УСТАНОВКА СУХОГО ПЫЛЕУЛАВЛИВАНИЯ Российский патент 1996 года по МПК E21F5/00 

В настоящее время в горнодобывающей промышленности (угольной, строительных материалов) широко применяется открытый способ добычи полезного ископаемого (в отличие от шахтного), основанный на том обстоятельстве, что полезное ископаемое (уголь, руда, строительный материал) залегает в ряде случаев относительно неглубоко (до 150 м) от поверхности земли. В этом случае экономически оправдана открытая (карьерная) разработка и добыча, когда механизированно удаляются прикрывающие породы и обеспечивается непосредственный доступ к полезному ископаемому. Как правило, полезное ископаемое укрыто сверху породами достаточно высокой крепости, которые не удается разрабатывать непосредственно экскаваторами. В этом случае производится предварительное разрыхление породы, для чего бурятся взрывные скважины в породе, затем массовым взрывом рыхлится покрывающая порода, которая затем удаляется методом непосредственной экскавации. Для бурения взрывных скважин повсеместно применяются буровые самоходные станки шарошечного бурения, оборудованные компрессорами для очистки (продувки) скважин от разрушаемой породы, с одной стороны, и установками сухого пылеулавливания, с другой стороны, для улавливания и очистки запыленного воздуха по экологическим требованиям, для удаления крупной буровой мелочи ("штыбы") от устья скважин с целью обеспечения возможности дальнейшей работы по зарядке и взрыванию скважин.

Описываемая установка сухого пылеулавливания предназначается для станков шарошечного бурения взрывных скважин с продувкой их сжатым воздухом от компрессора и очисткой запыленного воздуха до чистоты, устанавливаемой требованиями Санэпиднадзора РФ (2 мг/м³.

Существующие установки сухого пылеулавливания, как будет показано ниже, не обеспечивают указанных требований, в связи с чем продолжает оставаться актуальной задачей создание более совершенной установки сухого пылеулавливания.

Необходимо отметить, что альтернативный способ борьбы с пылью мокрое пылеулавливание хотя и применяется, например на отечественных карьерах, тем не менее страдает крупными недостатками, благодаря чему и не применяется в зарубежной практике:
1. Необходимость иметь регулярное водоснабжение всего парка буровых станков.

2. Проблемы исключения замерзания воды в зимних условиях.

3. Cильное загрязнение бурового станка в рабочей зоне.

4. Снижение стойкости бурового долота (до 20%) из-за неизбежного попадания влаги в подшипники шарошек. В конечном счете, все эти обстоятельства ведут к снижению производительности буровых станков.

Проблема удаления от скважины буровой мелочи с одновременной очисткой запыленного воздуха до санитарных норм на рабочем месте машиниста бурового станка является труднорешаемой задачей, не решенной, кстати, кардинально нигде в мире, по крайней мере, методом сухого пылеулавливания. Мокрое пылеулавливание также нигде в мире не решает кардинально отмеченную проблему, добавляя к тому же еще ряд вопросов. Так что проблема решения в полной мере вопросов сухого пылеулавливания является крайне актуальной, что зафиксировано на официальном уровне.

1. Бурение взрывных скважин буровыми станками с сухим пылеулавливанием в бывшем СССР начало развиваться с 1960-1965 гг. когда были разработаны станки БСШ1, БСШ2, СБШ-200, СБШ-200Н. Эти станки были оборудованы установками сухого пылеулавливания, работавшими по принципу бытового пылесоса: вентилятор отсасывал от устья скважины запыленный воздух и часть укрупненной фракции (крупная фракция оставалась у устья скважины), протягивая весь состав сначала через пылеулавливающие циклоны, затем через камеру рукавных (матерчатых) фильтров, где улавливались наиболее мелкие частицы. Пылеулавливающая установка этих станков состояла из пылеприемной камеры, парного циклона, камеры рукавных фильтров и отсасывающего вентилятора, который обеспечивал прохождение запыленного воздуха через все узлы установки. На выходе из вентилятора шел уже очищенный воздух. Крупная буровая мелочь ("штыба") выпадала сразу у устья скважины и периодически удалялась вручную из-под пылеприемного зонта камеры. Достоинствами данной схемы являлась относительная простота элементов установки, постоянное разрежение воздуха в элементах, благодаря чему ни один элемент установки не производил запыления. Если запыленный воздух образовывался где-то по ходу потока, то и появлялся он только на выхлопе вентилятора, что в то же время позволяло концентрированно его отводить в сторону от бурового станка сообразно с имеющейся ветровой обстановкой. Это, однако, не избавляло воздушное пространство карьера от систематического загрязнения запыленным воздухом.

Длительный опыт эксплуатации (продолжающийся в ряде мест и до сих пор) данного типа установки пылеулавливания с несомненностью доказал следующие недостатки.

1. Труднорешаемой (и до сих пор удовлетворительно не решенной) оказалась проблема уплотнения буровой штанги от проникновения выдуваемой буровой мелочи и особенно запыленного воздуха в щели между штангой и стенкой пылеосадительной камеры. Все дело в том, что штанга в забое постоянно совершает смещения от оси скважины (вибрирует), в связи с чем в неподвижном уплотнении камеры постоянно образуются увеличенные воздушные зазоры, в которые тут же вылетает запыленный воздух. К такому же результату ведет и неизбежный износ элементов уплотнения (резиновых колец, прокладок и т.п.).

1.2. Выбрасываемая из скважины буровая мелочь, несмотря на отсос вентилятора, в основной своей массе, выпадает около устья скважины, образуя холмообразную насыпь, которая, во-первых, начинает затруднять продувку скважины, во-вторых, частично осыпаясь обратно в скважину, ведет к потере глубины скважины. Кроме того, затрудняется дальнейшая работа на скважине - замер глубины, заряжение взрывчаткой из-за наличия большеобъемной насыпи рыхлой буровой штыбы вокруг скважины. Встряхиватель рукавных фильтров вертикального типа не обеспечивал полной очистки ткани от частиц в силу недостаточно эффективного способа подачи энергии на поверхность рукавного фильтра. Все это и привело к появлению следующей установки пылеулавливания.

2. На буровом станке 3СБШ-200-60Н, разработанном в 1978 г. (опытный образец изготовлен и испытан в 1980 г) предусматривалась установка, по а.с. N 617609 от 01.03.77. Отличительной чертой этой установки от рассмотренной ранее являлось то, что предусматривались, во-первых, полный отсос всей буровой мелочи от устья с последующим выпадением крупной штыбы в специальном осадительном конусе камере, во-вторых, закольцовывание пылевого потока внутри установки до тех пор, пока пыль, неизбежно укрупняясь и оседая на стенках фильтров, в конце концов, выпадет в осадок. Установка предусматривала возможность регулирования потоков и скоростей их с целью обеспечения оптимального протекания процесса пылеулавливания. Конструкцией предусматривался малогабаритный пылеприемник с механизированной установкой на уступ, что являлось, несомненно, положительным нововведением.

Первые же испытания описываемой установки выявили недостатки, определившие непригодность установки для практического применения.

2.1. Вопреки первоначальным расчетам, штыба не проходила до осадительной камеры-конуса, а скапливалась в пылеприемнике, забивая все присоединенные пылепроводы.

2.2. Регулирование потоков и скоростей в пылепроводах (в пределах имевшихся параметров вентилятора) не позволили получить сколь-нибудь заметный положительный результат.

В результате испытаний и накопленного к тому времени опыта на горнорудных предприятиях была принята к производству очередная установка сухого пылеулавливания, существенно отличавшаяся от защищавшейся по а.с. 617609.

3. Рассматриваемая установка сухого пылеулавливания состоит из малообъемного пылеприемника, пылеосадительной камеры-бункера, парного циклона, вентилятора отсоса пыли, камеры рукавных фильтров, соединенных между собой пылепроводами. Соединенные в указанной последовательности, пылеприемник, пылесоединительный бункер и парный циклон работают под разрежением и запыления не образуют. Рукавные фильтры работают под избыточным (против атмосферного) давлением. Очищенный воздух выходит из рукавных фильтров непосредственно в атмосферу.

Испытания установки и длительный опыт эксплуатации определил некоторые достоинства установки.

Так, вся буровая мелочь удаляется (отсасывается) от скважины в пылеосадительный бункер и циклоны, где штыба оседает, а запыленный воздух нагнетается в рукавные фильтры. Налицо полная механизация уборки буровой мелочи от устья скважины, что и предопределило практический интерес к этой установке, эксплуатирующейся до сих пор.

Однако установке присущ и ряд крупных недостатков, официально подтвержденных.

3.1. По-прежнему не решена кардинально проблема уплотнения по штанге корпуса пылеприемника, в результате прорывы запыленного воздуха регулярно имеют место. Смена изношенных уплотнений трудоемка и неоперативна.

3.2. Пневмотранспорт крупной "штыбы" требует энергонасыщенного вентилятора (до 30 кВт).

3.3. Пневмотранспорт крупной "штыбы" приводит к интенсивному абразивному износу самого вентилятора, соединительных пылепроводов, пылеосадительной камеры и парных циклонов.

Выбуренная и осажденная в установке масса породы ведет к изменению центровки в поперечном направлении, что неблагоприятно сказывается на антивибрационной обстановке кабины машиниста.

3.4. Высокие энергетические параметры воздушного потока пневмотранспорта отрицательно влияют на долговечность тканевых рукавных фильтров, приводя, во-первых, к их интенсивному износу, во-вторых, к повышенным механическим усилиям на разрыв, местным порывам и возникновению местных очагов пыления.

3.5. Неизбежные разуплотнения в камере рукавных фильтров и других соединениях, работающих под избыточным давлением, приводят к систематическому пылению, ухудшению экологической и местной санитарной обстановки и ставят под вопрос целесообразность данного способа пылеулавливания.

3.6. Встряхиватель рукавных фильтров гребенчатой конструкции крайне неэффективно производит передачу энергии на рукава, в результате чего, во-первых, уловленная пыль не до конца выбивается из ткани, во-вторых, происходит взаимное перемещение поверхности рукава и ведущего элемента гребенки, в результате чего происходит местное истирание тканевого рукава и, как следствие, разрыв стенки.

3.7. Нерегулируемый залповый и открытый выброс осаженной в бункерах установки буровой мелочи при очистке приводит к дополнительному образованию интенсивного пылевого облака, сводящего, по сути, на нет всю работу установки пылеулавливания. Отрицательный эффект особенно усиливается при неблагоприятной ветровой обстановке.

4. Отмеченные в п.1, 2, 3 недостатки существующих установок сухого пылеулавливания привели к необходимости коренной переработки устоявшихся стереотипов и традиционных решений, не дающих, как выяснилось выше, желаемого результата, и замене их на предложенные ниже.

Предлагается установка сухого пылеулавливания (фиг. 1), включающая в себя пылеприемник 1, скребковый конвейер 2, циклонную пару 3, камеру рукавных фильтров 4, оборудованную встряхивателем 5 и защитными зонтами 6, отсасывающий вентилятор 7, при этом с одной стороны пылеприемник, камера циклонов, камера рукавных фильтров и отсасывающий вентилятор соединяются между собой пылепроводами, организуя пневмотранспорт запыленного воздуха от устья скважины через камеру рукавных фильтров в атмосферу, с другой стороны пылеприемник соединяется со скребковым транспортером, образуя механический транспортер для удаления от устья скважины выпавшей в осадок буровой мелочи ("штыбы").

Основным элементом предлагаемой установки является пылеприемник, осуществляющий разделение выдуваемой из скважины буровой мелочи на твердый осадок, выпадающий внутри пылеприемника, выводимый затем наружу и удаляемый механически от устья скребковым конвейером, и на запыленную воздушную смесь, отсасываемую вентилятором через парные циклоны и камеру рукавных фильтров в атмосферу. Благодаря превышению (исходное требование) производительности вентилятора над производительностью продувочного компрессора, внутренняя полость пылеприемника находится всегда под отрицательным давлением, что обеспечивает принципиально отсутствие пыления через неплотности и рабочие отверстия, за исключением верхнего уплотнения по штанге, постоянно подвергающегося воздействию концентрированно выходящей воздушной струи из скважины.

Для разрушения концентрированного воздушного потока и отвода его в стороны служит кольцевой конусный отражатель, помещенный внутри корпуса пылеприемника соосно буровой штанге.

Пылеприемник (фиг. 2) представляет собой прямоугольный корпус 11, имеющий сверху подвижный люк 18, несущий на себе центраторы 13, внутри конусный кольцевой отражатель 14, состоящий из двух шарнирно установленных и подпружиненных полуконусов с наружным ручным приводом 15 (фиг.3 ) для разведения полуконусов в стороны для прохода долота, снизу шарнирно закрепленный люк 16 с двумя запорами, несущий на себе шарнирно присоединенное виброднище 17 с приводом от вибратора 8, спереди патрубок для соединения с отводящим пылепроводом, сзади прямоугольное отверстие для выгрузки крупной буровой мелочи ("штыбы") и поступления воздуха внутрь пылеприемника.

На корпусе пылеприемника сзади имеются два кронштейна для крепления на них скребкового цепного конвейера 9 с разравнивателем 10 для отгребания "штыбы" от пылеприемника и разравнивания ее по поверхности уступа. На нижнем люке 16 установлена труба для прохода бурового става с долотом. На трубе установлен шарнирно, в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, уплотнительный (опорный) конус 28. Конус имеет уплотнители 27, 29, 33 (фиг. 6), на трубе установлен датчик воды 34.

Корпус пылеприемника имеет на себе две направляющие 24, взаимодействующие с направляющими 25, установленными на платформе станка, для исключения нарушения соосности пылеприемника и бурового става при установке пылеприемника на ось скважины.

Для подъема и опускания пылеприемника служат два ходовых винта 26, расположенных симметрично относительно оси бурения, движущихся в направляющих и получающих подъемное усилие от двух редукторов с общим электродвигателем.

Верхний люк крепится к корпусу четырьмя выпускающими прижимами 30, позволяющими люку через центраторы следовать за изменениями положения буровой штанги. По периметру люк имеет уплотнение 18. На внутренней поверхности корпуса закрепляются защитные листы, заменяемые по мере износа. Полуконуса отражателя также имеют сменные элементы 31, заменяемые по мере износа (фиг. 4).

Для оперативной замены долота полуконуса отражателя с помощью ручки 32 привода 15 (фиг. 4, 5) отводятся в стороны, фиксируются защелкой. Половинки центратора также вручную могут быть оперативно разведены в стороны для беспрепятственного прохода долота. Виброднище отделено от нижнего люка резиновой прокладкой.

Скребковый конвейер 9 (фиг. 2) с разравнивателем 10 состоит из рамы 22, соединяющейся с одной стороны с корпусом пылеприемника шарнирно посредством двух кронштейнов, с другой стороны с помощью двух опорных катков 19 в направляющих на платформе станка. На раме смонтированы привод скребковой ленты, состоящий из мотор-редуктора 20 с натяжным устройством, двух валов с опорными звездочками для скребковой цепи 21, промежуточной цепи, кожухов и щитков защиты от пыли и атмосферных осадков, муфты предельного момента, нижних ручьевых направляющих, обеспечивающих прямолинейность нижнего участка скребковой цепи, промежуточных опорных звездочек, уменьшающих длину свободно провисающего верхнего участка цепи.

Лопатки 23 скребковой ленты располагаются под углом 5-6^o к поперечной оси ленты, так что лопатки поочередно перемещают "штыбу" преимущественно к одной из сторон ленты, обеспечивается тем самым равномерное заполнение пространства под конвейером. Разравниватель 10 представляет собой два симметрично расположенных лопастных параллелограммных устройств с приводом от отдельных гидроцилиндров, служащих для перемещения буровой мелочи из-под скребкового конвейера в обе стороны.

Встряхиватель 6 (фиг. 1) представляет собой многоместную гребенку, установленную на вертикальных качающихся стойках, реверсивный гидропривод с автоматической установкой нейтрального положения. Новым в данной конструкции является следующее.

1. Предусматривается только одна точка воздействия гребенки на рукав, а именно посредине рукавов.

2. Предусматривается жесткое (неподвижное), по всему периметру рукава, соединение рукава и элемента гребенки с помощью внешнего опорного кольца и хомута (фиг. 8). Рукав 37 надевается на кольцо 35 таким образом, что образуется петлеобразная натяжка рукава на кольце, позволяющая, во-первых, оставить свободными внутренний проход воздуха всего рукава, во-вторых, свободно установить снаружи хомут 36 на рукав и кольцо. Для обеспечения петлеобразования служит оправка 38.

На фиг. 1 изображена установка сухого пылеулавливания УСПУ-БСШ, на фиг. 2 пылеприемник и скребковый конвейер, вид сбоку, на фиг. 3 то же, вид сверху, на фиг. 4 установка полуконусных отражателей, вид сбоку, на фиг. 5 - то же, вид сверху, на фиг. 6 уплотнительный конус, вид сбоку, на фиг. 7 - разрез А-А на фиг. 6, на фиг. 8 крепление рукава к гребенке встряхивателя.

Работа пылеприемника и разравнивателя происходит в следующем порядке (фиг. 2).

В походном (переезд от скважины к скважине) положении пылеприемник электроприводом поднят в крайнее верхнее положение II. Скребковый конвейер занимает примерно горизонтальное положение. Буровой став поднят вверх до положения, когда шарошечное долото находится в уплотнительном конусе.

После переезда к очередной скважине и горизонтирования буровой став опускается до упора на грунт, затем зажимается в гидропатроне. Электроприводом на грунт также опускается пылеприемник со скребковым конвейером. Уплотнительный конус благодаря карданному подвесу устанавливается строго с имеющемуся уклону поверхности, мелкие неровности компенсируются круговым наружным уплотнителем. Скребковый конвейер занимает наклонное положение I, обеспечивая движение скребков "снизу-вверх-назад" для образования из отгребаемой мелочи холма, который затем разравнивателем понижается по поверхности уступа. В процессе бурения выдуваемая из скважины буровая мелочь, представляющая из себя смесь фракций различной крупности, в т. ч. и пылевую фракцию, ударяется в конусную поверхность отражателя и расходится равномерно в стороны от буровой штанги, тем самым устраняется концентрация воздушной струи в щель между уплотнениями и штангой. Расходящийся с большой скоростью воздушный поток неизбежно должен образовывать разрежение (эффект эжекции), что только улучшает условия отвода потока от щели. За счет превышения расхода вентилятора над производительностью компрессора (основное условие беспылевой работы установки) в пылеприемнике всегда поддерживается отрицательное давление воздуха, т. е. разрежение, в результате запыленный воздух не может попасть в атмосферу из пылеприемника, а обязательно отсасывается в циклон, далее в - рукавные фильтры.

Отраженные от конусного отражателя крупные частицы, потеряв скорость, падают на виброднище и выбрасываются под скребковый конвейер. Скребки конвейера, захватывая порцию буровой мелочи движением "под себя", перемещают эту порцию от корпуса пылеприемника. Поскольку скребки движутся по наклонной линии вверх, то постепенно образуется холмообразная насыпь под конвейером. Предельная высота холма определяется высотой, в т. ч. и горизонтирования бурового станка. С помощью разравнивателя высота насыпи уменьшается, чтобы в дальнейшем, по окончании бурения, обеспечить беспрепятственное движение. Кроме того, разравнивание позволяет увеличить объем размещаемой под станком буровой мелочи, тем самым позволяя без проблем бурить глубокие скважины.

Для смены изношенных элементов конусного отражателя, осмотра внутренних элементов пылеприемника верхний люк может быть механизированно отсоединен от пылеприемника и закреплен на платформе так, что обратная сборка не представляет проблем. Для закрепления верхнего люка на платформе половинки центратора разводятся на 180^o против рабочего положения III (фиг.3), так что они могут теперь закрепляться на платформе, а с ними и сам люк. Пылеприемник в этом случае может быть опущен на грунт.

Предусматривается оперативное разъединение конвейера и пылеприемника на время перегонки станка с участка на участок, т. к. рабочий орган (вместе с пылеприемником) должен быть уложен в горизонтальное положение. Конвейер крепится передним концом к платформе.

Встряхивание рукавов производится в результате реверсивного импульса, горизонтально воздействующего на середину рукава и волнообразно передаваемого затем по всей длине вертикально подвешенного рукава. Т. к. тканевый рукав и опорное кольцо сцеплены между собой хомутом, то рукав не испытывает истирающих воздействий.

Защитные зонты 6 (фиг. 1) на каждом выпускном люке служат для защиты внешней среды от запыления при выбросе мелкодисперсной пыли из камеры рукавных фильтров и бункера циклонов.

Применение: для очистки запыленного воздуха с одновременным удалением от скважины буровой мелочи при шарошечном бурении взрывных скважин. Сущность изобретения: установка сухого пулеулавливания содержит пылеприемник, установленный над устьем скважины посредством опорного самоустанавливающегося конуса и имеющий корпус с наклонным днищем и виброприводом, самоцентрирующийся отражательный конус, расположенный внутри корпуса. Корпус пылеприемника выполнен с отверстием для вывода буровой мелочи, рядом с которым установлен скребковый конвейер. Пылеприемник сообщен через циклонную пару с камерой тканевых рукавных фильтров, имеющей встряхиватель поперечного действия с многоместным подвижным элементом, жестко соединенным с каждым рукавом рукавного фильтра. 5 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Установка сухого пылеулавливания, включающая пылеприемник, установленный над устьем скважины и сообщенный через циклонную пару с камерой тканевых рукавных фильтров, имеющей встряхиватель поперечного действия и сообщенной с отсасывающим вентилятором, отличающаяся тем, что установка снабжена скребковым конвейером, а пылеприемник снабжен самоустанавливающимся на скважине опорным конусом, самоцентрирующимся отражательным кольцевым конусом, расположенным внутри корпуса пылеприемника, и наклонным днищем с виброприводом, корпус пылеприемника выполнен с отверстием для вывода буровой мелочи, рядом с которым установлен скребковый конвейер, при этом многоместный подвижный элемент встряхивателя жестко соединен с каждым из тканевых рукавов рукавного фильтра, а выпускные люки камеры рукавных фильтров и циклонной пары снабжены пылезащитными зонтами. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что кольцевой конусный отражатель выполнен в виде двух полуколец, установленных шарнирно, и снабжен механизмом их отвода от буровой штанги. 3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что пылеприемник снабжен кольцевым центратором, состоящим из двух полуколец, установленных шарнирно для обеспечения возможности их отвода от буровой штанги, центратор установлен в верхней части пылеприемника на подвижном люке для обеспечения радиального смещения люка, несущего на себе кольцевой конусный отражатель, для обеспечения радиального смещения этого отражателя при смещении буровой штанги. 4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что многоместный подвижный элемент встряхивателя выполнен в виде гребенки, расположенной в средней части рукавов, а жесткое соединение каждого рукава с элементом гребенки выполнено в виде опорного кольца, закрепленного на гребенке, и внешнего хомута. 5. Установка по п.1, отличающаяся тем, что пылезащитные зонты выпускных люков выполнены тканевыми.