一种独头巷道气-雾两相流控降尘系统及方法与流程

1.本发明属于掘进面巷道降尘领域，涉及一种独头巷道气-雾两相流控降尘方法。


背景技术：

2.隧道施工或者井下采掘面掘进会形成独头巷道，随着工作面的推进，产生大量的岩、煤粉尘，在半封闭的工作断面为给操作工人提供新鲜空气并防止封堵断面有毒有害气体的积聚，需要采用长距离风筒供应大风量的新鲜风流吹向封堵断面，并通过负压风筒将置换的污风抽出巷道。这种压入式通风方式，在供风时，很大的气流直吹向封堵断面，受到断面及设备的拦截反弹作用，形成速度方向不一、风速大小不一的乱流，紊态的气流挟裹着粉尘以极高的速度扩散到巷道的各个地方，单单靠一个风筒局部的抽风排尘，远远未达到满足工人正常工作的要求。工作面环境极度恶劣，无法视物，特别是严重危害操作工人身体健康，必须要进行控降尘处理，否则无法工作。
3.目前常用的降尘方式主要有喷雾洒水降尘、或者采用控风、除尘装置配合来解决独头巷道粉尘问题，但是前者普遍采用水雾喷头洒水降尘，用水量很大，容易造成工作面湿度超标，传感、监测器件失灵、降尘效率不高，若采用喷水量极小的云雾喷头，在压风筒气流直吹向封堵断面，受到断面及设备的拦截反弹作用，形成速度方向不一、风速大小不一的乱流，紊态的气流挟裹着粉尘以极高的速度扩散到巷道的各个地方的情况下，云雾喷头所产生的云雾团根本无法满足巷道内的降尘效果；采用控风、除尘装置的控除尘效果较好,但存在占地面积大、耗水耗电量大、噪声大等问题，造成工人操作不方便、体感不舒适。
4.所以目前急需一种控除尘效果较好，耗水耗电量小的降尘系统和方法，以解决巷道内高粉尘、高湿度的问题，改善施工设备和工人的作业环境。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种独头巷道气-雾两相流控降尘系统及方法，降低巷道的粉尘和湿度，改善工人作业环境。
6.为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.一种独头巷道气-雾两相流控降尘系统，包括用于提供新风的压风筒以及用于抽风的抽风筒，其特征在于：包括导流风筒和云雾喷头，所述压风筒为附壁风筒，所述导流风筒包括风筒本体、锥形导流筒以及风筒支架，所述风筒本体通过风筒支架放置在巷道地面上，一端连接压风筒，另一端封闭，其上部设有出风口，所述锥形导流筒同轴设置在风筒本体内且锥形导流筒的大径端连接在风筒本体的封闭端、以实现将压入风从直吹工作面导向沿风筒本体的出风口吹出。
8.在所述风筒本体上位于出风口的两侧均设有多个云雾喷头，各云雾喷头的入口连接供水管路，所述抽风筒设置巷道中间区域。
9.进一步，所述供水管路上设有过滤装置，以保证云雾喷嘴的供水通畅。
10.进一步，所述锥形导流筒内部填充消音棉。
11.进一步，所述出风口采用向两侧扩张的斜坡口结构。
12.进一步，在所述出风口上设有出风口宽度调节装置，所述出风口宽度调节装置为若干均匀分布在出风口上的螺栓。
13.本发明还提供一种基于气-雾两相流控降尘系统的独头巷道气-雾两相流控降尘方法，包括以下步骤：
14.a.压风筒中的新鲜风流在导流风筒的作用下，从直吹工作面方向变成沿导流风筒上方的出风口吹出，风流在附壁效应的作用下变为沿巷道横断面的旋转运动，压风筒持续不断地供风情况下，风流向巷道掘进面方向螺旋推进，形成一个平行与掘进面的阻挡风幕；
15.b.安装在导流风筒上出风口两侧的云雾喷头，产生粒径＜15微米的、带有微电荷的云雾，出风口吹出的风流挟裹云雾，形成沿巷道横断面旋转的气-雾两相流“幕帐”，在向巷道封堵断面螺旋推进的过程中，与空气中的粉尘产生大规模、长时间的拦截、碰撞、电荷吸附、浸润、缠绕的相互作用后，大部分粉尘和雾粒形成聚合气溶胶团沉降下来；
16.c.最后通过设在巷道中间区域的抽风筒将少部分未捕集到的粉尘和小的气溶胶团以及污浊空气统统抽走。
17.本发明的有益效果在于：
18.1、本发明在巷道原有的抽排风系统的基础上进行改进，压风风筒末端加装导流风筒，将风流从径向吹出改为沿导流风筒上设置的出风口向上吹出，并利用气流的附壁效应，产生与巷道横断面平行并螺旋向封闭断面推进的风幕；在导流风筒的出风口两侧各装有若干云雾喷头，喷出带有电荷的、粒径＜15微米的云雾团，云雾团在风幕的挟裹下，形成气-雾两相流，一块沿巷道断面向封闭工作面推进；封闭断面施工产生的粉尘不再有急速气流将之吹散，反而在不断推进的气-雾两相流“幕帐”面前，粉尘被阻挡下来，无法逃逸出去，粉尘在与气-雾两相流的旋转混流运动过程中与微雾粒通过拦截、碰撞、电荷吸附、浸润等作用，被捕集下来。极微小的液固气溶胶被抽尘风筒抽出工作面，体积大、重量大的气溶胶团沉降到地面，因气溶胶团的黏附性，无法二次飘散，具有极好的降尘效果。
19.2、本发明采用了导流风筒产生的风幕挟裹云雾喷头产生的云雾形成气-雾两相流“幕帐”，在达到极好的降尘效果的同时只需极少的用水量，解决了独头巷道因高尘、高湿的恶劣环境导致的一些高精度仪器、仪表、智能设备无法正常工作的困境，使得自动化监测、监控、电控设备应用技术和水平得到提高，实现了独头巷道智能化施工操作，矿、隧道自动化作业得到安全保障，工人作业环境得到改善，节省了很大的人力和物力。
20.本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
21.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
22.图1为本发明的结构示意图1；
23.图2为本发明的结构示意图2；
24.图3为导流风筒的结构示意图1；
25.图4为导流风筒的结构示意图2；
26.图5为风流分布断面示意图1；
27.图6为风流分布断面示意图2。
28.附图标记：1-供水管路、2-压风筒、3-导流风筒、4-云雾喷头、5-掘进装置、6-抽风筒、7-锥形导流筒、8-风筒本体、9-出风口宽度调节装置。
具体实施方式
29.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
30.其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
31.本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
32.实施例1
33.请参阅图1～图4，为一种独头巷道气-雾两相流控降尘系统，包括压风筒2、导流风筒3、云雾喷头4以及抽风筒6，所述压风筒2采用附壁风筒，压风筒2的出口端连接导流风筒3将压入风从直吹工作面导向沿导流风筒3的上方吹出，并随着工作面推进而移动，在巷道的中间区域设有抽风筒6以抽吸少部分未捕集到的粉尘、小的气溶胶团以及污浊空气。
34.其中所述导流风筒3采用不锈钢制成，包括风筒本体8、锥形导流筒7以及风筒支架，所述风筒本体通过风筒支架放置在巷道地面上，一端连接压风筒2，另一端封闭，其上部设有狭长的出风口，所述锥形导流筒7同轴设置在风筒本体8内且锥形导流筒7的大径端连接在风筒本体8的封闭端、以实现将压入风从直吹工作面导向沿风筒本体(8)的出风口吹出；在锥形导流筒7的迎风端采用子弹头形制的导流罩以减少风流的阻力。
35.在所述出风口的两侧均设有多个云雾喷头4，云雾喷头4连接供水管路1，所述供水管路1上设有精密过滤装置以保证云雾喷头4的喷雾效果，云雾喷头4是一种能够产生粒径＜15微米的、带有微电荷的云雾团的装置，其入口连接的供水管路上设有的精密过滤装置保障管路不堵塞，云雾喷头4能够持续工作，云雾喷头4的耗水量极小，不会对巷道的湿度造成太大的影响。
36.所述抽风筒6设置在位于巷道中央的位置，将抽风筒6设置在位于巷道中央的位置是压风筒2压入的新鲜风流在导流风筒3作用下，从直吹工作面方向变成沿导流风筒3上方的出风口吹出，风流在附壁效应的作用下变为沿巷道横断面的旋转运动，压风筒2持续不断地供风情况下，风流向巷道掘进面方向螺旋推进，形成一个平行与掘进面的阻挡风幕，并且中间区域为弱风流的低速区，将抽风筒6安装在巷道的中间区域能够更好抽走没有沉降的粉尘以及加快风流循环，保证巷道内的通风循环。
37.具体的，所述锥形导流筒7内部填充消音棉以减弱风流在急速换向时产生的噪声，所述出风口采用向两侧开口的斜坡口结构以便充分挟裹云雾团，同时阻挡粉尘进入云雾喷头4中，在所述出风口上设有出风口宽度调节装置9，所述出风口宽度调节装置9为若干均匀分布在出风口上的螺栓，通过调节螺栓的松紧程度即可实现出风口宽度的调节，简单可靠。
38.实施例2
39.本发明还提供一种独头巷道气-雾两相流控降尘方法，包括以下步骤：
40.压风筒2中的新鲜风流在导流风筒3的作用下，从直吹工作面方向变成沿导流风筒3上方的出风口吹出，向上和侧向上的风流由于附壁效应的作用，在巷道边壁的影响下变为沿巷道横断面的旋转运动，并在持续不断地供风情况下，向巷道掘进面方向螺旋推进，形成一个平行于掘进面的阻挡风幕，并且中间区域为弱风流的低速区；安装在导流风筒3上出风口两侧的云雾喷头4，产生粒径＜15微米的、带有微电荷的云雾，出风口吹出的气流挟裹云雾，形成沿巷道横断面旋转的气-雾两相流“幕帐”，在向巷道封堵断面螺旋推进的过程中，与空气中的粉尘产生大规模、长时间的拦截、碰撞、电荷吸附、浸润、缠绕的相互作用后，大部分粉尘和雾粒形成聚合气溶胶团沉降下来；最后通过设在中间区域的抽风筒6将少部分未捕集到的粉尘和小的气溶胶团以及污浊空气统一抽走。
41.请参阅图5～6，为独头巷道内的风流分布断面示意图，图5所示的风流分布断面示意图为现有技术下采用压风筒配合抽风筒的情况下所检测到的风流情况，这种压入式通风方式，在供风时，很大的气流直吹向封堵断面，受到断面及设备的拦截反弹作用，形成速度方向不一、风速大小不一的乱流，紊态的风流挟裹着粉尘以极高的速度扩散到巷道的各个地方，单单靠一个风筒局部的抽风排尘，远远未达到满足工人正常工作的要求，工作面环境极度恶劣，无法视物，严重危害操作工人身体健康；图6所示的风流分布断面示意图是在使用本发明的所提出的气-雾两相流控降尘系统之后进行检测得到的风流分布断面示意图，风流稳定且逐步推进，不会对粉尘造成冲击，所以能够保证粉尘不会被紊乱的风流吹散有利于云雾团对粉尘的聚拢和沉降，从而达到极好的降尘效果，而且用水耗电量都极少，达到了降尘、低湿的目的。
42.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。