齊玉俊

（中煤平朔集團(tuán)有限公司 安家?guī)X露天礦，山西 朔州 036000）

大型露天礦山的主要穿孔設(shè)備為礦用牙輪鉆機，穿孔作業(yè)過程中產(chǎn)生的粉塵僅次于采裝、運輸?shù)拳h(huán)節(jié)，產(chǎn)塵量位居重要生產(chǎn)環(huán)節(jié)的第3 位。經(jīng)測算，1臺牙輪鉆機鉆速達(dá)到0.025 m／s 時，產(chǎn)生的粉塵量直徑可達(dá)到10～15 mm，粉塵質(zhì)量每秒可達(dá)到2～3.5 kg。穿孔過程中產(chǎn)生的大量粉塵，吸附到機器各部件上時會影響鉆機各部件的正常運行，同時加速了鉆具的損壞，縮短了鉆頭的使用壽命。作業(yè)場所產(chǎn)生的粉塵如果不加以有效控制，將危害職工的身心健康、降低機器設(shè)備使用壽命及破壞作業(yè)環(huán)境，還會造成大氣污染[1]。

安家?guī)X礦擁有5 種型號13 臺牙輪鉆機，分別為4 臺CDM75E 電鉆、1 臺DM50 油鉆、1 臺D245S 油鉆、6 臺衡陽YZ35C 電鉆、1 臺KY250 電鉆，所有型號鉆機均使用干式除塵裝置除塵。主要為2 級除塵，第1 級使用旋流除塵裝置，作用是除去空氣中粒徑中等及以下的粉塵；第2 級使用濾芯過濾器，作用是用來捕集微細(xì)粒徑粉塵。該除塵系統(tǒng)在改造之前，除塵效率低下，作業(yè)區(qū)域內(nèi)的空氣質(zhì)量無法滿足當(dāng)前環(huán)保要求。

1 干式除塵

干式除塵指不需要用水作為除塵介質(zhì)，占所有除塵系統(tǒng)的90%以上，不受氣候環(huán)境限制，技術(shù)成熟。最主要的特點就是通過一整套機械設(shè)備將排出孔外的巖粉將其捕獲收集起來，而且捕集的粉塵為干粉狀，重點解決的問題是捕集和清除細(xì)小的粉塵。具有占地面積小，使用范圍廣，除塵效率高的特點，被廣泛應(yīng)用于大型清灰除塵中。常見的干式除塵技術(shù)主要有重力沉降器、慣性除塵器、靜電除塵器、聲波除塵器等。缺點是設(shè)備構(gòu)造復(fù)雜，維護(hù)檢修不方便，捕集后的粉塵落在地上會形成二次污染源，且不能除去粉塵中的有毒、有害氣體[2]。具體為:①重力除塵效果＜50%，適應(yīng)的粉塵粒經(jīng)為50 μm；②慣性除塵效果50%～70%，適應(yīng)的粉塵粒經(jīng)為20～50 μm；③旋風(fēng)除塵效果60%～70%，適應(yīng)的粉塵粒經(jīng)為5～30 μum；④聲波除塵效果80%～90%，適應(yīng)的粉塵粒經(jīng)為0.5～100 μm，其在使用過程中會產(chǎn)生很大噪音，且耗能較大；⑤靜電除塵效果90%～95%，適應(yīng)的粉塵粒經(jīng)為0.5～1 μm，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備龐大，投入較高。

2 CDM 示例鉆機干式除塵系統(tǒng)及工作原理

2.1 CDM 系列鉆機干式除塵集塵原理

CDM75E 鉆機除塵系統(tǒng)主要由除塵馬達(dá)、風(fēng)葉、集塵桶、濾芯、吸塵風(fēng)筒、擋塵簾、隔塵罩、襯套、落塵袋、脈沖閥、計時器、擋塵簾、擋塵簾收縮油缸等部件組成的。

CDM 系列鉆機干式除塵系統(tǒng)為“無可視塵?！倍壵婵粘龎m，第1 級為氣流旋流除塵，第2 級為濾芯過濾除塵[3]。

1）干式除塵系統(tǒng)的工作原理是除塵馬達(dá)工作，利用捕塵罩、沉降箱、除塵器等設(shè)備將鉆進(jìn)過程中產(chǎn)生的粉塵通過吸塵風(fēng)管吸入集塵桶內(nèi)，然后強大的氣流使粉塵形成旋流，粒徑較大的粉塵被甩到桶壁上，由于重力作用向下流入落塵袋。顆粒較小的粉塵隨著氣流通過濾芯時，被濾芯阻擋吸附積存，排風(fēng)口隨后排出過濾后較為干凈達(dá)標(biāo)的空氣。脈沖電磁閥間歇工作，將濾芯上的積塵吹落，積塵落入落塵袋，進(jìn)入落塵袋的粉塵較多時，粉塵會因自重較大打開落塵袋口排出。

2）集塵器主要技術(shù)參數(shù)：該裝置為氣旋式，高3.53 m，直徑1.37 m，入口直徑0.3 m；9 個“無可視排放物”褶皺紙質(zhì)濾芯，氣動沖洗，安裝在集塵器側(cè)調(diào)平千斤頂?shù)捻敳?；容量?.3 m3；液壓葉輪馬達(dá)風(fēng)扇，固定排量2.44×10－5m3/r，運轉(zhuǎn)壓力2.11×106kg/m2；集塵器吸塵管和過濾器之間內(nèi)置擋板；防塵罩矩形，帶有各自分高的隔塵簾，前側(cè)隔塵簾可通過液壓驅(qū)動方式收縮。

3.2 CDM 系列鉆機影響粉塵因素

鉆機的技術(shù)性能、鉆具的材質(zhì)結(jié)構(gòu)、巖石的物理機械性質(zhì)、穿孔技術(shù)參數(shù)、巖石的可鉆性、作業(yè)人員的操作經(jīng)驗及技術(shù)水平（風(fēng)量、進(jìn)給壓力、旋轉(zhuǎn)速度）等與鉆進(jìn)過程中產(chǎn)生的粉塵量有直接關(guān)系，大致可以分為4 個階段[4]：

1）當(dāng)進(jìn)給壓力小于臨界值時，鉆機鉆進(jìn)速度低，而比功耗卻很大。這個階段巖石破碎僅僅具有表面研磨的特性，產(chǎn)生的巖渣基本是粉塵。

2）當(dāng)進(jìn)給壓力大于臨界值時，鉆機鉆進(jìn)速度緩慢提升，比功耗顯著下降。這個階段巖石進(jìn)入破碎疲勞過渡期，顆粒狀巖渣增多，粉塵產(chǎn)生量開始減少。

3）當(dāng)巖石的抗壓強度小于進(jìn)給壓力迫使鉆頭施加在巖石上的壓力時，鉆頭開始破碎巖石，切割厚度和鉆進(jìn)速度跟進(jìn)給壓力呈線性關(guān)系上升。這個階段顆粒狀巖渣持續(xù)增多，粉塵持續(xù)減少，該階段粉塵產(chǎn)生量最少，稱之為鉆銷破巖階段。

4）當(dāng)進(jìn)給壓力大于某極限值時，鉆進(jìn)速度達(dá)到最大值，不增反降，比功耗開始增加。這個階段鉆頭磨損加快，粉塵增加，顆粒狀巖渣減少，這個階段稱為阻塞階段。

2.3 CDM 系列鉆機干式除塵應(yīng)用優(yōu)缺點

CDM 系列鉆機“無可視塵?！背龎m系統(tǒng)是一種有相當(dāng)用途的除塵裝置，同時具備干式除塵和濕式除塵的優(yōu)點，尤其在高寒、缺水地區(qū)的鉆孔作業(yè)是非常適用的[5]。優(yōu)點具體為：①凈化效率高、動作穩(wěn)定，同時起到除塵和凈化氣體的作用，在一定程度上減少了粉塵的“二次”污染;②捕塵罩結(jié)構(gòu)比較簡單，除塵效率高，粉塵沉降效果好，能滿足嚴(yán)格的環(huán)保要求;③比一般的干式除塵器除塵效率高、除塵效果明顯，不僅對粒徑大的粉塵有良好的沉降作用，而且對微細(xì)粒徑的粉塵有較強的阻擋捕獲吸附能力，可捕集小至0.1 μm 的細(xì)小粉塵顆粒;④不使用水作為介質(zhì)來除塵降塵，在減少耗水量的同時可使鉆孔內(nèi)壁和孔底保持干燥，會保持鉆具的原有設(shè)計使用壽命;⑤該除塵系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)造比較簡單，對管道堵塞現(xiàn)象有明顯的監(jiān)控指示，隔離集成器系統(tǒng)故障可以通過壓力表的指示位置來判斷。所以通過在集成器外殼上部和下部的真空部位接頭上進(jìn)行單獨測量，根據(jù)測量出的數(shù)值來驗證是否正常，以方便通過目錄來查詢故障代碼、排出故障。

該干式除塵方式也有缺點，安家?guī)X礦CDM75E 鉆機陸續(xù)運行以來，干式除塵一直不好，遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足現(xiàn)行環(huán)保要求，甚至影響現(xiàn)場的作業(yè)安全和生產(chǎn)效率。捕塵罩下部集塵空間狹??；捕塵罩懸掛連接部位立軸強度不夠，經(jīng)常斷裂；空壓機排量大，降低濾芯使用壽命，馬達(dá)故障率高，除塵裝置故障頻繁；隔塵罩和擋塵簾為易損品；擋塵簾升降油缸易損壞。上述情況導(dǎo)致大量粉塵溢出，粉塵倒流，回填鉆孔，減小鉆孔深度，甚至夾桿，嚴(yán)重影響鉆機作業(yè)效率[6]。當(dāng)鉆孔穿到含水層時，開啟除塵裝置不僅起不到除塵效果，而且容易使含水粉塵黏結(jié)、堵塞除塵濾芯、除塵管、鉆頭等部件，縮短鉆具的使用壽命。該除塵裝置為側(cè)懸掛式圓筒結(jié)構(gòu)，頻繁更換除塵濾芯，操作不方便，需要進(jìn)一步進(jìn)行改進(jìn)。

3 除塵系統(tǒng)改造方案

1）更換擋塵簾材質(zhì)及結(jié)構(gòu)。安家?guī)X露天礦原鉆機擋塵簾為硬質(zhì)膠皮材質(zhì)，為了提高擋塵簾的使用壽命和增強其擋塵效果，將原硬質(zhì)膠皮材質(zhì)設(shè)計成軟硬簾相結(jié)合的材質(zhì)，即上方采用硬質(zhì)膠皮擋塵簾，下方采用軟質(zhì)帆布擋塵簾。在軟質(zhì)擋塵簾中部增加一圈鋼筋骨架，防止擋塵簾內(nèi)部產(chǎn)生的負(fù)壓吸癟擋塵簾。軟擋塵簾下部安裝比較重的沉鐵，目的是使擋塵簾下垂，封擋接觸面，保證軟擋塵簾的接地密封性[7]。

2）加大擋塵簾內(nèi)部區(qū)域的空間。在現(xiàn)有鉆機擋塵簾的基礎(chǔ)上，以鉆機作業(yè)平臺下方區(qū)域為參考，盡可能做全方位擴(kuò)大延伸，增大擋塵簾內(nèi)部空間，讓鉆孔所產(chǎn)生的粉塵能夠在較大的空間內(nèi)進(jìn)行最大量沉降，從而緩解集成器對粉塵的吸入量及降低粉塵從擋塵簾四周縫隙的溢出量。

3）更換隔層罩材質(zhì)。隔塵罩主要由于鉆桿在鉆進(jìn)過程中，鉆桿、穩(wěn)桿器提升在隔層罩位置時受到不同方向的磨損破壞，降低了使用壽命。根據(jù)現(xiàn)場使用和維修情況，選用牛筋材質(zhì)隔層罩，牛筋材質(zhì)隔層罩比我們?nèi)粘Ｊ褂玫哪z質(zhì)隔層罩韌性好，不易發(fā)生脆性斷裂，使用壽命長久。

4）加裝物理過濾器。該干式除塵裝置原先采用二級干式過濾除塵，在此基礎(chǔ)上加裝1 套粉塵沉降裝置，即在較大粒徑粉塵通過除塵濾芯過濾前加裝1套物理沉降裝置。這樣可以使空氣中的較大粒徑粉塵在通過除塵濾芯前發(fā)生二次沉降，而除塵濾芯只針對粒徑細(xì)小的粉塵進(jìn)行過濾，從而提高了濾芯的使用壽命，降低了維修成本，節(jié)約了維修時間[8]。

5）用除塵布袋替換除塵濾芯。參考國內(nèi)其他露天礦山使用情況，布袋除塵裝置廣泛應(yīng)用于消除粉塵污染、改善環(huán)境等，對粉塵的過濾精度、過濾強度、維修保養(yǎng)更加方便快捷。為了增加集成器對粉塵的儲存容量，可以通過增加布袋子數(shù)量來完成。CDM75E 系列鉆機干式除塵濾芯裝置改造為布袋子，除塵效果高達(dá)99%，適應(yīng)的粉塵粒經(jīng)為1～1 000 μm，具有結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)操作方便、使用靈活、運行比較穩(wěn)定、初期投資較少、管理方便等特點。目前，布袋除塵已經(jīng)成為干式除塵中應(yīng)用最廣泛的一種除塵裝置[9]。

4 結(jié)語

從CDM75E 系列牙輪鉆機在平朔安家?guī)X露天礦的現(xiàn)場使用效果來看，在“無可視塵?！备墒匠龎m裝置的基礎(chǔ)上進(jìn)行的一系列改造，改造后各項技術(shù)性能穩(wěn)定，大幅提升除塵效率，提高了作業(yè)場所的空氣質(zhì)量，滿足環(huán)保要求的最低粉塵排放濃度，對企業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展具有重要意義。改造后的干式除塵裝置適用于多種牙輪鉆機使用，尤其適合在干燥寒冷、缺水的北方地區(qū)使用。