一种矿用掘进和湿式降尘智能一体化装置及操作方法与流程

本发明涉及一种矿用掘进和湿式降尘智能一体化装置及操作方法，特别是一种涉及煤矿井下巷道掘进作业过程的掘进机与除尘设备联动控制操作，由压缩风或为液压为动力的高效、安全的控尘、降尘装置及操作方法。

背景技术：

1、矿尘，这一煤矿生产中的隐形杀手，给矿工们带来了无尽的威胁。在众多的矿尘危害中，煤尘更是堪称煤矿的五大灾害之首。除了其潜在的爆炸风险外，矿尘还无时无刻不在污染着矿井的空气，导致矿工们长期暴露于恶劣的工作环境中，极易患上尘肺病。据现场实测，在无任何防尘措施的情况下，煤巷快速掘进工作面的瞬时全粉尘浓度可达1000mg/m3以上，半煤岩巷快速掘进工作面瞬时全粉尘浓度可达2000mg/m3以上。高浓度的粉尘严重影响了现场人员的职业健康安全，使工人尘肺病的患病率成倍增加；受限的视线也给现场人员作业带来严重的安全隐患，同时也限制了生产效率的进一步提高。

2、目前，针对粉尘灾害在煤矿巷道掘进主要采取如下一些防治措施：(1)在粉尘产生源头，使用水雾、泡沫等材料降尘，或采取煤层注水等措施，从源头上尽量减少粉尘产生量；(2)在粉尘随风流运移过程中，使用除尘风机、水喷淋等方式，通风降尘与降尘材料相配合，减少随风流运移的粉尘量；(3)作业人员佩戴个人护具，减少进入人体的粉尘量，在粉尘传播终端降低其危害性。其中利用多种通风除尘设备，通过改变含尘风流的运移规律，并除去风流中的粉尘，是目前较佳的除尘降尘措施。

3、中国发明专利cn 115726780 a公开了一种适用于掘锚一体机快速掘进工作面的粉尘治理系统，主要针对的是含尘风流进行除尘处理；该发明通过在前端设置喷雾块和喷嘴以减少采掘过程中的粉尘，同时利用风机抽气除尘解决巷道内采掘过程带来的粉尘污染问题。在实际煤矿开采应用中，由于瓦斯气的存在，以风机为动力的除尘系统存在安全风险和隐患，井下通常被限制使用；同时煤矿开采过程注入过多的水，将增加开采过程中污水处理负担。

4、中国实用新型专利cn201246165y公开了一种悬臂式掘进机的机载除尘装置，其公开的技术方案是以风机为动力，抽气除尘装置与掘进设备联动运行；该发明在煤矿开采井下应用同样存在安全风险和隐患；另外，随动接头结构也存在密封效果差，结构比较复杂，影响前端抽气效果，从而降低了风流除尘效率。

5、针对目前井下除尘降尘设备存在的上述问题，有必要开发一种更加安全、高效的智能化除尘降尘装置，以便更好解决煤矿开采过程中的粉尘处理难题。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供一种矿用掘进和湿式降尘智能一体化装置及操作方法，特别是一种利用压缩空气或带压液体为动力、无机械运动部件、不涉及电机驱动、与采煤掘进机匹配联动操作控制，安全、高效的煤矿开采过程除尘装置和操作方法。

2、所发明的矿用掘进和湿式降尘智能一体化装置，包括除尘降尘设备单元、井下掘进开采设备、关联控制系统等组成。

3、其中，所述的除尘降尘设备单元，依次由粉尘收集进气头、柔性伸缩或摆动负压风管、文丘里引气刚性抽吸段、中间导气管段、可长距离正压伸缩风管、后端降尘单元段连接而成；所述的柔性伸缩或摆动负压风管，可以是与掘进机截割部通过控制系统联动跟随前后伸缩移动结构形式，由柔性负压伸缩风管、驱动马达、旋转运动转变直线运动机构、风管支撑伸缩杆和伸缩杆支撑限位滑轨组成；也可以是与井下掘进开采设备的掘进机截割部通过机械牵拉拖带跟随伸缩、左右和上下摆动的结构形式，由前端固定的粉尘收集头和柔性摆动负压伸缩风管组成；所述的除尘降尘设备单元、井下掘进开采设备，通过机械结构和控制系统进行联动操作控制，保证除尘设备的粉尘收集头与掘进机截割头之间合适的位置和距离，防止掘进过程粉尘的扩散。

4、其中，所述的除尘降尘设备单元的粉尘收集进气头，由矩形、柱形或梯形网状构件壳体组成，放置在掘进机截割头附近，其开孔面积与管道抽气量匹配；所述的除尘降尘设备单元，是由压缩空气或带压液体做动力驱动的设备或其组合结构，其中典型的是以压缩空气或带压液体驱动或者两种介质混合驱动的文丘里管引气设备结构组成；

5、其中，所述的柔性负压伸缩风管是与掘进机截割部通过控制系统联动跟随前后伸缩移动结构，其中的驱动马达可以是气动马达、液压马达、防爆马达；其中的旋转运动转变直线运动机构，可以是齿轮、齿条传动机构，也可以是齿轮、销齿结构，或者是链轮、拉直固定链条结构；其中的风管支撑伸缩杆，其上设置有齿条、销齿、拉直链条；其中的伸缩杆支撑限位滑轨，其上设置有若干横向导轮和纵向导轮，导轮可以是滑动轴承形式，也可以是滚动轴承形式；其中的限位滑轨固定安装在除尘降尘单元的文丘里引气刚性抽吸段上，柔性伸缩或摆动负压风管后部固定在第一支架上。

6、其中，所述的柔性负压伸缩风管与掘进机截割部通过控制系统联动跟随前后伸缩移动的控制方法为：当掘进机截割头进行掘进操作移动时，其动作信号传递给控制系统，控制系统控制驱动马达旋转，通过旋转运动转化直线运动机构控制风管支撑伸缩杆带动粉尘收集进气头跟随前后移动，保持两者之间合适的相对位置和距离。

7、其中，所述的柔性摆动负压伸缩风管是与掘进设备机头机械牵拉拖带跟随伸缩、左右和上下摆动结构，是一根粗管道也可以是多根细管道组成，可以是由一个或多个带有密封的球面关节、一个或多个带防尘套管的可伸缩柔性管组成，也可以是由一个或多个下部带有吹尘或吸尘软管的可伸缩柔性管道组成，或者是由可上下旋转摆动的方形关节、可左右旋转摆动的方形关节、可伸缩的柔性软管组成；其中除尘降尘单元前部吸尘罩及管道安装固定在掘进机截割头上，中部的文丘里引气刚性抽吸段固定在掘进机主体上，后端降尘单元段固定在第二支架上；

8、其中，所述的柔性摆动负压伸缩风管控制方法为，当掘进机截割头前后移动、上下摆动、左右摆动时，通过机械结构联动，除尘降尘设备单元的粉尘收集进气头跟随其前后移动、上下摆动、左右摆动，从而保证粉尘收集进气头与掘进机截割头之间位置、距离固定不变。

9、其中，所述的柔性伸缩或摆动负压风管，其材料可以是柔性橡胶和纤维布、塑料和纤维布、金属软管，其形状可以是波纹式补偿管或其他类似可实现伸缩和径向位移同时又可以保证密封的管状结构。

10、综上，本发明利用可伸缩、前后移动或可左右、上下摆动的湿式除尘降尘设备单元、井下掘进开采设备和控制系统，通过控制系统或设备之间机械结构，进行联动操作控制，可有效控制设备之间联动运行，保证除尘头罩与掘进机截割头之间保持合适的距离和位置，防止掘进过程浮尘的大范围扩散，实现良好的除尘、降尘效果。

11、本发明可实现智能化控制，具有除尘效率高、隔尘效果好、适应性强、安全环保等特点，可广泛应用于采矿井下作业，满足煤矿井下开采过程粉尘安全环保治理要求，实现含粉尘空气的安全环保达标。

技术特征：

1.一种矿用掘进和湿式降尘智能一体化装置，其特征在于，包括：除尘降尘设备单元、井下掘进开采设备以及控制系统；其中，除尘降尘设备单元依次由粉尘收集进气头、柔性伸缩或摆动负压风管、文丘里引气刚性抽吸段、中间导气管段、可长距离正压伸缩风管、后端降尘单元段连接而成；所述的除尘降尘设备单元、井下掘进开采设备通过机械结构或控制系统进行联动操作控制，保证除尘设备的粉尘收集进气头与掘进机截割头在预设的位置上且两者之间留有防止掘进过程粉尘扩散的预设距离。

2.根据权利要求1所述的一种矿用掘进和湿式降尘智能一体化装置，其特征在于，所述的柔性伸缩或摆动负压风管是与掘进机截割部通过控制系统联动跟随前后伸缩移动的结构形式，由柔性负压伸缩风管、驱动马达、旋转运动转变直线运动机构、风管支撑伸缩杆和伸缩杆支撑限位滑轨组成；或者是与井下掘进开采设备的掘进机截割部通过机械牵拉拖带跟随伸缩、左右和上下摆动的结构形式，由前端固定的粉尘收集头和柔性摆动负压伸缩风管组成。

3.根据权利要求2所述的一种矿用掘进和湿式降尘智能一体化装置，其特征在于，所述的除尘降尘设备单元是由压缩空气或带压液体做动力驱动的，所述的除尘降尘设备单元的粉尘收集进气头是由矩形或梯形网状构件壳体组成。

4.根据权利要求2所述的一种矿用掘进和湿式降尘智能一体化装置，其特征在于，所述的驱动马达选自气动马达、液压马达或防爆电气马达；所述的旋转运动转变直线运动机构是齿轮、齿条传动机构，或者是齿轮、销齿结构，或者是链轮、拉直固定链条结构；所述的风管支撑伸缩杆上设置有齿条、销齿、拉直链条；所述的伸缩杆支撑限位滑轨上设置有若干横向导轮和纵向导轮，其中，导轮为滑动轴承形式或滚动轴承形式。

5.根据权利要求4所述的一种矿用掘进和湿式降尘智能一体化装置，其特征在于，所述的伸缩杆支撑限位滑轨固定安装在除尘降尘设备单元的文丘里引气刚性抽吸段上，柔性负压伸缩风管后部固定在第一支架上。

6.根据权利要求2所述的一种矿用掘进和湿式降尘智能一体化装置，其特征在于，所述的柔性摆动负压伸缩风管的结构是由一根粗管道或多根细管道组成，或者是由一个或多个带有密封的球面关节、一个或多个带防尘套管的可伸缩柔性管组成，或者是由一个或多个下部带有吹灰或吸尘软管的可伸缩柔性管道组成，或者是由可上下旋转摆动的方形关节、可左右旋转摆动的方形关节、可伸缩的柔性软管组成。

7.根据权利要求6所述的一种矿用掘进和湿式降尘智能一体化装置，其特征在于，所述的除尘降尘设备单元的粉尘收集进气头吸尘罩及管道安装固定在掘进机截割部上，中部的文丘里引气刚性抽吸段固定在掘进机主体上，后端降尘单元段固定在第二支架上。

8.根据权利要求1所述的一种矿用掘进和湿式降尘智能一体化装置，其特征在于，所述的柔性伸缩或摆动负压风管的材料选自柔性橡胶和纤维布、塑料和纤维布或者金属软管，其形状为波纹补偿管或其他可实现伸缩和径向位移同时又可以保证密封的管状结构。

9.一种如权利要求4所述的一种矿用掘进和湿式降尘智能一体化装置的操作方法，其特征在于，当掘进机截割部进行掘进操作移动时，其动作信号提供给掘进机控制柜传递给控制系统，控制系统控制驱动马达旋转，从而控制风管支撑伸缩杆带动粉尘收集进气头跟随前后移动，保持粉尘收集进气头与掘进机截割头在预设的位置上且两者之间留有防止掘进过程粉尘扩散的预设距离。

10.一种如权利要求6所述的一种矿用掘进和湿式降尘智能一体化装置的操作方法，其特征在于，当掘进机截割头前后移动、上下摆动、左右摆动时，通过机械联动，除尘降尘设备单元的粉尘收集进气头跟随其前后移动、上下摆动、左右摆动，保持粉尘收集进气头与掘进机截割头在预设的位置上且两者之间留有防止掘进过程粉尘扩散的预设距离。

技术总结
本发明公开了一种矿用掘进和湿式降尘智能一体化装置及操作方法，特别是一种与掘进设备匹配联动操作控制，跟随掘进机截割部一体动作的安全、高效去除矿井开采过程中粉尘污染的除尘装置和操作方法。本发明的装置包括可伸缩、前后移动或可左右、上下摆动的湿式除尘降尘设备单元、井下掘进开采设备和控制系统，利用上述设备匹配关联操作，可有效控制设备之间联动运行，保证除尘头罩与掘进机截割头之间保持合适的距离和位置，防止掘进过程浮尘的大范围扩散，实现良好的除尘、降尘效果。本发明可实现智能化控制，具有除尘效率高、隔尘效果好、适应性强、安全环保等特点，可广泛应用于采矿井下作业，实现含粉尘空气的安全环保达标治理。

技术研发人员：袁君,王金海,蔡振义,李华,王忠信,袁伟
受保护的技术使用者：亿斯德特种智能装备（大连）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/12