CN111167225A - 煤矿井下***作业空间瞬时烟尘快速消除装置及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种煤矿井下***作业空间瞬时烟尘快速消除装置及使用方法，该装置包括井下压风管路、负压引射装置、多级负压吸尘装置和高压喷湿装置，首先高压气体进入负压引射装置，负压引射腔内形成高负压环境；负压动力经多级负压吸尘装置卷吸烟尘，并实施分离；除尘后的烟气与高压气体混合进入高压喷湿装置内，有毒有害的烟气被有机活性剂吸收，洁净气体与有机活性剂结合成的湿气喷向井下***作业空间，实施进一步除尘。本发明中的装置体积小、移动便捷、操作简单，能够实现工业化生产，现场实用性强；本发明具有负压吸收粉尘、有机活性剂溶解烟气和高压增湿降尘的多级联动消除烟尘功能，效率高、效果好，实现低成本、快速度的有效治理。
Description
技术领域
本发明属于烟尘处理技术领域，具体涉及一种煤矿井下***作业空间瞬时烟尘快速消除装置及使用方法。
背景技术
煤矿井下采掘工作不可避免需要使用***或其他***材料，在实施***时瞬间会伴生大量浓厚的有毒有害烟尘，如：一氧化碳、二氧化氮、三氧化二氮、二氧化硫、硫化氢、氨以及呼吸性粉尘，其浓度远远大于机械作业工作面产生烟尘的浓度。高浓度的烟尘不仅会威胁矿井安全生产，还会诱发肺部、心血管和脑部等多种危害矿工身体健康的职业病。截止2018年底，我国累计报告职业病97.5万例，其中，职业性尘肺病87.3万例，约占报告职业病病例总数的90％，而煤矿工人尘肺病超过尘肺病总数的50％以上，煤矿井下烟尘职业危害防控形势非常严峻。
目前，煤矿井下采用分类治理烟尘的基本理念，没有形成综合治理技术，存在次生危害的可能性。其中，巷道烟气治理以通风消散为主，其利用井下新鲜风流将作业空间的烟气带入通风***，并沿着进、回风巷道向外界流动，最终排至地面大气。在通风气流传递过程中，有害气体经过多条通风巷道，在风流未将有毒有害气体浓度冲淡到《煤矿安全规程》规定的安全标准以下时，处于下风流工作人员定会逐级逐次呼吸有毒有害烟气，长此以往，势必危害矿工的身体健康，诱发心血管、脑部等诸多疾病。相对于井下烟气污染，煤尘危害程度更大，***作业瞬间，浓厚的煤尘弥漫于有限空间内，小于5μm的呼吸性粉尘浓度高达300mg/m3以上，超标100多倍，另外具有***倾向性的煤尘在一定受限空间内还会引起煤尘***。***作业后，喷雾和捕捉是两种主要降尘手段，喷雾降尘利用高压水泵将液体雾化，雾化气体抱住粉尘依靠液体重力实施沉降，当一段时间粉尘表面水分蒸发后，粉尘可能会二次起尘，该方法涉及井下用电、机器设备防爆等复杂危险环节，工艺复杂；捕捉粉尘是利用瓦斯负压抽采***或小型可移动的电动抽采泵装备强制吸收漂浮粉尘，在井下应用过程中，粉尘进入负压抽采***不仅会增加管路负压损耗，影响瓦斯抽采效率，还会危害抽采管路***的性能；小型可移动的电动抽采泵同样需要井下供电，操作复杂、安全性低。
因此，需要提供一种针对上述现有技术中不足的改进技术方案。
发明内容
本发明的目的是提供一种煤矿井下***作业空间瞬时烟尘快速消除装置及使用方法，用以克服上述现有技术中利用通风***治理有毒有害烟气造成的下风流空气污染及工作人员重复呼吸烟气的次生危害，以及利用高压水泵喷雾降尘和负压***捕捉粉尘等技术存在二次起尘、机电设备操作复杂及用电危险等问题。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种煤矿井下***作业空间瞬时烟尘快速消除装置，包括井下压风管路，还包括：
负压引射装置，所述负压引射装置包括负压引射腔，所述负压引射腔的一侧连通设置有进气单元，另一侧连通设置有出气单元；所述负压引射腔的底部开设有负压吸气口，所述负压吸气口与负压引射腔连通；所述进气单元与所述井下压风管路连通；所述井下压风管路通过所述进气单元向负压引射腔输出高压气体；
多级负压吸尘装置，所述多级负压吸尘装置的一侧设置有多级吸尘装置接口，所述多级吸尘装置接口与所述负压吸气口连通；所述多级负压吸尘装置的另一侧设置有负压捕捉单元，所述负压捕捉单元用于将有毒有害的烟尘卷吸进入多级负压吸尘装置内；所述多级负压吸尘装置内间隔设置有多个粉尘过滤芯，所述粉尘过滤芯用于拦截粉尘；
高压喷湿装置，所述高压喷湿装置的侧壁设置有注液口和混合高压烟气接口，所述混合高压烟气接口通过所述出气单元与所述负压引射腔连通；所述高压喷湿装置内设置有有机活性剂，所述有机活性剂为液体，用于吸收有毒有害的烟气；所述高压喷湿装置的顶部均匀开设有若干个气流喷湿口，所述气流喷湿口用于将湿气喷向井下***作业空间。
在如上所述的煤矿井下***作业空间瞬时烟尘快速消除装置，作为优选方案，所述进气单元通过第一胶管与所述井下压风管路连通；所述多级吸尘装置接口通过第二胶管与所述负压吸气口连通；所述混合高压烟气接口通过第三胶管与所述出气单元连通；
优选地，所述第一胶管、第二胶管与第三胶管均为高压柔性胶管。
在如上所述的煤矿井下***作业空间瞬时烟尘快速消除装置，作为优选方案，所述第一胶管上设置有风压调节阀门和压力表，所述风压调节阀门通过所述压力表的示数来调控负压引射腔内的高压气体的压力；
优选地，所述高压气体的压力为0.3～0.8MPa。
在如上所述的煤矿井下***作业空间瞬时烟尘快速消除装置，作为优选方案，所述进气单元的一端设置有引射腔进气接口，所述引射腔进气接口位于所述负压引射腔的外部，所述引射腔进气接口与所述第一胶管连接；所述进气单元的另一端设置有引射腔入口，所述引射腔入口位于所述负压引射腔的内部；所述引射腔入口与所述引射腔进气接口之间贯穿设置有进气孔；
优选地，所述引射腔入口的截面积小于所述引射腔进气接口的截面积。
在如上所述的煤矿井下***作业空间瞬时烟尘快速消除装置，作为优选方案，所述出气单元的一端设置有引射腔出气接口，所述引射腔出气接口位于所述负压引射腔的外部，所述引射腔出气接口与所述第三胶管连接；所述出气单元的另一端设置有引射腔出口，所述引射腔出口位于所述负压引射腔的内部；所述引射腔出口与所述引射腔出气接口之间贯穿设置有出气孔；
优选地，所述引射腔出气接口的截面积大于所述引射腔出口的截面积；所述引射腔出口的截面积大于所述引射腔入口的截面积。
在如上所述的煤矿井下***作业空间瞬时烟尘快速消除装置，作为优选方案，所述多级负压吸尘装置的内部设置有卡槽，所述粉尘过滤芯通过所述卡槽固定于多级负压吸尘装置的内部，用于吸收粉尘；沿所述多级吸尘装置接口至所述负压捕捉单元方向，所述粉尘过滤芯的滤孔直径依次增大；
优选地，所述粉尘过滤芯设置有三道，沿所述多级吸尘装置接口至所述负压捕捉单元方向分别为一级粉尘过滤芯、二级粉尘过滤芯和三级粉尘过滤芯；
更优选地，所述一级粉尘过滤芯的滤孔直径为1μm；所述二级粉尘过滤芯的滤孔直径为5μm；所述三级粉尘过滤芯的滤孔直径为10μm。
在如上所述的煤矿井下***作业空间瞬时烟尘快速消除装置，作为优选方案，所述负压捕捉单元呈喇叭状，所述负压捕捉单元的内部开设有负压捕捉腔口，所述负压捕捉腔口与所述多级负压吸尘装置连通，用于卷吸有毒有害的烟尘。
在如上所述的煤矿井下***作业空间瞬时烟尘快速消除装置，作为优选方案，所述高压喷湿装置的内部还设置有气液分离导流管，所述气液分离导流管与所述混合高压烟气接口连通，所述负压引射腔内的混合气体经所述气液分离导流管进入高压喷湿装置内；
优选地，所述气液分离导流管包括进气总管、水平气流通道和纵向气流通道，所述水平气流通道设置有两个，两个所述水平气流通道呈十字形交叉连通；所述进气总管的一端与所述混合高压烟气接口连通，所述进气总管的另一端与两个所述水平气流通道的交叉点连通；所述纵向气流通道竖直设置，所述纵向气流通道设置有四个，四个所述纵向气流通道的上端开口分别与水平气流通道的端口对应连通，四个所述纵向气流通道呈爪型布置；
更优选地，所述纵向气流通道的下端开口与所述高压喷湿装置底部的距离为5～10cm；所述气液分离导流管的上端面与所述气流喷湿口的距离为10～20cm。
在如上所述的煤矿井下***作业空间瞬时烟尘快速消除装置，作为优选方案，所述气液分离导流管上端面与所述气流喷湿口之间的空间为储集腔，所述储集腔用于积聚洁净湿气；所述储集腔内积聚的气体压力大于气流喷湿口的耐压上限时，气流喷湿口自动打开。
一种如上任一所述的煤矿井下***作业空间瞬时烟尘快速消除装置的使用方法，包括以下步骤：
步骤一，根据井下***作业空间的烟尘浓度，通过风压调节阀门调控所述高压气体的压力，在所述负压引射腔内形成高负压环境；
步骤二，所述负压引射腔内的高负压卷吸动力传递到所述多级负压吸尘装置和负压捕捉腔口，将有毒有害的烟尘卷吸入所述多级负压吸尘装置内，实施烟尘分离，烟尘中的粉尘被多个所述粉尘过滤芯依次拦截，除尘后的烟气进入所述负压引射腔内与高压气体混合形成混合气体；
步骤三，混合气体经气液分离导流管进入高压喷湿装置内，混合气体与有机活性剂充分混合，有毒有害的烟气被有机活性剂充分吸收，剩余的洁净湿气进入储集腔内；
步骤四，当储集腔内积聚的气体压力大于所述气流喷湿口的耐压上限时，气流喷湿口自动打开，储集腔内的气体与有机活性剂结合后形成的湿气经过所述气流喷湿口喷向井下***作业空间，湿气接触到空间漂浮的粉尘后包裹粉尘，实施进一步粉尘沉降。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下优异效果：
本发明中的煤矿井下***作业空间瞬时烟尘快速消除装置利用井下压风管路***向负压引射腔内输出高压气体，在负压引射装置的负压引射腔内形成高负压环境，从而联动多级负压吸尘装置和高压喷湿装置，多级负压吸尘装置主动拦截***作业产生的粉尘，实现烟和尘分离，高压喷湿装置主动吸收有害烟气，并向外喷放湿气，包裹粉尘，实行进一步沉降；整套装置及使用方法实现负压吸收粉尘、有机活性剂溶解烟气和高压增湿降尘的多级联动消除烟尘目标。
本发明中井下压风管路中的空气动力源充足，驱动多级负压吸尘装置和负压捕捉腔口对有毒有害烟尘的卷吸，整个驱动运行过程中没有机械摩擦，具有本质安全优势，且该整套装置的体积小、移动便捷、操作简单，消除了传统高压注水泵喷雾除尘和电动抽采泵吸收粉尘等电动装置存在用电风险、耗能高等缺点，该装置能够实现工业化生产，实用性强，可推广应用。
本发明中的煤矿井下***作业空间瞬时烟尘快速消除装置的使用方法，通过负压引射装置的负压引射功能达到快速卷吸浓厚烟尘的目的，利用多级负压吸尘装置和高压喷湿装置主动拦截粉尘、吸收烟气、喷放湿气，实现进烟尘分离、多级治理效果，该方法的效率高、效果好，达到了低成本、快速度治理目的。该方法有效克服了现有技术中利用通风***治理有毒有害烟气造成的下风流空气污染及工作人员重复呼吸烟气的危险现状，以及解决了井下机电设备除尘方法存在操作复杂、用电危险等问题。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：
图1为本发明实施例中煤矿井下***作业空间瞬时烟尘快速消除装置的结构示意图；
图2为本发明实施例中负压引射装置的外部结构示意图；
图3为本发明实施例中负压引射装置的剖面图；
图4为本发明实施例中多级负压吸尘装置的外部结构示意图；
图5为本发明实施例中高压喷湿装置的外部结构示意图；
图6为本发明实施例中气液分离导流管的结构示意图；
图7为本发明实施例中煤矿井下***作业空间瞬时烟尘快速消除装置的现场应用分布示意图。
图中：1、井下压风管路；2、风压调节阀门；201、压力表；3、高压气体；4、进气单元；401、引射腔进气接口；402、进气孔；403、引射腔入口；5、负压引射装置；6、出气单元；601、引射腔出口；602、出气孔；603、引射腔出气接口；7、负压引射腔；9、负压吸气口；10、多级吸尘装置接口；11、多级负压吸尘装置；12、一级粉尘过滤芯；13、二级粉尘过滤芯；14、三级粉尘过滤芯；15、负压捕捉单元；1501、负压捕捉腔口；16、混合高压烟气接口；17、气液分离导流管；1701、纵向气流通道；1702、水平气流通道；1703、进气总管；18、有机活性剂；19、气流喷湿口；20、高压喷湿装置；21、注液口；2201、第一胶管；2202、第二胶管；2203、第三胶管；23、储集腔；24、引射烟气；25、混合气体；26、井下***作业空间。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明利用井下必备的井下压风管路***构建负压引射装置、多级负压吸尘装置和高压喷湿装置，负压引射装置不仅可以在负压引射腔内形成负压环境，将负压动力传递至多级负压吸尘装置，实现粉尘主动拦截和烟尘分离，还能够将高压空气动力传至高压喷湿装置，利用有机活性剂主动吸收有害烟气，并向***空间喷放湿气，利用湿气包裹粉尘，实施进一步沉降，实现负压吸收粉尘、液体溶解烟气和高压增湿降尘的烟尘多级联动消除方法。
如图1所示，为本发明具体实施例中煤矿井下***作业空间瞬时烟尘快速消除装置的结构示意图，本发明实施例提供一种煤矿井下***作业空间瞬时烟尘快速消除装置，包括井下压风管路1，还包括负压引射装置5、多级负压吸尘装置11和高压喷湿装置20；图1和图3中箭头方向表示气体流向。如图2所示，为负压引射装置的外部结构示意图，由进气单元4、出气单元6、负压引射腔7和负压吸气口9构成。负压引射装置5包括负压引射腔7，负压引射腔7的一侧连通设置有进气单元4，另一侧连通设置有出气单元6，进气单元4、出气单元6均与负压引射腔7连通；负压引射腔7的底部开设有负压吸气口9，负压吸气口9与负压引射腔7连通；进气单元4通过第一胶管2201与井下压风管路1连通；井下压风管路1通过第一胶管2201向负压引射腔7输出高压气体3，高压气体3经过进气单元4进入负压引射腔7内。高压气体3以较高的速度从进气单元4进入负压引射腔7内，由于射流的紊动扩散作用，在负压引射腔7内形成高负压环境。
在本发明具体实施例中，进气单元4通过第一胶管2201与井下压风管路1连通；第一胶管2201为高压柔性胶管。其中，高压柔性胶管的内芯为尼龙，增强层为钢丝编织而成，外皮为聚氨酯，最大耐压值不低于5MPa，能够承受较高的气体压力。
在本发明具体实施例中，第一胶管2201上设置有风压调节阀门2和压力表201，风压调节阀门2通过压力表201的示数来调控负压引射腔7内的高压气体3的压力。在使用时，调节风压调节阀门2，直至压力表201的压力示数达到预设的压力值，该压力值即为负压引射腔7内的高压气体3的压力。
优选地，高压气体3的压力为0.3～0.8MPa(比如0.3MPa、0.4MPa、0.5MPa、0.6MPa、0.8MPa)。
负压引射原理为：假设负压引射腔7中气体流动是均匀的，根据引射方程，可实现负压引射腔7内的高负压环境，负压引射腔7内的动量守恒定理表达式如下：
通过上述公式可以用于优化引射装置引射腔入口403、负压吸气口9和引射腔出口601的横截面积，同时可指导负压引射腔7内高压气体3压力的调控：
其中：M1、M2、M3分别为高压气体3、引射烟气24、混合气体25的质量流量(单位为kg/s)；V1、V2、V3分别为高压气体3、引射烟气24、混合气体25的流速(单位为m/s)；S1为高压气体3进入引射腔入口403的截面积(单位为m2)；S2为引射烟气24进入负压吸气口9的截面积(单位为m2)；S3为混合气体25进入引射腔出口601的截面积(单位为m2)；P1、P2、P3分别为高压气体3、引射烟气24、混合气体25的静压(单位为MPa)。
如图3所示，为负压引射装置的剖面图，在本发明具体实施例中，进气单元4的一端设置有引射腔进气接口401，引射腔进气接口401位于负压引射腔7的外部，引射腔进气接口401与第一胶管2201的一端连接，第一胶管2201的另一端与井下压风管路1连接；进气单元4的另一端设置有引射腔入口403，引射腔入口403位于负压引射腔7的内部；引射腔入口403与引射腔进气接口401之间贯穿设置有进气孔402。
优选地，引射腔入口403的截面积小于引射腔进气接口401的截面积。
在具体实施例时，进气孔402是井下压风管路1中的高压气体进入负压引射腔7的气体通道，进气孔402呈两端开口的锥形状，引射腔入口403的截面积小于引射腔进气接口401的截面积，以便在引射腔入口403处产生较快的流速，有利于负压引射腔内形成负压环境。
在具体实施时，第一胶管2201的一端与井下压风管路1连通，另一端与进气单元4的引射腔进气接口401连通，高压气体3从引射腔进气接口401进入进气孔402中，然后从引射腔入口403输出至负压引射腔7内，负压引射腔7内的高负压环境使得负压卷吸动力传递至多级负压吸尘装置11来抽吸烟尘，引射烟气24进入负压引射腔7内与高压气体在混合室内混合，进行动量、质量及能量的交换，在流动过程中速度逐渐均衡，形成的混合气体25经过出气单元6的引射腔出口601进入高压喷湿装置20。
在本发明具体实施例中，出气单元6的一端设置有引射腔出气接口603，引射腔出气接口603位于负压引射腔7的外部，引射腔出气接口603与所述第三胶管2203连接；出气单元6的另一端设置有引射腔出口601，引射腔出口601位于负压引射腔7的内部；引射腔出口601与引射腔出气接口603之间贯穿设置有出气孔602。
优选地，引射腔出气接口603的截面积大于引射腔出口601的截面积；引射腔出口601的截面积大于引射腔入口403的截面积。
在具体实施时，出气孔602是负压引射腔7中的混合气体25由引射腔出口601进入引射腔出气接口603的气体通道，出气孔602位于负压引射腔7内部的部分呈开口的圆柱形，位于负压引射腔7外部的部分呈锥形状，引射腔出气接口603的截面积大于引射腔出口601的截面积，以便在引射腔出口601处产生较大流量，利于负压引射腔7内负压形成。
在具体实施例中，引射腔出口601的截面积大于引射腔入口403的截面积，即S1＜S3；
更优选的，具体实施例中，引射腔进气接口401的截面积等于引射腔出气接口603的截面积；引射腔进气接口401和引射腔出气接口603分别与第一胶管2201和第二胶管2202连接，保持引射腔进气接口401的截面积等于引射腔出气接口603的截面积，第一胶管2201和第二胶管2202的直径也相同。
如图4所示，为本发明实施例中多级负压吸尘装置的外部结构示意图，多级负压吸尘装置11的一侧连通设置有多级吸尘装置接口10，多级吸尘装置接口10与负压吸气口9通过第二胶管2202连通，使得负压引射腔7与多级负压吸尘装置11连通，负压引射腔7通过第二胶管2202引射多级负压吸尘装置11内的烟气；多级负压吸尘装置11的另一侧设置有负压捕捉单元15，负压捕捉单元15用于将有毒有害的烟尘卷吸进入多级负压吸尘装置11内；多级负压吸尘装置11内间隔设置有多个粉尘过滤芯，粉尘过滤芯用于拦截粉尘。
在本发明具体实施例中，第二胶管2202为高压柔性胶管。
在具体实施时，有毒有害的烟尘受负压捕捉单元15的卷吸作用，进入多级负压吸尘装置11内部，首先粉尘经过三道粉尘过滤芯，被依次拦截，随后负压卷吸动力作用下引射烟气24被吸入负压引射腔7内，实现烟尘分离，引射烟气24与负压引射腔7内的高压气体3在混合室内混合，进行动量、质量及能量的交换，在流动过程中速度逐渐均衡，并在负压引射腔7中混合后从引射腔出气接口603输出。
在本发明具体实施例中，多级负压吸尘装置11的内部设置有卡槽，粉尘过滤芯通过卡槽固定于多级负压吸尘装置11的内部，用于吸收粉尘；沿多级吸尘装置接口10至负压捕捉单元15方向，粉尘过滤芯的滤孔直径依次增大；其中，粉尘过滤芯为拔插式的，以便更换，粉尘过滤芯吸满粉尘后，可拆卸清洗干净，重复使用。
优选地，粉尘过滤芯设置有三道，沿多级吸尘装置接口10至负压捕捉单元15方向分别为一级粉尘过滤芯12、二级粉尘过滤芯13和三级粉尘过滤芯14。
更优选地，一级粉尘过滤芯的滤孔直径为1μm；所述二级粉尘过滤芯的滤孔直径为5μm；所述三级粉尘过滤芯的滤孔直径为10μm。
在本发明具体实施例中，负压捕捉单元15呈喇叭状，喇叭状的负压捕捉单元15能最大程度的将有毒有害烟尘进行捕捉。负压捕捉单元15的内部开设有负压捕捉腔口1501，负压捕捉腔口1501与多级负压吸尘装置11连通，用于卷吸有毒有害的烟尘。烟尘首先经过多个粉尘过滤芯，将粉尘拦截，剩余的烟气经过负压吸气口9卷吸进入负压引射腔7内。
如图5所示，为本发明实施例中高压喷湿装置的外部结构示意图，高压喷湿装置20的侧壁设置有注液口21和混合高压烟气接口16，混合高压烟气接口16通过出气单元6与负压引射腔7连通，负压引射腔7内的混合气体25经第三胶管2203进入高压喷湿装置20内；高压喷湿装置20内设置有有机活性剂18，有机活性剂18为液体，用于吸收有毒有害的烟气；高压喷湿装置20的顶部均匀开设有多个气流喷湿口19，气流喷湿口19用于将湿气喷向井下***作业空间26。
具体实施例中，配置一定浓度的有机活性剂18，有机活性剂18具有双重功效，既可以吸收***后产生的有毒有害烟气，还可以提高液体对煤尘润湿性能，有机活性剂包括非离子渗透剂JFC和无机盐的水溶液，按照质量百分比计，非离子渗透剂JFC为0.05％-2％，无机盐为20％-40％，余量为水；其中，无机盐为氯化钙、氯化钠等。
在具体实施例中，在本发明具体实施例中，混合高压烟气接口16通过第三胶管2203与出气单元6连通；第三胶管2203为高压柔性胶管。
图6所示，本发明实施例中气液分离导流管的结构示意图，在本发明具体实施例中，高压喷湿装置20的内部还设置有气液分离导流管17，气液分离导流管17竖直布置，气液分离导流管17的下端与混合高压烟气接口16连通，负压引射腔7内的混合气体25经气液分离导流管17的下端进入高压喷湿装置20内；混合气体25与有机活性剂18充分混合，混合气体25中的有毒有害的烟气被有机活性剂18充分吸收，消除在高压喷湿装置20内，剩余的洁净湿气流经有机活性剂18后进入高压喷湿装置20上部的储集腔23。
优选地，气液分离导流管17包括进气总管1703、水平气流通道1702和纵向气流通道1701，水平气流通道1702设置有两个，两个水平气流通道1702呈十字形交叉连通；进气总管1703的一端与混合高压烟气接口16连通，进气总管1703的另一端与两个水平气流通道1702的交叉点连通；纵向气流通道1701竖直设置，纵向气流通道1701设置有四个，四个纵向气流通道1701的上端开口分别与水平气流通道1702的端口对应连通，四个纵向气流通道1701呈爪型布置；这样布置有利于混合气体25与有机活性剂18的接触，提高净化效率，增强加湿效果。
更优选地，纵向气流通道1701的下端开口与高压喷湿装置20底部的距离范围5～10cm(比如5cm、6cm、7cm、8cm、9cm、10cm)；气液分离导流管17的上端面与气流喷湿口19的距离范围10～20cm(比如10cm、11cm、12cm、13cm、14cm、15cm、16cm、17cm、18cm、19cm、20cm)，气液分离导流管17的上端面与气流喷湿口19之间的空间形成气体储集腔23。
更优选地，水平气流通道1702的下端面高度高于注液口21下边沿的高度。
在具体实施例中，将配置好的有机活性剂18通过注液口21注入高压喷湿装置20，注液前手动打开气流喷湿口19，以便一边将高压喷湿装置内20空气排出，一边将有机活性剂18注入，当有机活性剂18的液面高度与注液口下边沿的高度相同时，关闭气流喷湿口19；由于水平气流通道1702的下端面高度高于注液口21下边沿的高度，水平气流通道1702内没有液体充入，仅四个纵向气流通道1701内充入有液体；当混合气体25通过进气总管1703进入四个纵向气流通道1701，混合气体挤压纵向气流通道1701内的液体，从而使四个纵向气流通道1701内的有机活性剂18排出至高压喷湿装置20内，整个气液分离导流管内充满混合气体25后，混合气体25从纵向气流通道1701的底部溢出，有毒有害的烟气被有机活性剂18吸收，剩余的洁净气体携带水分进入储集腔23内，形成湿气。
在本发明具体实施例中，气液分离导流管17上端面与气流喷湿口19之间的空间为储集腔23，储集腔23用于积聚洁净湿气；储集腔23内积聚的气体压力大于气流喷湿口19的耐压上限时，气流喷湿口19自动打开，气流喷湿口19的耐压值可设定的范围0.1MPa～0.6MPa(比如0.1MPa、0.2MPa、0.3MPa、0.4MPa、0.5MPa、0.6MPa)，始终保持其设定值要比高压气体3设定的压力值低0.2MPa。
在具体实施时，气流喷湿口19具有一定的耐压量程，当储集腔内积聚的压力大于气流喷湿口19耐压上限，气流喷湿口19自动打开，随后储集腔内气体与有机活性剂18结合后形成的湿气喷向井下***作业空间26，雾气接触空间漂浮粉尘后包裹粉尘，然后实施沉降，进一步强化粉尘消除。
本发明还提供一种煤矿井下***作业空间瞬时烟尘快速消除装置的使用方法，如图7所示，为图1的现场应用分布简化分布示意图。采用如图1和图7所示的煤矿井下***作业空间瞬时烟尘快速消除装置和现场应用分布方式来实现，该方法包括以下步骤：
步骤一，根据井下***作业空间26的烟尘浓度，通过风压调节阀门2和压力表201调控高压气体3的压力，在负压引射腔7内形成高负压环境。高压气体3以较高的速度从引射腔入口403进入负压引射腔7内，由于射流的紊动扩散作用，在负压引射腔7内形成高负压环境，高压气体的压力通过风压调节阀门2调控，风压范围控制在0.3～0.8MPa(比如0.3MPa、0.4MPa、0.5MPa、0.6MPa、0.8MPa)。
步骤二，负压引射腔7内的高负压卷吸动力通过第二胶管2202传递到多级负压吸尘装置11和负压捕捉腔口1501，将有毒有害的烟尘卷吸入多级负压吸尘装置11内实施烟尘分离，烟尘中的粉尘被多个粉尘过滤芯依次拦截，除尘后的引射烟气24进入负压引射腔7内与高压气体混合形成混合气体25。多级吸尘装置内依次设置一级粉尘过滤芯12、二级粉尘过滤芯13和三级粉尘过滤芯14，三级粉尘过滤芯14吸收的粉尘粒度大于10μm，二级粉尘过滤芯13吸收的粉尘粒度5～10μm，一级粉尘过滤芯12吸收的粉尘粒度1～5μm，粉尘依次被三级粉尘过滤芯14、二级粉尘过滤芯13、一级粉尘过滤芯12拦截，烟气沿第二胶管2202进入负压引射腔7内，烟气24与高压气体3在混合室内混合，进行动量、质量及能量的交换，在流动过程中速度逐渐均衡，并在负压引射腔7中混合后从引射腔出气接口603输出。
步骤三，混合气体25经气液分离导流管17进入高压喷湿装置20内，混合气体25与有机活性剂18充分混合，有毒有害的烟气被有机活性剂18充分吸收，剩余的洁净湿气进入储集腔内。具体的，需要提前配置一定浓度的有机活性剂18，配置好的有机活性剂18通过注液口21注入高压喷湿装置20，注液前手动打开气流喷湿口19，有机活性剂18的液面高度与注液口下边沿的高度相同时，关闭气流喷湿口19，有机活性剂18具有双重功效，吸收***后产生的有毒有害烟气，还可以提高液体对烟气的润湿性能，剩余的洁净湿气流经有机活性剂18后进入高压喷湿装置20上部的储集腔。
步骤四，当储集腔内积聚的气体压力大于气流喷湿口19的耐压上限时，气流喷湿口19自动打开，储集腔内的气体与有机活性剂18结合后形成的湿气经过气流喷湿口19喷向井下***作业空间26，湿气接触到空间漂浮的粉尘后包裹粉尘，实施粉尘进一步沉降。
综上，本发明中的装置利用井下常备的井下压风管路***构建了负压引射装置、多级负压吸尘装置和高压喷湿装置，井下高压空气动力源充足，驱动***运行过程中没有机械运动和摩擦，具备完全本质安全，整套装置的体积小、移动便捷、操作简单，消除了传统高压注水泵喷雾除尘和电动抽采泵吸收粉尘等电动装置用电风险高、耗能高等缺点，该装置能够实现工业化生产，实用性强，可推广应用。
本发明中的消除方法通过负压引射功能达到快速吸收浓厚烟尘的目的，利用多级负压吸尘和高压喷湿功能既能主动拦截粉尘、吸收烟气，又可提高湿气降尘效果，实现烟尘分离、多级治理效果，形成了负压吸收粉尘、液体溶解烟气、喷湿降尘的综合消除方法，克服了单一烟尘消除存在次生危害的困扰，尤其适用于井下***作业空间瞬时产生大量有毒有害烟尘的治理。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均在本发明待批权利要求保护范围之内。
Claims (10)
1.一种煤矿井下***作业空间瞬时烟尘快速消除装置，包括井下压风管路，其特征在于，还包括：
负压引射装置，所述负压引射装置包括负压引射腔，所述负压引射腔的一侧连通设置有进气单元，另一侧连通设置有出气单元；所述负压引射腔的底部开设有负压吸气口，所述负压吸气口与负压引射腔连通；所述进气单元与所述井下压风管路连通；所述井下压风管路通过所述进气单元向负压引射腔输出高压气体；
多级负压吸尘装置，所述多级负压吸尘装置的一侧设置有多级吸尘装置接口，所述多级吸尘装置接口与所述负压吸气口连通；所述多级负压吸尘装置的另一侧设置有负压捕捉单元，所述负压捕捉单元用于将有毒有害的烟尘卷吸进入多级负压吸尘装置内；所述多级负压吸尘装置内间隔设置有多个粉尘过滤芯，所述粉尘过滤芯用于拦截粉尘；
高压喷湿装置，所述高压喷湿装置的侧壁设置有注液口和混合高压烟气接口，所述混合高压烟气接口通过所述出气单元与所述负压引射腔连通；所述高压喷湿装置内设置有有机活性剂，所述有机活性剂为液体，用于吸收有毒有害的烟气；所述高压喷湿装置的顶部均匀开设有若干个气流喷湿口，所述气流喷湿口用于将湿气喷向井下***作业空间。
2.如权利要求1所述的煤矿井下***作业空间瞬时烟尘快速消除装置，其特征在于，所述进气单元通过第一胶管与所述井下压风管路连通；所述多级吸尘装置接口通过第二胶管与所述负压吸气口连通；所述混合高压烟气接口通过第三胶管与所述出气单元连通；
优选地，所述第一胶管、第二胶管与第三胶管均为高压柔性胶管。
3.如权利要求2所述的煤矿井下***作业空间瞬时烟尘快速消除装置，其特征在于，所述第一胶管上设置有风压调节阀门和压力表，所述风压调节阀门通过所述压力表的示数来调控负压引射腔内的高压气体的压力；
优选地，所述高压气体的压力为0.3～0.8MPa。
4.如权利要求3所述的煤矿井下***作业空间瞬时烟尘快速消除装置，其特征在于，所述进气单元的一端设置有引射腔进气接口，所述引射腔进气接口位于所述负压引射腔的外部，所述引射腔进气接口与所述第一胶管连接；所述进气单元的另一端设置有引射腔入口，所述引射腔入口位于所述负压引射腔的内部；所述引射腔入口与所述引射腔进气接口之间贯穿设置有进气孔；
优选地，所述引射腔入口的截面积小于所述引射腔进气接口的截面积。
5.如权利要求4所述的煤矿井下***作业空间瞬时烟尘快速消除装置，其特征在于，所述出气单元的一端设置有引射腔出气接口，所述引射腔出气接口位于所述负压引射腔的外部，所述引射腔出气接口与所述第三胶管连接；所述出气单元的另一端设置有引射腔出口，所述引射腔出口位于所述负压引射腔的内部；所述引射腔出口与所述引射腔出气接口之间贯穿设置有出气孔；
优选地，所述引射腔出气接口的截面积大于所述引射腔出口的截面积；所述引射腔出口的截面积大于所述引射腔入口的截面积。
6.如权利要求1或2所述的煤矿井下***作业空间瞬时烟尘快速消除装置，其特征在于，所述多级负压吸尘装置的内部设置有卡槽，所述粉尘过滤芯通过所述卡槽固定于多级负压吸尘装置的内部，用于吸收粉尘；沿所述多级吸尘装置接口至所述负压捕捉单元方向，所述粉尘过滤芯的滤孔直径依次增大；
优选地，所述粉尘过滤芯设置有三道，沿所述多级吸尘装置接口至所述负压捕捉单元方向分别为一级粉尘过滤芯、二级粉尘过滤芯和三级粉尘过滤芯；
更优选地，所述一级粉尘过滤芯的滤孔直径为1μm；所述二级粉尘过滤芯的滤孔直径为5μm；所述三级粉尘过滤芯的滤孔直径为10μm。
7.如权利要求1或2所述的煤矿井下***作业空间瞬时烟尘快速消除装置，其特征在于，所述负压捕捉单元呈喇叭状，所述负压捕捉单元的内部开设有负压捕捉腔口，所述负压捕捉腔口与所述多级负压吸尘装置连通，用于卷吸有毒有害的烟尘。
8.如权利要求1或2所述的煤矿井下***作业空间瞬时烟尘快速消除装置，其特征在于，所述高压喷湿装置的内部还设置有气液分离导流管，所述气液分离导流管与所述混合高压烟气接口连通，所述负压引射腔内的混合气体经所述气液分离导流管进入高压喷湿装置内；
优选地，所述气液分离导流管包括进气总管、水平气流通道和纵向气流通道，所述水平气流通道设置有两个，两个所述水平气流通道呈十字形交叉连通；所述进气总管的一端与所述混合高压烟气接口连通，所述进气总管的另一端与两个所述水平气流通道的交叉点连通；所述纵向气流通道竖直设置，所述纵向气流通道设置有四个，四个所述纵向气流通道的上端开口分别与水平气流通道的端口对应连通，四个所述纵向气流通道呈爪型布置；
更优选地，所述纵向气流通道的下端开口与所述高压喷湿装置底部的距离为5～10cm；
所述气液分离导流管的上端面与所述气流喷湿口的距离为10～20cm。
9.如权利要求8所述的煤矿井下***作业空间瞬时烟尘快速消除装置，其特征在于，所述气液分离导流管上端面与所述气流喷湿口之间的空间为储集腔，所述储集腔用于积聚洁净湿气；所述储集腔内积聚的气体压力大于气流喷湿口的耐压上限时，气流喷湿口自动打开。
10.一种如权利要求1～9任一所述的煤矿井下***作业空间瞬时烟尘快速消除装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，根据井下***作业空间的烟尘浓度，通过风压调节阀门调控所述高压气体的压力，在所述负压引射腔内形成高负压环境；
步骤二，所述负压引射腔内的高负压卷吸动力传递到所述多级负压吸尘装置和负压捕捉腔口，将有毒有害的烟尘卷吸进入所述多级负压吸尘装置内，实施烟尘分离，烟尘中的粉尘被多个所述粉尘过滤芯依次拦截，除尘后的烟气进入所述负压引射腔内与高压气体混合形成混合气体；
步骤三，混合气体经气液分离导流管进入高压喷湿装置内，混合气体与有机活性剂充分混合，有毒有害的烟气被有机活性剂充分吸收，剩余的洁净湿气进入储集腔内；
步骤四，当储集腔内积聚的气体压力大于所述气流喷湿口的耐压上限时，气流喷湿口自动打开，储集腔内的气体与有机活性剂结合后形成的湿气经过所述气流喷湿口喷向井下***作业空间，湿气接触到空间漂浮的粉尘后包裹粉尘，实施粉尘进一步沉降。
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| CN202010153534.3A CN111167225A (zh) | 2020-03-06 | 2020-03-06 | 煤矿井下***作业空间瞬时烟尘快速消除装置及使用方法 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112007449A (zh) * | 2020-08-24 | 2020-12-01 | 浙江万源环保机械科技有限公司 | 一种垃圾焚烧用烟尘除尘设备 |
| CN112502652A (zh) * | 2020-11-18 | 2021-03-16 | 南京琮楷科技有限公司 | 一种用于气体钻进时的降尘装置 |
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2020
- 2020-03-06 CN CN202010153534.3A patent/CN111167225A/zh active Pending
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