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[摘 要]针对DM45牙轮钻机原有除尘系统故障频发、除尘效果差及维护成本高等问题，重新设计、制造、安装了一套新的除尘系统，将原有的除尘滤芯更换为除尘滤袋，在优化喷吹清灰系统的同时增加了一套粉尘移送系统，除尘效率大大提高，故障率和维护成本得以降低。
[关键词]牙轮钻机；除尘系统；除尘滤袋；粉尘移送
中图分类号：TD42 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）44-0129-02
黑岱沟露天煤矿位于准格尔煤田中部，由于地质条件所限，黑岱沟露天煤矿采用了综合开采工艺。其中上部黄土层的平均厚度为49 m；中部岩石的平均厚度为56m，上层采用单斗挖掘机—自卸卡车的间断开采工艺，下层采用抛掷爆破—吊斗铲倒堆开采工艺；下部煤层的平均厚度为28.8 m，采用单斗挖掘机—自卸卡车—坑边半移动破碎站—胶带输送机的半连续开采工艺。2006年黑岱沟露天煤矿引进2台阿特拉斯·科普柯公司生产的DM45牙轮钻机，该牙轮钻机采用内燃机驱动，主要工作任务是煤层松动爆破穿孔（垂直孔）。
1 DM45钻机原有除尘系统
1.1 工作原理及除尘装置布置结构
DM45钻机原有除尘系统的除尘原理为真空除尘，除尘方式为二级干式除尘，除尘目标效果为“无可视尘粒”，设计除尘能力为102m3/min。第一级为离心除尘，第二级为阻挡式滤芯除尘。在除尘系统工作中，利用脉冲压缩空气（40psi）反吹滤芯，以达到清洁滤芯的目的。除尘系统主要部件有直径8英寸的除尘软管、除尘室、除尘滤芯、滤芯脉冲器、除尘风扇及捕尘罩等。具体除尘过程为：除尘室顶部的除尘风扇高速旋转（转速3000rpm），使得除尘室内产生真空，通过除尘软管将钻孔过程产生的携带煤粒、煤粉的空气全部吸入除尘室，粒径较大的煤粒因为自身重力、碰撞等原因跌落到除尘室下部进而被稳定、平缓地排出，粒径较小的煤粉被阻挡在除尘滤芯外部，洁净空气通过除尘滤芯排出除尘室。每个除尘滤芯均配有压缩空气脉冲器，脉冲时间为1-2s，脉冲间隔为10-15s可调，用来清洁除尘滤芯，确保除尘滤芯的过滤能力可以保持到一定水平，以便其通流能力大于或等于排渣废气的排量。
1.2 原有除尘系统存在问题
原机安装的干式除尘系统在使用过程中，除尘装置故障频发，滤芯频繁堵塞，维护成本很高。因单孔进米深度大，捕尘罩内部容积小，部分煤粉溢出捕尘罩外部，还有部分煤粉倒流回打好的孔内，造成夹钻杆、穿孔效率降低、除尘效果极差等问题。为此，我们在原设备基础上对除尘系统进行了重新设计、制造、安装，以期达到规定的除尘效果。
2. 新除尘系统设计
2.1 新除尘系统结构设计
新的除尘系统不再采用原有的除尘滤芯，更换为除尘滤袋（过滤精度9μm），在优化了喷吹清灰系统的同时增加了粉尘移送系统。新除尘系统箱体结构设计分为三部分，上箱体由可掀起的换袋门盖、吊装钩、护栏和出风口等组成，中箱体由多孔板、除尘滤袋、分风器、文氏管等组成，下箱体由进风口、灰斗、检查门等组成。排灰系统由减速装置、输灰和排灰装置等组成。喷吹系统由控制仪、电磁脉冲阀、喷吹管、储气罐和防护装置等组成。液压捕尘罩由油缸、起落架、围尘软帘等组成。
2.2 新除尘系统工作原理
除塵系统工作时液压马达驱动引风机，使除尘器箱体内产生接近真空的状态。钻机钻孔作业产生的高浓度含尘气体受到强力吸引，由吸风管道进入除尘器。含尘气体首先进入灰斗，同时气流速度因骤然失去管道约束而放慢，受重力惯性作用，使气体中粒径较大的粉尘直接沉降到灰斗，起到预收尘的作用。粒径较小的粉尘随着气流向上运动，通过布朗扩散和筛滤等综合效应，使粉尘沉积在内部装有金属骨架的除尘滤袋表面，而净化后的空气进入除尘滤袋上部清洁室，汇集到出风口排出。
含尘气体通过除尘滤袋净化的过程中，随着时间的增加而积附在除尘滤袋上的粉尘越来越多，除尘滤袋阻力增加，致使处理风量逐渐减少。为保证除尘系统正常工作，必须将阻力控制在一定范围内（1176-1470Pa），必须对除尘滤袋进行清灰，清灰周期一般设置为15s。
清灰时由脉冲控制仪顺序触发各控制阀开启电磁脉冲阀，储气罐内的压缩空气由喷吹管各孔经文氏管喷射到各相应的除尘滤袋内，除尘滤袋瞬间急剧膨胀，使积附在除尘滤袋表面的粉尘脱落，除尘滤袋得到清洁再生。垂落下的粉尘落入灰斗，经排灰系统排出机体。由此使积附在除尘滤袋上的粉尘周期性地被脉冲喷吹清灰，使净化气体正常通过，保证除尘系统正常工作，除尘效率可达99.5%。
电磁脉冲阀采用除尘专用膜片阀，具有开启快、口径大、动作灵敏、寿命长等优点，使用寿命可达百万次。在喷吹清灰过程中，脉冲控制仪触发各控制阀打开排气口，脉冲阀背压室内气体泄压、压力降低、膜片两侧产生压差，膜片因此产生位移，脉冲阀喷吹口打开，储气罐内的压缩空气经过喷吹管的孔眼喷至文氏管进入除尘滤袋（喷吹管喷出的气体为1次风），高速气流通过文氏管可诱导数倍于1次风的周围空气（2次风）造成除尘滤袋瞬间急剧膨胀，由此实现清灰的目的。
2.3 新除尘系统粉尘移送系统
黑岱沟露天煤矿煤层开采采用DM45钻机钻炮孔放炮开采，钻机钻孔直径为200mm，按煤层厚度为30米计算单孔排渣量，其排渣量v=πr2h=3.14×0.12×30=0.94m3，再乘以松散系数1.35，可得单孔排渣量虚方体积为1.27m3。由于钻机平台下部空间有限，以往钻机钻孔时煤粉回填现象比较严重，钻机除尘效果较差。因此我们设计并安装了一套粉尘移送系统，可将钻孔周围的一部分煤粉直接移送到平台以外，降低了除尘器工作负荷，使除尘系统的除尘能力显著增加。
钻机在打孔作业时，钻头喷嘴喷出的高压气流带动煤粉高速向上运动，通过钻孔口冲向钻杆锥形护套，煤粉在受到锥形护套的阻挡后改变方向，沿平台立筋向下垂落。粉尘移送系统采用在左右立筋下方安装两个煤粉收集槽，通过链条刮板将落到槽内的煤粉及煤渣输送到钻机平台外，另外一小部分细小煤粉通过除尘器所产生的负压，经过除尘器除尘滤袋过滤排出除尘器。粉尘移送系统的增加使平台下的煤粉大大减少，从而达到粉尘移送的目的，减少了煤粉回填现象。 粉尘移送系统的结构原理如图3所示，主要由低速液压马达、联轴器、主动轴、从动轴及导向轴、链轮、煤粉收集槽、护罩、链条、刮板等组成。低速马达采用端面盘配流式摆线液压马达，它的特点是速度低、输出扭矩大，动力源来自钻机原有液压系统。刮板采用分子量350万以上的超高分子量聚乙烯材质，其耐磨性居塑料之首，甚至远远超过某些金属的耐磨性，它几乎集中了各种塑料的优点，具有普通聚乙烯和其他工程塑料无可比拟的耐冲击、耐磨、耐腐蚀、耐低温、自润滑、卫生无毒、不易粘附、不易吸收、密度较小等重要性能。
2.4 新除尘系统操作与保养
钻机进行钻孔作业前1-5分钟，司机在驾驶室启动除尘系统，除尘风机和喷吹反吹系统运行。粉尘移送系统的动力源为端面盘配流式摆线液压马达，其油口连接到原钻机围帘前门升降控制接口，通过操控驾驶室手动按钮即可控制马达的运行和停止。现钻机围帘前门升降控制通过原钻机后门操作手柄实现。除尘系统简易操控流程为：启机--钻机除尘系统启动--前门降--移送马达运行--钻孔作业--停止移送马达--停止除尘器--前门升--停机。
为保证新除尘系统的正常运行，在日常使用中需定期进行维护保养：钻孔作业前必须启动移送马达；UCP轴承（带立式座外球面球轴承）每班需注油脂一次；定期检查刮板，对磨损严重、断裂的刮板及时进行更换；定期检查各连接结构件，对松动、开焊及开裂的结构件及时进行处理；随时观察链条情况，如链条过松或断裂及时进行检修。
3 新除尘系统应用效果
面对日益严格的环境保护法律法规要求，钻机作业时产生的粉尘污染不容小觑。大量粉尘散落在空气中，既造成了环境污染，也对操作人员的健康构成威胁，同时散落在设备各部位的粉尘也会加速设备各部件磨损。经过重新设计的DM45牙轮钻机除尘系统所有配件均采用国内产品，将原有的除尘滤芯更换为除尘滤袋，同时增加了一套粉尘移送系统，大大增加了除尘效率，同时降低了维护成本。在生产作业与环境保护之间，我们既要金山银山，更要绿水青山，利用技术手段，为祖国的蓝天白云贡献一份自己的力量。
参考文献
[1] 王瑞龙，蒋利兵，扬世英，等.HMC-58干式除尘在DMH型进口钻机上的应用[J].采矿技术，2014，（1）：63-65.
[2]李义仁.关于牙轮钻机除尘系统的研究探讨[J].内蒙古煤炭经济，2013，（9）：74-75，106.
[3] 陈国勇，赵海龙.无可视尘粒钻机干式除尘技术的应用 [J].露天采矿技术，2013，（9）：76-77，80.
[4]郝务云，陈国勇，赵海龙.1190E牙轮钻机干式除尘改造方案[J].露天采矿技术，2013，（10）：42-44，47.
[5]张平宽.黑岱沟露天煤矿拉斗铲倒堆工艺与单斗——卡车间断工艺的经济性比较[J].露天采矿技术，2013，（10）：25-27，30.
作者簡介：
胡锴（1988-），男，助理工程师，内蒙古自治区鄂尔多斯市人，神华准格尔能源有限责任公司设备维修中心从事机电设备维修及管理工作，毕业于中国农业大学信息与电气工程学院。
[关键词]牙轮钻机；除尘系统；除尘滤袋；粉尘移送
中图分类号：TD42 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）44-0129-02
黑岱沟露天煤矿位于准格尔煤田中部，由于地质条件所限，黑岱沟露天煤矿采用了综合开采工艺。其中上部黄土层的平均厚度为49 m；中部岩石的平均厚度为56m，上层采用单斗挖掘机—自卸卡车的间断开采工艺，下层采用抛掷爆破—吊斗铲倒堆开采工艺；下部煤层的平均厚度为28.8 m，采用单斗挖掘机—自卸卡车—坑边半移动破碎站—胶带输送机的半连续开采工艺。2006年黑岱沟露天煤矿引进2台阿特拉斯·科普柯公司生产的DM45牙轮钻机，该牙轮钻机采用内燃机驱动，主要工作任务是煤层松动爆破穿孔（垂直孔）。
1 DM45钻机原有除尘系统
1.1 工作原理及除尘装置布置结构
DM45钻机原有除尘系统的除尘原理为真空除尘，除尘方式为二级干式除尘，除尘目标效果为“无可视尘粒”，设计除尘能力为102m3/min。第一级为离心除尘，第二级为阻挡式滤芯除尘。在除尘系统工作中，利用脉冲压缩空气（40psi）反吹滤芯，以达到清洁滤芯的目的。除尘系统主要部件有直径8英寸的除尘软管、除尘室、除尘滤芯、滤芯脉冲器、除尘风扇及捕尘罩等。具体除尘过程为：除尘室顶部的除尘风扇高速旋转（转速3000rpm），使得除尘室内产生真空，通过除尘软管将钻孔过程产生的携带煤粒、煤粉的空气全部吸入除尘室，粒径较大的煤粒因为自身重力、碰撞等原因跌落到除尘室下部进而被稳定、平缓地排出，粒径较小的煤粉被阻挡在除尘滤芯外部，洁净空气通过除尘滤芯排出除尘室。每个除尘滤芯均配有压缩空气脉冲器，脉冲时间为1-2s，脉冲间隔为10-15s可调，用来清洁除尘滤芯，确保除尘滤芯的过滤能力可以保持到一定水平，以便其通流能力大于或等于排渣废气的排量。
1.2 原有除尘系统存在问题
原机安装的干式除尘系统在使用过程中，除尘装置故障频发，滤芯频繁堵塞，维护成本很高。因单孔进米深度大，捕尘罩内部容积小，部分煤粉溢出捕尘罩外部，还有部分煤粉倒流回打好的孔内，造成夹钻杆、穿孔效率降低、除尘效果极差等问题。为此，我们在原设备基础上对除尘系统进行了重新设计、制造、安装，以期达到规定的除尘效果。
2. 新除尘系统设计
2.1 新除尘系统结构设计
新的除尘系统不再采用原有的除尘滤芯，更换为除尘滤袋（过滤精度9μm），在优化了喷吹清灰系统的同时增加了粉尘移送系统。新除尘系统箱体结构设计分为三部分，上箱体由可掀起的换袋门盖、吊装钩、护栏和出风口等组成，中箱体由多孔板、除尘滤袋、分风器、文氏管等组成，下箱体由进风口、灰斗、检查门等组成。排灰系统由减速装置、输灰和排灰装置等组成。喷吹系统由控制仪、电磁脉冲阀、喷吹管、储气罐和防护装置等组成。液压捕尘罩由油缸、起落架、围尘软帘等组成。
2.2 新除尘系统工作原理
除塵系统工作时液压马达驱动引风机，使除尘器箱体内产生接近真空的状态。钻机钻孔作业产生的高浓度含尘气体受到强力吸引，由吸风管道进入除尘器。含尘气体首先进入灰斗，同时气流速度因骤然失去管道约束而放慢，受重力惯性作用，使气体中粒径较大的粉尘直接沉降到灰斗，起到预收尘的作用。粒径较小的粉尘随着气流向上运动，通过布朗扩散和筛滤等综合效应，使粉尘沉积在内部装有金属骨架的除尘滤袋表面，而净化后的空气进入除尘滤袋上部清洁室，汇集到出风口排出。
含尘气体通过除尘滤袋净化的过程中，随着时间的增加而积附在除尘滤袋上的粉尘越来越多，除尘滤袋阻力增加，致使处理风量逐渐减少。为保证除尘系统正常工作，必须将阻力控制在一定范围内（1176-1470Pa），必须对除尘滤袋进行清灰，清灰周期一般设置为15s。
清灰时由脉冲控制仪顺序触发各控制阀开启电磁脉冲阀，储气罐内的压缩空气由喷吹管各孔经文氏管喷射到各相应的除尘滤袋内，除尘滤袋瞬间急剧膨胀，使积附在除尘滤袋表面的粉尘脱落，除尘滤袋得到清洁再生。垂落下的粉尘落入灰斗，经排灰系统排出机体。由此使积附在除尘滤袋上的粉尘周期性地被脉冲喷吹清灰，使净化气体正常通过，保证除尘系统正常工作，除尘效率可达99.5%。
电磁脉冲阀采用除尘专用膜片阀，具有开启快、口径大、动作灵敏、寿命长等优点，使用寿命可达百万次。在喷吹清灰过程中，脉冲控制仪触发各控制阀打开排气口，脉冲阀背压室内气体泄压、压力降低、膜片两侧产生压差，膜片因此产生位移，脉冲阀喷吹口打开，储气罐内的压缩空气经过喷吹管的孔眼喷至文氏管进入除尘滤袋（喷吹管喷出的气体为1次风），高速气流通过文氏管可诱导数倍于1次风的周围空气（2次风）造成除尘滤袋瞬间急剧膨胀，由此实现清灰的目的。
2.3 新除尘系统粉尘移送系统
黑岱沟露天煤矿煤层开采采用DM45钻机钻炮孔放炮开采，钻机钻孔直径为200mm，按煤层厚度为30米计算单孔排渣量，其排渣量v=πr2h=3.14×0.12×30=0.94m3，再乘以松散系数1.35，可得单孔排渣量虚方体积为1.27m3。由于钻机平台下部空间有限，以往钻机钻孔时煤粉回填现象比较严重，钻机除尘效果较差。因此我们设计并安装了一套粉尘移送系统，可将钻孔周围的一部分煤粉直接移送到平台以外，降低了除尘器工作负荷，使除尘系统的除尘能力显著增加。
钻机在打孔作业时，钻头喷嘴喷出的高压气流带动煤粉高速向上运动，通过钻孔口冲向钻杆锥形护套，煤粉在受到锥形护套的阻挡后改变方向，沿平台立筋向下垂落。粉尘移送系统采用在左右立筋下方安装两个煤粉收集槽，通过链条刮板将落到槽内的煤粉及煤渣输送到钻机平台外，另外一小部分细小煤粉通过除尘器所产生的负压，经过除尘器除尘滤袋过滤排出除尘器。粉尘移送系统的增加使平台下的煤粉大大减少，从而达到粉尘移送的目的，减少了煤粉回填现象。 粉尘移送系统的结构原理如图3所示，主要由低速液压马达、联轴器、主动轴、从动轴及导向轴、链轮、煤粉收集槽、护罩、链条、刮板等组成。低速马达采用端面盘配流式摆线液压马达，它的特点是速度低、输出扭矩大，动力源来自钻机原有液压系统。刮板采用分子量350万以上的超高分子量聚乙烯材质，其耐磨性居塑料之首，甚至远远超过某些金属的耐磨性，它几乎集中了各种塑料的优点，具有普通聚乙烯和其他工程塑料无可比拟的耐冲击、耐磨、耐腐蚀、耐低温、自润滑、卫生无毒、不易粘附、不易吸收、密度较小等重要性能。
2.4 新除尘系统操作与保养
钻机进行钻孔作业前1-5分钟，司机在驾驶室启动除尘系统，除尘风机和喷吹反吹系统运行。粉尘移送系统的动力源为端面盘配流式摆线液压马达，其油口连接到原钻机围帘前门升降控制接口，通过操控驾驶室手动按钮即可控制马达的运行和停止。现钻机围帘前门升降控制通过原钻机后门操作手柄实现。除尘系统简易操控流程为：启机--钻机除尘系统启动--前门降--移送马达运行--钻孔作业--停止移送马达--停止除尘器--前门升--停机。
为保证新除尘系统的正常运行，在日常使用中需定期进行维护保养：钻孔作业前必须启动移送马达；UCP轴承（带立式座外球面球轴承）每班需注油脂一次；定期检查刮板，对磨损严重、断裂的刮板及时进行更换；定期检查各连接结构件，对松动、开焊及开裂的结构件及时进行处理；随时观察链条情况，如链条过松或断裂及时进行检修。
3 新除尘系统应用效果
面对日益严格的环境保护法律法规要求，钻机作业时产生的粉尘污染不容小觑。大量粉尘散落在空气中，既造成了环境污染，也对操作人员的健康构成威胁，同时散落在设备各部位的粉尘也会加速设备各部件磨损。经过重新设计的DM45牙轮钻机除尘系统所有配件均采用国内产品，将原有的除尘滤芯更换为除尘滤袋，同时增加了一套粉尘移送系统，大大增加了除尘效率，同时降低了维护成本。在生产作业与环境保护之间，我们既要金山银山，更要绿水青山，利用技术手段，为祖国的蓝天白云贡献一份自己的力量。
参考文献
[1] 王瑞龙，蒋利兵，扬世英，等.HMC-58干式除尘在DMH型进口钻机上的应用[J].采矿技术，2014，（1）：63-65.
[2]李义仁.关于牙轮钻机除尘系统的研究探讨[J].内蒙古煤炭经济，2013，（9）：74-75，106.
[3] 陈国勇，赵海龙.无可视尘粒钻机干式除尘技术的应用 [J].露天采矿技术，2013，（9）：76-77，80.
[4]郝务云，陈国勇，赵海龙.1190E牙轮钻机干式除尘改造方案[J].露天采矿技术，2013，（10）：42-44，47.
[5]张平宽.黑岱沟露天煤矿拉斗铲倒堆工艺与单斗——卡车间断工艺的经济性比较[J].露天采矿技术，2013，（10）：25-27，30.
作者簡介：
胡锴（1988-），男，助理工程师，内蒙古自治区鄂尔多斯市人，神华准格尔能源有限责任公司设备维修中心从事机电设备维修及管理工作，毕业于中国农业大学信息与电气工程学院。