干式打孔除尘装置的研制与应用

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【摘 要】煤矿粉尘威胁矿井安全生产，严重影响职工身体健康，是煤矿五大灾害之一。有效控制粉尘，改善矿井工作环境的空气质量，已成为煤矿企业一项系统工程，受到高度重视。干式打孔是矿井产生粉尘的根源之一。《煤矿安全规程》第十七条、第一百五十四条规定，“……不能采用湿式钻眼时，可采用干式钻眼，但必须采取捕尘降尘措施……”。本文仅就干式打孔除尘装置的研制与应用进行探讨。

【关键词】干式打孔；除尘装置

1 相关因素列举分析

（1）矿井钻孔的一般用途有放炮、安装锚杆锚索、探放水、瓦斯等。常用钻机型号有ZQS—50/1.4S型手持式气动钻机、7655型凿岩机、 MKQB—55/1.8和MQT—130/2.4型锚杆钻机。分有冲击钻进和无冲击钻进两种。钻杆形状有圆形、六方形、螺旋形，均为中空钻杆。

（2）巷道表面凸凹不平；打钻时钻杆与水平面、与巷道内壁成任意角度的情况都存在。

（3）钻孔过程是钻杆旋转运动和进给运动的合成，进给动力有人力、风动、液压，有的钻机还辅以振动冲击。由钻杆中心孔吹入压风返出钻屑（干式钻孔）

2 干式打孔必要性与除尘可行性分析

湿式钻孔虽不产生粉尘，但也有很多弊端。如操作者淋水，穿防水服又妨碍操作；另一方面，钻杆中心孔通入的用于消尘返屑的水，返出时不易收集，落地后渗入底板影响巷道底板强度；汇集统一外排又会增加设备设施和工作量；更重要的一点是，水打孔时，孔内壁浸水，软岩易成泥状。小康矿以往实践证明水打孔注入锚索，十之二三达不到规定强度。而干打孔则几乎百分百保证强度。正因为湿式钻孔额外增加打钻工作量的缺点，湿式钻孔在有些地方还不能百分之百做到。如果疏于监管，不采取任何捕尘降尘措施的干式钻孔现象就会发生。

3 本领域技术背景

在此之前，还没有一种简单实用的除尘装置解决矿井干式打钻产生的粉尘问题。尽管网上也能搜索到一些专利设计，即使有其所描述的使用效果，由于整套装置过于繁琐，除尘比打钻工作量还大，远没达到简单实用要求，难以推广使用。

4 结构设计与优化

如图所示：主筒体前端套装海绵圈，主体套筒内尾段装有轴承室总成，轴承内孔装配导向摩擦套，导向摩擦套尾段径向均布6个罗纹孔，内装有钢珠、弹簧、压紧螺丝。导向摩擦套穿过轴承孔在集尘室的一端装有排尘轮（即锁紧螺母）；集尘室和排尘管相连通。

附图：

1、海绵套。2、集尘室。3、排尘孔。4、骨架密封室。5、骨架密封。6、轴承。7、导向摩擦套。8、压紧丝堵、弹簧10、钢珠。11、排尘轮

第一代试验品，因主体套筒几何尺寸较大，所有构件又全部是金属，整个除尘装置较重，钢珠与钻杆间的摩擦力不能维持除尘装置在钻杆上牢固附着，受到震动和重力作用，除尘装置沿钻杆下滑，封盒之间有相对运动，粉尘从间隙侵入后受风压和研磨作用，渐渐挤过骨架密封进入轴承内，导致轴承研死，使整个除尘装置和钻杆同步转动，造成除尘装置失效。

鉴于上述情况，为减轻重量，采用?内70 *?外76*长120钢管作为主体骨架，排尘轮、骨架密封盒和尾部装配弹簧钢珠圆盘均使用尼龙材料加工。改进后，整机重量能够满足使用要求。

改变骨架密封盒与排尘轮结合面的几何形状，制成凸台和凹槽形成迷宫，有效解决了粉尘进入轴承问题。

为适应螺旋（麻花）钻杆，将导向摩擦套在集尘室的一端制成与螺旋钻杆横截面相同的孔，保证粉尘无外泄；改变顶丝位置，使其对称伸入螺旋槽内压紧钻杆，提供除尘装置附着摩擦力。

5 工作原理

钻杆从导向摩擦套孔穿入，使钻头略突出海绵圈，海绵浸水到潮湿状态即可。当钻杆轴向推进时，导向摩擦套上压紧钻杆的钢珠产生的静摩擦力带着整个集尘装置一同推近至孔口岩壁，海绵逐渐被压缩同时封堵孔口周边，同时和集尘室形成封闭空间。继续推进钻杆，消尘装置受到的岩壁阻力增大，使导向摩擦套和钻杆之间产生滑动，钻杆克服滑动摩擦力向纵深钻进，恒定的滑动摩擦力使集尘装置紧贴孔口，保证粉尘颗粒落入集尘室内不向外喷泄。排尘轮和钻杆同步旋转，搅动集尘室内钻屑颗粒，由钻孔返出的压风将粉尘颗粒通过排尘管导入下面盛水集尘筒内。

6 使用效果

未使用任何除尘装置干打孔时：

距打孔3m处粉尘量为38.6mg/m3。

距打孔5m处粉尘量为32.9mg/m3。

距打孔10m处粉尘量为19.8mg/m3。

使用除尘装后无粉尘，捕尘率达100%。

7 推广使用情况

从2011年9月至今已自制加工30余套在小康矿井下普遍投入使用。同时严格执行不使用该装置进行干式钻孔作业，按“三违”处罚的规定。

8 特点归纳

（1）结构简单，便于加工制作。

（2）使用方便，安全可靠，由此增加的工作量很少。

（3）减排效果明显，捕尘率几乎可达100%，为创造良好的气候环境提供保证，可以不使用个人防护口罩；

（4）重量轻，总重

（5）适用范围广。适用于常用的各种型号钻机（转速高低、有无冲击振动均可）和各种规格的钻杆（断面为圆形、六方形、螺旋形即麻花钻杆）

9 使用注意事项

（1）海绵套潮湿即可。浸水过多会使粉尘成泥，不易外排。

（2）及时调整丝堵压紧力，以钻杆颤动或振动时除尘装置不后 退且钻杆能顺利推进为宜。

（3）除尘装置底部不能受钻机顶压。

（4）及时清理集尘室内未能排出的块状煤岩。

10 应用前景

《中华人民共和国职业病防治法》规定，用人单位应当采取职业病防治管理措施，采用有效的职业病防治设施，并为劳动者提供个人使用的职业病防护用品。《煤矿安全规程》第十七条、第一百五十四条规定：“……不能采用湿式钻眼时，可采用干式钻眼，但必须采取捕尘降尘措施……”

由于湿式钻孔存在软岩注入锚杆、锚索不能保证强度、操作者淋水、配套的供排水设施较多等不利因素，保正做到时时处处湿式钻孔，必须依靠强制手段和完善的辅助设施才能实现。而本文所述的干式钻孔除尘装置切实可行，除尘效果好。不增加工人作业的劳动强度和复杂程度。应该被真正想防治粉尘、关心职工身体健康的矿井广泛采用。

参考文献：

[1]孙桓，陈作模，葛文杰编著.机械原理.北京高等教育出版社，2006（05）.

[2]牛鸣岐，王保民，王振甫编著.机械原理课程设计手册.重庆大学.

[3]裘建新.机械原理课程设计指导书，5版.北京：高等教育出版社，2008.

[4]陆凤仪.机械原理课程设计.北京：机械工业出版社，2002.