煤层干式打钻孔口除尘装置设计
干式打孔除尘装置的研制与应用
干式打孔除尘装置的研制与应用【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。
煤层钻孔孔口除尘装置设计
尘： 微 尘 是 直 径 更 小 的一 种 颗 粒 ， 一般 肉眼是看不 到 的， 其 危 害
也是很大 的。（ ４ ） 超微 尘 ： 这种粉尘基本 上是看不 到的 ， 只能靠 显
微镜看到 ， 能 够 一 直存 在 空 气 中 。
１ ． ２ 矿 尘 的危 害
定 压 力 的 空气 作 为 孔 的 介 质 。 这 种 方 式 对 孔 壁 的 冲 击 力小 ， 也 不 容易 破 坏 孔 壁 ， 能够高效地成孑 Ｌ ． 这 种 方 式 既 克 服 了湿 式 的缺
疏松 ， 长 时问就会垮塌 ． 特 别 是 一 些 松 软 的煤 层 ． 常 常 会 有 各 种 各 样 的事 故 。 因 此 从这 点也 可 以看 出湿 式 影 响 瓦 斯 的抽 放效 率 。
与 湿式 相 对 的就 是 干 式 了 ， 干 式 主 要 是 利 用 风 力 进 行 除尘 ， 利 用
矿尘的危害极大 ， 其主要 危害是污染 ， 危害人 体的健康 。矿
垢 堵塞后 ， 运行效果逐步恶化 ． 造 成 冷 却 能 力 不 足 。设 计 入 口温
度８ ５ ． １ ６ ℃、 出 口温度 ８ ０ ． ６ ￣ Ｃ ， 实 际 出 口 温度 达 ８ ３ 以上 ， 影 响 后
式冷却器 ， 节省初期投入 ３ ０ ％以上 。２ ０ １ ０年 １ ０月 气 分 装 置 开 车 运行至 ２ ０ １ １ 年 ７月 问 ， 该 设 备 运 行 平 稳 。经 次 检测 ， 存 实 际 生 产负荷达到额定负荷的 １ ３ ０ ％的 情 况 下 ， 不 仅 满 足 了 生 产 工 艺 的 要 求 ．而 且 在 ３ ８ ￣ Ｃ 高 温 下仍 能保 证 设 备 冷 却 口温 度 在 ４ ０ ℃ 以 下 。此 外 ， 设备耗水量仅达到最大值的 ８ ０ ％左 右 ， 且仍有 ２ ０ ％的
钻孔孔口除尘装置的创新设计
科技风2017年10月上科技创新DOI ：10.19392/j . cnki . 1671-7341.201719002钴孔孔口除尘装置的创新设计陈岩淮南矿业集团潘一矿通防一科安徽淮南232000摘要：该除尘装置通过在钻孔排渣时，对孔口进行封闭式处理，使排出的钻屑实现由干式排渣到湿式排渣的转变，最终使钻 孔排渣、除尘达到零粉尘效果。
关键词：钻孔除尘装置；孔口除尘；除尘效率100@ #孔口套管；孔口捕尘罩―、问题的提出淮南矿业集团潘北矿11215工作面下顺槽施工的钻孔为 顺层上向钻孔，钻孔设计倾角30°，钻机在11215下顺槽顺着煤 层倾角向上施工钻孔，钻杆在煤体里施工钻进，采用水排渣会 造成抱钻或导致掉钻、丢钻事故。
在钻孔施工过程中，通常都 采用压风排渣，造成“煤尘”扬起，污染巷道环境，形成一个“煤 钻孔”毁了一条巷道环境的现象，对11215下顺槽巷道空间造 成较为严重的煤尘污染。
为抑制煤尘，优化作业环境，保障职 工身体健康，现设计“钻孔除尘套管”。
二、 11215下顺槽顺层钻孔除尘方式钻孔除尘方式:11215下顺槽顺层钻孔的除尘方式随使用 工具与使用时间先后逐渐发展经历三种方式:①孔口喷雾除 尘;②KCS -23DK 除尘器除尘;③孔口套管除尘。
(一） 孔口喷雾除尘（压风排渣，孔口喷雾降尘、除尘）孔口布置多喷头湿式喷雾头，水力除尘。
特点:造价低、安设简单、较为传统，钻孔孔口采用湿式喷雾技术，将喷出的煤 渣、煤粉尽量雾化，以达到降尘目的。
除尘效果:钻孔内冲出的 压风方向将喷雾吹散且将喷雾吹向钻机方向，不能够达到充分 降尘的效果。
(二） KCS -23QK 除尘器除尘特点:属于专业设备，价格高、使用成本高。
除尘效果:钻 孔内冲出的压风将喷雾吹散且将喷雾吹向钻机方向，除尘效率 可达50@，未能达到充分降尘的效果。
(三） 钻孔孔口除尘装置（详细部分见下节）三、 钻孔孔口除尘装置图1孔口套管将钻孔孔口除尘装置延放至孔口内部1.0米深度，改变此 类钻孔压风排渣传统，实现水力排渣，提高钻孔灭尘效果，除尘率 90@。
煤巷干式打钻钻场负压除尘系统的设计及应用
ｄｏ ｉ ：１ ０．１ １ ７９ ９ ／ｃ ｅ ２ ０１ ４ Ｏ ３
Ｖｏ １ ． ４６， Ｎｏ ． ３ Ｎｏ ． ３， ２ ０１ ４
Ｃ ０ＡＬ Ｅ ＮＧＩ ＮＥ ＥＲ Ｉ ＮＧ
煤 巷 干 式打 钻 钻 场 负 压 除 尘系 统 的设 计及 应 用
关键 词 ：煤巷 干 式打钻 ；防尘装 置 ； 负压 除 尘 系统 ；喷 雾除 尘 中图分 类号 ：Ｔ Ｄ ７ １ ４ ． ４ 文 献标 识码 ：Ｂ 文章 编号 ：１ ６ ７ １ — ０ ９ ５ ９ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ３ － ０ ０ ５ ５ － ０ ３
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎ ｄ Ａｐ ｐｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｎｅ ｇ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ Ｐｒ ｅ ｓ ｓ ｕｒ ｅ Ｄｕｓ ｔ Ｃｏ ｌ ｌ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ｔ ｏ Ｄｒ ｙ Ｂｏ ｒ ｅ ｈｏ ｌ ｅ Ｄｒ ｉ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ Ｓｉ ｔ ｅ ｉ ｎ Ｓ ｅ ａ ｍ Ｇａ ｔ ｅ ｗａ ｙ
打钻 的 负压 除 尘 系统 ，并 配合钻 机 专用 的孔 口捕 尘装置 ，有 效提 高 了降尘效 果 ，通过在 云盖 山煤 矿 一矿 的应 用结 果表 明 ：利 用 该种 系统 除 尘后 ，打 钻 过 程 中除 尘效 果达 到 ９ ５ ％ ，有 效 降低 了干
式 打钻 带来 的煤 尘危 害。
ＹＵ Ｇｕ ｏ—ｌ ｉ ｎ， Ｆ Ａ Ｎ Ｈｅ ｎ ｇ ， ＨＵＡＮＧ Ｘｉ ａ ｏ—ｙ ｕ ａ ｎ， Ｌ Ｉ Ｚｈ ｉ —ｌ ｉ
（ Ｎ ｏ ． １ Ｍｉ ｎ ｅ ，Ｙ ｕ ｎ ｇ ａ ｉ ｓ ｈ ａ ｎ Ｍ ｉ ｎ ｅ Ｙ ｏ ｎ ｇ ｊ ｉ ｎ Ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ Ｃ ｏ ｍ ｐ ａ ｎ ｙ Ｌ ｉ ｍｉ ｔ ｅ ｄ ，Ｙ ｕ ｚ ｈ ｏ ｕ ４ ６ １ ６ ７ ０，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
干式打钻除尘装置设计与
测试结果与分析
根据测试数据，分析干式打钻除 尘装置的除尘效率、风速和噪音
等性能指标。
将测试结果与预期目标进行对比 ，找出装置的优点和不足之处。
分析影响装置性能的因素，如粉 尘浓度、风速、使用时间等。
装置性能评估与优化建议
根据测试结果，对干式打钻除 尘装置的性能进行综合评估。
根据评估结果，提出针对性的 优化建议，如改进装置结构、 增加过滤面积、降低风阻等。
智能控制系统
配备智能控制系统，实现 设备的自动化控制和远程 监控。
03
干式打钻除尘装置控制系统设计
控制系统方案
基于PLC控制
采用可编程逻辑控制器（PLC ）作为主控制器，实现打钻设 备和除尘装置的自动化控制。
分布式控制
将控制系统分为多个子系统，实现 各部分功能的独立控制，提高系统 的可靠性和稳定性。
过滤器设计
过滤器采用高效过滤材料，对粉尘等颗粒物 进行拦截和吸附。
进风口设计
进风口采用宽口设计，增加空气进入的流量 ，提高除尘效率。
电机设计
电机采用高性能电机，确保装置的稳定运行 和持久耐用。
关键部件设计
高效过滤器
采用高性能过滤材料，提 高粉尘过滤效率，延长设 备使用寿命。
高性能电机
配备高性能电机，确保装 置的稳定运行，提高设备 耐用性。
济、高效的除尘效果。
对未来研究的建议
建议开展更多现场试验，以进一步验证干式打钻除尘装置在实际应用中 的效果和适应性。
针对不同粉尘类型和粒径，研究更加高效的过滤材料和除尘结构，提高 除尘效率。
探讨干式打钻除尘装置的能耗和成本问题，为未来优化设计和推广应用 提供参考。
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中部
下 部
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１ ６ ４
１ ７ ３
７ ８ ． ８
８ ８
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６ ５． ５
４ ２
４ ９ ． ８
均 值
３ ２
７ ５ ． ６
层， 煤层厚度为 １ ． ９ ２～１ １ ． ５ ０ ｍ， 全 区可采 。在现场钻孔的过程 中发 现 ， 孔 口处粉尘严重 ， 操作人员甚至无法睁 开眼睛工作 ， 在
置了测尘传感 器 ， 并在 相 同条 件下 对粉 尘浓 度进行 了三 次测
量， 测量结果如表 １ 所示 。
表 １ 粉 尘 浓 度 测定 结果
技 术 与市 场
２ ０ ｌ ４ 年第２ １ 卷 式 打 钻 孑 Ｌ 口除 尘装 置 设 计
闩志强
（ 山 西汾 西矿 业 集 团 贺 西煤矿 ， 山西 柳 林
摘
０ ３ ３ ３ ０ ０ ）
要： 以煤层干 式打钻孔 口除 尘装置为研 究对象 ， 利 用粉 尘测量仪对煤矿 巷道钻孔 时的粉 尘浓度进行测 量， 对 测量结
距 离 上 部 一４ ｍ ３ ２ ０ ｍ ， ３ ｍ ３ ４ ３ ５ ｍ ４ ６ ３ ９ ｍ ３ ７ ６ １ ４ ｒ ｎ １ ２ ６ ． ５ ２ ０ ｍ ９ ８ ２ ６ ｍ ７ １ ３ ２ ｍ ４ ９ ． ７
１ 现 场 基 本 情 况 汾西 矿业 集 团某 煤 矿 的 ５ １ ２ ２ ５风 巷 ， 待钻孔煤层 为 Ｃ １ ４煤
本文利用粉尘测 量仪对 矿井现 场 ， Ｊ Ｑ Ｋ １ １ ２型钻机 在工作
状 态 下 的粉 尘 浓 度 进 行 了 测 量 ， 分 别 在 巷 道 上 中下 三 个 位 置 布
现在距离巷道底板 １ ． ５ ｍ～１ ． ７ ｍ 处 。在 竖 直 方 向 上 粉 尘 浓 度
范围在 ４ ０目到 ８ ０目的颗粒 占样本 的质量百分 比约为 １ ６ ． ３ ％， 颗粒直径范 围在 １ ０ ０目的颗粒 占样 本 的质 量百 分 比约 为 １ ．
５ ％， 可 以看 出在 样 本 中 ， ２ ０至 ４ ０ 目的颗 粒 所 占百 分 比最 大 ， 接
置 中最 重要 的部 分 。
粉尘 的 主要 物 理 性 质 包 括 粒 度 以 及 湿 润 性 等 。本 文 对 朱
庄矿巷道粉尘 的样本进行采集 ， 并利用筛选法 对粉尘颗粒 的大
． １ 风 力 除 尘 装 置 小进行 了筛选 ， 将粉尘粒度分 为几个 级别 ， 并利 用称重 法 以质 ３
近６ ０ ％。粉尘颗粒 直径 由 １目至 １ ０ ０目依次 变大 ， 可 以得 到 ６ ０ ％ 的粉尘颗粒相对较小 ， 属 于细微 颗粒 ， 所以对 于除尘装 置 来说 主要任务是细小颗粒 的处理。 粉尘 的湿润性是粉尘颗粒的重要物理化 学性 质 ， 它 的湿润 性 大小 直接影 响巷道 内喷雾除尘的效果 ， 一般 的喷雾 除尘 除了 直接的水雾化处理之外 ， 可以在 喷雾水 中增加一些活性化 学试
０ 引言
距 离钻孔处 ５ ｍ处有 喷水除尘装 置 ， 但 是在操 作 中， 对粉尘 的 实际控制情况很差 ， 而且在巷道 中再无其他除尘措施 。在风力 作用下整个巷道充满 了粉尘颗粒 ， 严重影响工作人员 的工作效 率及健康 。
２ 钻 孔 面 煤 尘 浓 度 情 况 以及 煤 尘 性 质 的研 究
２ ． １ 钻 孔 煤 尘 浓度
干式 打钻在是一种 非常普 遍 的钻 孔形式 ， 钻 孔时 ， 孔 口及 钻头处 的粉尘 由风力排 除， 从事干式 打钻 的工 作人员 由于长 期
吸人钻粉所导致尘肺病 的例子屡见不鲜 ， 严 重侵害 了操作人 员
的身体健康 。本文 以汾 西矿业集 团下 属煤矿 的具体 钻孔条 件 为研 究背景 ， 对干式打钻孔 口除尘装置进行 了设计 。
度 ＜１ ． ５ ｍ的 位 置 ， 粉尘 浓度相对 较大 ， 粉尘 颗粒 随风流 运动 ，
颗粒直接存在相互 的附着作用 ， 在进行一 系列 不规则 的运动 之 后 开 始沉 降 。
２ ． ２ 钻 孔 煤 尘 浓 度
根据前 面介绍 的朱庄矿巷道钻孔粉尘的具体情况 ， 本 文确
定孔 口除尘装置 由 自由沉降装置 、 风力除尘装置 以及 喷雾 除尘 装 置这 三大部分组成 ， 其中风力除尘及喷雾除尘是整个 除尘装
剂 提 高 除尘 效 果 。 ３ 孔 口除 尘 装 置 的 设 计
抛物线式 的分布 ， 底板 １ ． ５ ｍ处粉尘浓度 最大 ， 在高度 ＞１ ． ５ ｍ
的位 置 ， 粉尘浓度区域稳定 ， 但是 这个 高度 中呼吸性粉 尘 的浓
度相对较 大， 此处的粉尘颗粒 较小 ， 受 到风力 的作用影 响较 为 明显 ， 所 以 难 以沉 降 ， 对 人 体 的 呼 吸感 受 影 响较 大。在 高
３ ３ ７ ． ３
４ ６ ５ ． ５
３ ５ ８
１ ５ ４ ． ５
８ ８ ． ３
６ ７ ． １
４ ７ ． ２
根据表 １的结果可 以看到 ， 粉尘浓度在钻孔 下风 ５ ｍ处 出 现峰值 ， 为４ ６ ５ ． ５ ｍ ｇ ／ ｍ ， 随着距离 的增加 ， 上风侧 和下风侧 的 粉尘浓度逐渐减小 ， 在距离 钻孔处 ２ ０ ｍ的位 置粉尘浓 度逐 步 趋 于稳定 。在实际 的测量过程 中发现 ， 粉尘浓 度最大 的区域 出
果进行 了分析 ， 根据粉 尘颗粒物理性质的差别 ， 对其进行 了分类 ， 针对分类 结果 ， 对 干式打钻孔 口的除 尘装置进行 了结构
设计。
关键词 ： 除尘； 粉尘浓度 ； 分类 ； 除 尘装 置 ； 结 构 设计
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ６—８ ５ ５ ４ ． ２ ０ １ ４ ． ０ ２ ． ０ ０ ９