流口进入水雾箱中；
12.所述导流筒设于所述尘流反应箱与水雾箱之间，所述导流筒与尘流反应箱之间设有用于连通彼此的出流口；所述水雾箱与所述导流筒连通，所述水雾箱与导流筒之间设有接有高压的电晕板；
13.所述水雾箱上设有进风口，水雾箱中设有风机，通过风机带动空气与水雾经所述电晕板产生荷电水雾，并通过所述出流口进入所述尘流反应箱。
14.进一步，所述导流筒内设有螺旋导流器，所述螺旋导流器外壁上设有若干个圆周均布的导流槽，所述导流槽沿所述螺旋导流器的轴向呈螺旋状延伸，且所述导流槽的当量直径沿气流方向逐渐减小；所述螺旋导流器呈锥形，所述螺旋导流器的截面直径沿气流方向逐渐增大，用于增大碰撞凝聚加速距离和控制喷射范围。
15.进一步，所述水箱中设有水位控制阀，所述水箱通过所述水位控制阀与外部蓄水管连接。
16.进一步，所述尘流反应箱上开设有出风口，所述尘流反应箱内设有粉尘浓度传感器与高压引射器。
17.进一步，所述尘流反应箱底部设有小颗粒煤泥过滤网，对沉降的粉尘本体进行二次过滤；所述小颗粒煤泥过滤网下方设有回收箱。
18.进一步，所述粉尘吸纳箱下方设有大颗粒粉尘收存箱。
19.进一步，所述粉尘出排管与顺层钻孔对接的一端设有封堵装置，所述封堵装置与顺层钻孔之间通过密封胶密封。
20.进一步，还包括粉尘监测控制平台，用于获取粉尘数据并控制各组件运行。
21.一种顺层钻孔荷电增效多级过滤除尘方法，采用上述顺层钻孔荷电增效多级过滤除尘装置进行顺层钻孔除尘，包括如下步骤：
22.步骤s1，在煤层中打顺层钻孔，破碎煤体排出的粉尘本体在高压气动转机的冲推和钻机旋转负压带动下，沿着孔口粉尘出排管排出到粉尘吸纳箱内；
23.步骤s2，进入粉尘吸纳箱的粉尘在尘流反应箱中的高压引射器的作用下产生负压，通过大颗粒粉尘过滤网，进入尘流反应箱；粒径超过10μm以上的大颗粒粉尘被大颗粒粉尘过滤网阻拦，留在粉尘吸纳箱，大颗粒粉尘在粉尘吸纳箱内沉降落入大颗粒粉尘收存箱中；
24.步骤s3，10μm以下的小颗粒粉尘经过大颗粒粉尘过滤网到达尘流反应箱中，当粉尘浓度传感器所检测的粉尘浓度分别达到2mg/m3、3mg/m3、4mg/m3时，依次对应启动四分之一数目、二分之一数目、全部数目的超声波雾化器，超声波雾化器将水箱中的液态水分子打散成1～10μm的细水雾，通过导流口送入到水雾箱中，在风机作用下穿过电晕板，产生荷电水雾，荷电水雾通过导流筒增大碰撞凝聚、加速后从出流口喷入尘流反应箱中；
25.步骤s4，荷电水雾与进入尘流反应箱的小颗粒粉尘混流作用，当细颗粒物荷电后，不论是带异性电荷还是同性电荷，均会由于电荷之间的相互作用，细颗粒物自身发生团聚，将小颗粒粉尘团聚为大颗粒粉尘，沉降到小颗粒煤泥过滤网进行二次过滤，并排入回收箱中；
26.步骤s5，对落在小颗粒煤泥过滤网上的大颗粒粉尘混流物进行定期回收，在回收箱放入化学试剂，用于中和小颗粒粉尘混流物，并通过巷道水沟排出。
27.本发明的有益效果在于：本发明能有效的解决顺煤层钻孔施工过程中大量的煤粉颗粒造成回风流空气污染、能见度低的问题，通过荷电增效、大颗粒和小颗粒粉尘过滤网过滤的配合可有效解决沉降细粒径粉尘的难题，实现高效智能化除尘降低现场作业工人罹患尘肺病的风险。
28.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
29.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：
30.图1为本发明中顺层钻孔荷电增效多级过滤除尘装置示意图；
31.图2为本发明中风叶片的结构示意图；
32.图3为本发明中螺旋导流器的结构示意图；
33.图4为本发明中顺层钻孔荷电增效多级过滤除尘的工作流程图。
34.附图标记：1-轴流风机；2-风叶片；3-进风口；4-水雾箱；5-电晕板；6-导流筒；61-导流槽；62-喷射端面；7-出流口；8-尘流反应箱；9-出风口；10-粉尘浓度传感器；11-高压引射器；12-大颗粒粉尘过滤网；13-粉尘吸纳箱；14-第一粉尘沉降口；15-大颗粒粉尘收存箱；16-第二粉尘沉降口；17-小颗粒煤泥过滤网；18-回收箱；19-粉尘监测控制平台；20-导流口；21-超声波雾化器；22-水箱；23-水位控制阀；24-粉尘出排管；25-封堵装置；26-密封胶；27-顺层钻孔；28-粉尘本体。
具体实施方式
35.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。
36.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。
37.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。
38.请参阅图1～3，为一种顺层钻孔荷电增效多级过滤除尘装置，包括：
39.粉尘出排管24，用于采集顺层钻孔27内的粉尘本体28；粉尘出排管24与顺层钻孔27对接的一端安装有封堵装置25，封堵装置25与顺层钻孔27之间用密封胶26密封，保证气
体和粉尘不会跑出。
40.粉尘吸纳箱13，粉尘吸纳箱13通过粉尘出排管24与顺层钻孔27连通，粉尘吸纳箱13靠近尘流反应箱8的入口可拆卸安装有大颗粒粉尘过滤网12，粉尘吸纳箱13下方设置有大颗粒粉尘收存箱15。粉尘吸纳箱13底部安装有用于将粉尘吸纳箱13内收集的大颗粒粉尘导入至大颗粒粉尘收存箱15内的第一粉尘沉降口14。大颗粒粉尘过滤网12对粉尘本体28进行第一次过滤。
41.尘流反应箱8，用于对在大颗粒粉尘过滤组件过滤后的粉尘本体28进行收集和处理；尘流反应箱8上开设有出风口9，尘流反应箱8内顶部安装有粉尘浓度传感器10和高压引射器11。尘流反应箱8的底部安装有用于将尘流反应箱8内收集和处理后的粉尘导入至回收箱18内的第二粉尘沉降口16，回收箱18内横向可拆卸安装有小颗粒煤泥过滤网17，通过小颗粒煤泥过滤网17对粉尘本体28进行第二次过滤。
42.电荷细水雾捕尘组件，包括水雾箱4和设置在水雾箱4下方的水箱22，水箱22内安装有多个超声波雾化器21，超声波雾化器21将水箱22中的液态水分子结构打散成水雾后通过导流口20进入水雾箱4中；
43.导流筒6，安装在水雾箱4与尘流反应箱8之间，用于将水雾箱4内产生的带电荷的水雾导流喷出进入尘流反应箱8内，导流筒6靠近水雾箱4的入口设置有接入高压电的电晕板5，导流筒6靠近尘流反应箱8的一端设置有出流口7。
44.本实施例中，导流筒6内安装有螺旋导流器，螺旋导流器的外壁上均布有6个导流槽61，导流槽61沿螺旋导流器轴向呈螺旋状延伸，且导流槽61当量直径沿气流方向逐渐减小；螺旋导流器呈锥形，其截面直径沿气流方向逐渐增大，气流进入端的外轮廓直径为300mm，气流喷射端62外轮廓直径为400mm。根据流体动力学理论，混流云雾会不断加速碰撞增积增加荷电量，最终通过螺旋导流器喷射端面62呈碗状喷出，增大云雾覆盖范围。
45.粉尘监测控制平台19，其内设置有plc控制器，对多级过滤除尘装置进行协调控制。粉尘监测控制平台19通过粉尘浓度传感器10对尘流反应箱8内的粉尘本体28进行检测，当尘流反应箱8内的粉尘本体28的浓度达到预设值后，启动电荷细水雾捕尘组件，通过打散后的水雾对粉尘本体28进行雾化处理，并进行第二次过滤收集。
46.本实施例中的轴流风机1、粉尘浓度传感器10、高压引射器11、超声波雾化器21和水位控制阀23的驱动方式可以采用外接电源线的方式进行驱动，轴流风机1、粉尘浓度传感器10、高压引射器11、超声波雾化器21和水位控制阀23的控制可以采用粉尘监测控制平台19内的主控系统进行编程控制，其控制原理为现有控制技术能实现的。
47.本实施例中，水雾箱4的顶部开设有进风口3，水雾箱4中还安装有出风口朝向电晕板5设置的轴流风机1，轴流风机1出风口上安装有风叶片2，轴流风机1有三个档位，风机旋转速度逐级增加；风叶片2的螺旋扇叶设计在保证风压的同时降低噪声，与plc控制器相连接，可实现通过电控调整转速从而达到调整流量的效果，实现针对不同粉尘浓度调整转速，达到节能的效果。
48.本实施例中，水箱22内壁上通过法兰安装有水位控制阀23，水箱22通过水位控制阀23与外部蓄水管相连接，通过水位控制阀23的悬浮球体控制流量大小，控从而保持超声波雾化器21处于合适的工作水位。
49.请参阅图4，为本实施例的实施流程示意，包括如下实施步骤：
50.步骤s1、在煤层中打顺层钻孔27，破碎煤体排出的粉尘本体28在高压气动钻机的冲推和钻机旋转负压带动沿着封堵装置25和粉尘出排管24排出到粉尘吸纳箱13内；
51.步骤s2、进入粉尘吸纳箱13的粉尘在高压引射器11的作用下产生负压，通过大颗粒粉尘过滤网12，进入尘流反应箱8；
52.步骤s3、步骤s2中粒径超过10μm以上的大颗粒粉尘将被大颗粒粉尘过滤网12阻拦，留在粉尘吸纳箱13，大颗粒粉尘在粉尘吸纳箱13沉降通过第一粉尘沉降口14落入大颗粒粉尘收存箱15；本实施例中，大颗粒粉尘收存箱15的容量为200l以上，当达到一定存储量是，可对大颗粒粉尘收存箱15进行定期清理。
53.步骤s4、10μm以下的小颗粒粉尘经过大颗粒粉尘过滤网12到达尘流反应箱8，当粉尘浓度传感器10的所检测的粉尘浓度分别达到2mg/m3、3mg/m3、4mg/m3时，依次对应启动四分之一数目、二分之一数目、全部数目的超声波雾化器21；启动电荷细水雾捕尘组件，超声波雾化器21通过陶瓷雾化片的高频谐振，将水箱22中的液态水分子结构打散成1～10μm的细水雾，通过导流口20送入到水雾箱4中，在轴流风机1和风叶片2的作用下穿过电晕板5，使水雾荷电，带电荷的细水雾通过导流筒6增大碰撞凝聚、加速，从出流口7喷出进入尘流反应箱8；
54.步骤s5、荷电细水雾与进入尘流反应箱8的小颗粒粉尘混流作用，当细颗粒物荷电后，不论是带异性电荷还是同性电荷，均会由于电荷之间的相互作用，细颗粒物自身发生的团聚，将小颗粒粉尘团聚为大颗粒粉尘，通过第二粉尘沉降口16降落到小颗粒煤泥过滤网17和回收箱18，小颗粒粉尘混流物可以通过小颗粒煤泥过滤网17进入回收箱18；荷电细水雾与进入尘流反应箱8的小颗粒粉尘混流作用通过水雾增湿团聚、“云物理”沉降、荷电颗粒物团聚、荷电水雾吸附。
55.步骤s6、大颗粒粉尘混流物落在小颗粒煤泥过滤网17，可通过抽出更换，实现定期回收；同时可采用在回收箱18放入化学试剂，中和小颗粒粉尘混流物，然后通过巷道水沟排出。
56.本实施例中，系统的粉尘浓度传感器10，可实施监测粉尘浓度，并反馈到粉尘监测控制平台19，粉尘监测控制平台19根据粉尘浓度参数，智能调整轴流风机1的风速等工作状态，进而更高效的达到除尘效果。
57.下面对顺层钻孔荷电增效多级过滤除尘装置和传统喷雾除尘、通风除尘以及化学抑尘做对比，对比优点、缺点和除尘效率参考下表：
58.[0059][0060]
由上表可知，本发明能有效的解决顺煤层钻孔施工过程中，大量的煤粉颗粒造成回风流空气污染、能见度低的问题，通过荷电增效、大颗粒和小颗粒粉尘过滤网过滤的配合可有效解决沉降细粒径粉尘的难题，实现高效智能化除尘降低现场作业工人罹患尘肺病的风险。
[0061]
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。