摘要：转子式混凝土喷射机以其用于干喷（潮喷）时输送距离远、结构简单、体积小、维护方便等优点，在煤矿巷道的开拓支护中得到推广应用。其存在的主要缺陷是作业现场粉尘大，易造成吸入性尘肺病，严重影响作业人员身心健康，还存在回弹大、喷射面强度不高等问题。混凝土湿喷基本没有粉尘排放，且喷射回弹小、喷射面强度高，在混凝土喷射作业中所占比例越来越大。但针对普通煤矿的湿喷关键技术尚未取得突破，在比较狭小的煤矿巷道内作业还是比较困难。因此，本文对混凝土潮喷工艺及其设备进行研究改进（新的《煤矿安全规程》并没有淘汰潮喷工艺），重点是减小粉尘排放和降低材料回弹。
关键词：煤矿；混凝土喷射；除尘；设计
引言
文章以转子式混凝土喷射机产生粉尘的原因为切入点，提出了降低粉尘的设计思路，并结合混凝土喷射机具体进行了除尘各部分结构的设计，选择了适合煤矿井下的除尘方式，给出了除尘装置工作原理和有关参数的计算依据。
1.转子式混凝土喷射机作业时粉尘排放原因分析
转子式混凝土喷射机结构如图1所示，因其结构原因，在潮喷作业时，主要由以下几部分向外排放粉尘：①上、下溢气口上、下溢气口的作用是释放前一个循环料腔中残存的高压气体，利于在下一个循环中喷浆料充满料腔，提高喷浆效率。料腔中残存的高压气体释放越彻底，喷浆效率越高。残存的高压气体中混合有大量的水泥粉尘，向外排放过程中，形成大的扬尘；②摩擦板圆周转子摩擦板磨损后其圆周会漏出许多喷浆原料。摩擦板和旋转衬板是一对滑动摩檫副，使用一段时间后，形成许多沿旋转方向的凹槽；或者喷浆原料的细微颗粒进入摩擦板和旋转衬板之间，造成密封性能下降，导致喷浆料的水泥粉尘沿摩擦板圆周向外排放，形成扬尘；③料斗反风摩擦板磨损后，会形成同心圆状的凹槽，导致料腔内的残余高压气体沿这些凹槽进入料斗座下料口，冲击料斗内的喷浆原料，形成扬尘；④喷头处按目前喷头的加水结构，水与水泥、砂石料混合不充分，水泥不能完全湿化，从喷嘴喷射出来后产生大量粉尘。
图1 转子式混凝土喷射机结构图
1. 料斗2.料斗座3.上摩擦板4.旋转衬板5.转子体6.料腔7.下摩擦板8.面板9.减速箱盖Ⅰ.下溢气口Ⅱ.摩擦板圆周Ⅲ.上溢气口Ⅳ.料斗反风
另外，喷射粉尘颗粒受二次风流的影响；高速喷射气流带动周围的空气运动所产生的剪切作用；高速射流内部团粒间的相互作用以及喷浆料与受喷面的碰撞等更加剧了喷射现场粉尘的污染。
2.转子式混凝土喷射机辅助降尘结构设计
2.1除尘方案总体思路
如前所述，转子式混凝土喷射机主要由四部分向外排放粉尘，根据这四部分排放粉尘的特点和位置，采用不同的措施降低粉尘。（1）针对上、下溢气口和摩擦板圆周漏气粉尘上、下溢气口和摩擦板圆周位于转子总成的上下和外周，可以整合进一个有机的封闭空间，封闭空间设置出口，通过抽吸管道与外部设置的负压除尘装置相连，形成对封闭空间的抽吸作用。溢气和漏气粉尘沿抽吸管道进入负压除尘装置，经除尘处理后向外排放干净空气；（2）料斗反风扬尘位于料斗上方，无法进行全封闭。但半封闭需要负压抽吸量大，势必要求除尘器加大功率，增大体积；且料斗半封闭严重影响人工上料操作。因此采用喷雾方式降尘；（3）喷头处粉尘主要是喷浆料和水混合时间短，混合不充分。因此对喷头处加水结构进行改进，使喷浆料和水能够均匀混合[1]。
2.2确定除尘方式
现有的除尘方式主要有干、湿2种。干式除尘包括重力沉降除尘、惯性除尘、静电除尘、过滤装置、旋风除尘等；湿式除尘包括喷淋塔、冲击式除尘、文丘里洗涤剂除尘、泡沫除尘和水膜除尘等。考虑到煤矿井下的特殊环境，湿式除尘易造成环境污染、不易清理，基本排除。考虑到防爆要求，排除静电除尘。在干式除尘中，重力沉降除尘、惯性除尘、旋风除尘均要求较大的除尘空间，易造成设备体积庞大，因此确定采用过滤除尘。过滤除尘根据过滤介质的不同又分为布袋除尘、滤筒除尘、塑烧板除尘等，其中布袋除尘器结构简单、性能稳定、清理方便，符合煤矿井下使用要求。
2.3具体结构设计
（1）料斗反风。主要出现在摩擦板和旋转衬板磨损较严重的情况下，位置在月牙形的下料口上方[2]，适宜采用喷雾降尘。喷雾降尘结构中最重要的是喷嘴的选择。影响喷嘴选用的因素有流量、压力、喷雾角度、覆盖范围、材质等。料斗反风粉尘的出现是阵发性的，具有一定的冲击力，但范围较小，宜选用小角度锥形喷嘴。作为降尘之用，喷雾粒径不能大于100μm，喷雾粒径越小，降尘效果越好，但太小的喷雾粒径，除尘效果容易受巷道横风的影响。为了简化结构，喷嘴供水采用矿井下的静压水，水压一般较小，不利于形成小的喷雾粒径，宜采用小直径喷嘴。由于静压水含有杂质，如果喷嘴孔径过小，容易堵塞，在满足喷雾降尘需要的情况下，选用准1.0~1.5mm的喷嘴。实际使用证明，喷雾对抑制料斗反风扬尘有一定效果，但并不理想。对静压水较低的工况，喷雾粒径大，容易湿化料斗，形成黏结。要达到较好的喷雾降尘效果，需要在喷浆机上设置定压水泵，提高供水压力。（2）喷头处降尘。对喷头装置进行改进如图2所示，在喷头上设置与水管连通的水环腔，水环腔上设置位于不同端面并相互错开一定角度的进水小孔。喷射时，利用水环腔进水小孔将水均匀地喷射进喷浆料流，使水与喷浆料成圆柱面接触，保证水与喷浆料的充分混合，使其所含的未经水分湿润的干水泥颗粒大大降低，以达到减小喷射粉尘的目的[3]。
图2 改进后的喷头装置
1.进水口2.阀门3.进水小孔4.喷头5.喷头座6.水环套
结论
简而言之，经过改进设计的具有除尘功能的混凝土喷射机及喷头，因不改变喷浆作业人员原有的作业习惯，容易上手，利于在煤矿推广应用。在煤矿井下使用证明，现场粉尘浓度可以达到《煤矿安全规程》的要求。不但适用于井下，也适用于空间狭小、湿喷难于实现的建筑工程领域。
参考文献
[1]赵文彬，谭允祯，韩广存，等.锚喷粉尘受力及产尘机理分析[J].工业安全与环保，2017（9）：21-24.
[2]王庆东，杨景旺，李竹梅.混凝土喷射机自动除尘系统的设计[J].矿山机械，2018,38（21）：25-27.
[3]程卫民，周刚，左前明，等.喷嘴喷雾压力与雾化粒度关系的实验研究[J].煤炭学报，2018,35（8）：1308-1313.
论文作者:霍磊
论文发表刊物:《基层建设》2019年第24期
论文发表时间:2019/12/9
标签：粉尘论文; 喷射机论文; 料斗论文; 混凝土论文; 喷头论文; 转子论文; 喷嘴论文; 《基层建设》2019年第24期论文;