一种矿用龙卷抽气式空气过滤净化及除湿降温系统

1.本发明涉及矿井粉尘及高温高湿热害防治技术领域，具体涉及一种矿用龙卷抽气式空气过滤净化及除湿降温系统。


背景技术：

2.现在我国的能源结构仍然是以煤为主，占60％左右。我国的煤炭生产以井工开采为主，其产量占煤炭总产量的90％以上。随着现代化进程的发展和对安全生产重视的提高，我国煤矿安全生产状况显著改善，事故发生率和死亡人数呈逐年下降趋势，尤其是表征煤炭安全生产能力的百万吨死亡率，正逐渐缩小与国外先进产煤国家的差距。但在煤矿开采过程中也暴露出了较为严重的粉尘污染问题，随着采掘机械化程度和开采强度的不断提高，井下矿尘量不断增加，不仅对作业环境造成了严重的污染，还对职业健康造成了严重的危害。近年来，煤矿粉尘防控与职工身体健康问题越来越得到国家的重视。因此大力推动煤矿粉尘防控和职业病防治技术的发展显得尤为迫切和必要。
3.另一方面随采矿工业的发展，矿井开采深度逐渐增加，综合机械化程度不断提高，地热和井下设备向井下空气散发热量的显著增加，严重恶化了职工劳动环境。医学部门对高温环境中作业的矿工所患疾病调查结果显示：头晕100％；眼花58％；头痛和乏力占45％。在高温、高湿、繁重的体力劳动环境中，能量代谢大大加快，产热量增多，出汗也需加大，而相对排汗量下降，体内热量散发不出去，就会有很大的可能发生热病。
4.高尘、高温、高湿的生产环境必然使劳动生产效率降低，所以创造一个良好的劳动环境，无疑是对矿工劳动能力的发挥是有益的，同时也将大大提高劳动生产效率。
5.因此，鉴于以上问题，高效的收集井巷掘进过程中产生的粉尘和降低巷道综掘面的热害是一项刻不容缓的任务。该矿用龙卷抽气式空气过滤净化及除湿降温系统就可以有效的解决以上问题，改善矿工的劳动环境，提高生产效率。


技术实现要素：

6.本发明目的在于针对目前存在的现状，为解决上述问题，本发明提供一种矿用龙卷抽气式空气过滤净化及除湿降温系统，所述系统包括龙卷气旋发生装置、空气降温除湿装置以及粉尘过滤净化装置；
7.龙卷气旋发生装置包括压入式通风机、垂直风管、集尘罩，压入式通风机分别通过四根垂直风管压入洁净风流从而形成气旋，气旋在集尘罩的抽吸作用下形成上旋的龙卷风；
8.所述空气降温除湿装置包括含冰水箱、空气干燥箱，可对龙卷气旋发生装置吸入的高温高湿含尘气体进行降温除湿；
9.所述粉尘过滤净化装置包括滤筒、抽出式通风机、自动脉冲清灰系统，滤筒将经降温除湿的含尘气流过滤净化，抽出式通风机为集尘罩的抽吸作用、空气降温除湿及滤筒过滤净化提供动力，自动脉冲清灰系统在滤筒阻力攀升至阈值时自动喷发脉冲气流，除去滤
筒载尘，降低滤筒阻力。
10.优选的，所述的龙卷气旋发生装置依据龙卷风形成原理，通过压入式通风机将降温、除湿、净化过后的新鲜空气送入四根垂直风管，空气从四根垂直风管管壁内侧均匀布置的孔口吹出，从而形成垂直于管壁的横向风幕，风幕在集尘罩下部形成气旋，气旋在集尘罩的抽吸作用下形成上旋的龙卷风，抽出式通风机为集尘罩提供抽吸动力，龙卷气旋的中心是旋转上升的气流，依靠高速旋转上升的气流形成压强差卷吸掘进面周围的矿尘。
11.优选的，所述的龙卷气旋发生装置中的四根垂直风管分别垂直安设在贴近掘进巷壁呈正方形对称分布，由压入式通风机将降温除湿过滤净化后的气体通过管路给每个垂直风管送去等量的风，每个垂直风管的上端开口，下端封闭，只在管壁内侧均匀布置大小相等的孔口，由孔口处吹出垂直于管壁的横向风，形成四面绕流风幕，进而形成气旋。
12.优选的，所述的龙卷气旋发生装置中的垂直风管，垂直风管高1800mm，风管内径为180mm,在管壁外侧从上往下均匀布置10个圆孔，且圆心在同一条直线上，每个圆孔的直径为50mm。
13.优选的，所述的粉尘过滤净化装置中的滤筒的滤料采用驻极体纤维，所述自动脉冲清灰系统根据布置在滤筒顶部和底部压力传感器设定的压差阈值，自动开启电磁脉冲阀对滤筒进行喷吹，除去滤筒上捕集的粉尘。
14.优选的，所述空气降温除湿装置中的含冰水箱使龙卷气旋装置吸入的含尘气体通过含有冰水混合物的水箱实现空气降温，含冰水箱规格为 1000*1000*1000mm3，在两侧距离顶部100mm处对称开有用于通风的孔径，降温后的气体温低于22℃。
15.优选的，所述空气降温除湿装置中的空气干燥箱对降温过的气体进行干燥，降低空气相对湿度，空气干燥箱的大小规格及通风口位置与含冰水箱相同，空气干燥箱填充的干燥剂为蒙脱石。
16.本发明的有益效果：
17.(1)本发明的优点是相对于传统的掘进面除尘器的集尘效果差，该装置可高效的收集粉尘，净化空气，减少矿工对粉尘的吸入量以及尘肺病的发生，保护劳动者的生命和健康权益，保障煤炭安全绿色开采。
18.(2)本发明的优点是该系统中的结构都是活动构件可以随着掘进面的推进进行调整，该系统占用空间小，可以在受限空间内改善矿工作业环境，提高矿工的劳动效率。
19.(3)本发明的优点是矿用龙卷抽气式空气过滤净化及除湿降温系统可以实现含尘空气的降温除湿与过滤净化，有效的改善矿工高尘、高温、高湿的劳动环境，避免矿工中暑、热害疾病以及尘肺病的发生，提高工作效率。
附图说明
20.图1为本发明的总体结构示意图；
21.图2为垂直风管的俯视图；
22.图3位垂直风管的侧视图。
23.图中的数字或序号代表装置或零部件的名称：
24.1-集尘罩；2-空气干燥箱；3-含冰水箱；4-自动脉冲清灰系统；5-滤筒；6-抽出式通风机；7-压入式通风机；8-垂直风管；
25.①
、
②
、
③
、
④‑
垂直风管的序号；
26.8-1-垂直风管管体；8-2钻孔；8-3风向。
具体实施方式
27.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行进一步详细的描述，但本发明并不局限于下述实施例。基于本发明中的实施例，在本领域中的普通技术人员没有做出创造性劳动的前提下所取得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
28.一种矿用龙卷抽气式空气过滤净化及除湿降温系统，所述系统包括龙卷气旋发生装置、空气降温除湿装置以及粉尘过滤净化装置；
29.龙卷气旋发生装置包括压入式通风机7、垂直风管8、集尘罩1，压入式通风机7分别通过四根垂直风管压入洁净风流从而形成气旋，气旋在集尘罩1的抽吸作用下形成上旋的龙卷风；
30.所述空气降温除湿装置包括含冰水箱2、空气干燥箱3，可对龙卷气旋发生装置吸入的高温高湿含尘气体进行降温除湿；
31.所述粉尘过滤净化装置包括滤筒5、抽出式通风机6、自动脉冲清灰系统4，滤筒5将经降温除湿的含尘气流过滤净化，抽出式通风机6为集尘罩 1的抽吸作用、空气降温除湿及滤筒5过滤净化提供动力，自动脉冲清灰系统4在滤筒5阻力攀升至阈值时自动喷发脉冲气流，除去滤筒载尘，降低滤筒阻力。
32.所述的龙卷气旋发生装置依据龙卷风形成原理，通过压入式通风机7 将降温、除湿、净化过后的新鲜空气送入四根垂直风管8，空气从四根垂直风管8管壁内侧均匀布置的孔口吹出，从而形成垂直于管壁的横向风幕，风幕在集尘罩1下部形成气旋，气旋在集尘罩1的抽吸作用下形成上旋的龙卷风，抽出式通风机6为集尘罩1提供抽吸动力，龙卷气旋的中心是旋转上升的气流，依靠高速旋转上升的气流形成压强差卷吸掘进面周围的矿尘。
33.所述的龙卷气旋发生装置中的四根垂直风管8分别垂直安设在贴近掘进巷壁呈正方形对称分布，由压入式通风机7将降温除湿过滤净化后的气体通过管路给每个垂直风管8送去等量的风，每个垂直风管8的上端开口，下端封闭，只在管壁内侧均匀布置大小相等的孔口，由孔口处吹出垂直于管壁的横向风，形成四面绕流风幕，进而形成气旋。
34.所述的龙卷气旋发生装置中的垂直风管8，垂直风管高1800mm，风管内径为180mm,在管壁外侧从上往下均匀布置10个圆孔，且圆心在同一条直线上，每个圆孔的直径为50mm。
35.所述的粉尘过滤净化装置中的滤筒5的滤料采用驻极体纤维，所述自动脉冲清灰系统4根据布置在滤筒顶部和底部压力传感器设定的压差阈值，自动开启电磁脉冲阀4对滤筒进行喷吹，除去滤筒上捕集的粉尘。
36.所述空气降温除湿装置中的含冰水箱2使龙卷气旋装置吸入的含尘气体通过含有冰水混合物的水箱实现空气降温，含冰水箱规格为 1000*1000*1000mm3，在两侧距离顶部100mm处对称开有用于通风的孔径，降温后的气体温低于22℃。
37.所述空气降温除湿装置中的空气干燥箱3对降温过的气体进行干燥，降低空气相对湿度，空气干燥箱3的大小规格及通风口位置与含冰水箱2 相同，空气干燥箱3填充的干燥剂为蒙脱石。
38.压入式风机将洁净干燥的新鲜风流通过管道从上端为每一个垂直风管送去等量
的风，风流从管壁的孔口吹出形成垂直于管壁的横向风幕，风幕在集尘罩下部形成气旋，气旋在集尘罩的抽吸作用下形成上旋的龙卷风，抽出式通风机可为集尘罩提供抽吸动力。由于龙卷气旋的中心是旋转上升的气流，高速旋转气旋的内部气压低于掘进面周围环境的大气压，在压强差的作用下掘进工作面周围产生的矿尘可被卷吸入集尘罩内。含尘气流通过管道先后进入冰水箱、干燥箱进行降温、除湿。经过降温除湿过后的含尘气体进入粉尘过滤净化装置，洁净的气体从粉尘过滤净化装置的出气口在抽出式通风机的动力下流出。最后干燥、洁净、凉爽的空气通过压入式通风机7将其压入垂直风管，形成一个循环。如此循环往复便将含粉尘的湿热污风带走，送来洁净、凉爽、干燥的新风。
39.如图2所示，所述龙卷风气旋发生装置的4根垂直风管对称分布。
①
号垂直风管和
③
号垂直风管的钻孔吹出风向在一条直线上，
②
号垂直风管和
④
号垂直风管在一条直线上，且两条直线之间的夹角为90
°
。在四个方向的环绕流动的风幕在顶部集尘罩抽吸力的作用下形成向上的龙卷气旋。
40.如图3所示的，所述龙卷气旋发生装置的垂直风管的侧视图，垂直风管高1800mm左右，管内直径约为180mm,在管壁外部从上往下均匀布置10 个圆孔，且圆心在同一条直线上，每个圆孔的直径为50mm。从孔口处吹出的风为垂直于管壁的横向风。
41.形成龙卷气旋风量的大小可以通过对风机功率的调节来实现。所述各装置下部均设有滚轮结构，根据掘进面的向前推进进行移动。
42.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现和使用本发明。对这些实施例的多种修改方式对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。