井下矿尘高效净化处理装置
技术领域
本发明涉及煤矿井下漂浮煤尘污染处理技术领域，具体是一种速度可控的井下矿尘高效净化处理装置。
背景技术
采煤机在割煤和支架移架放顶煤过程中都将产生大量的煤尘，在风流作用下，漂浮于采煤工作面及回风顺槽中，随着煤矿开采工艺不断改进，对井下环境的治理要求越来越高。目前井下的采掘工作面、运煤转载点、煤仓上口、巷道中主要是通过喷雾降尘；同时也采用了一些辅助手段如煤体注水、掘进工作面安设防爆湿式除尘风机和各式各样的巷道风流净化水幕、挂防尘帘等等一系列的防尘工艺及设备，虽然这些工艺与设备的应用，可以初步解决井下粉尘随风飘的问题，但这些工艺和设备只能将粗大颗粒的矿尘进行随喷随降，对细小的粉尘的除尘效果却较差，且随之而来会带来一些新的问题，例如掘进工作面主要的降尘手段（喷雾降尘），会使得巷道中污水横流，工人师傅每天上下班都走在煤泥水中。虽有一些相对应的处理措施，比如挖水仓，但是巷道每天都在掘进，不可能每天都挖一个水仓。在这种情况下，很多工人会将除尘的水幕关掉，使得很多设备形同虚设。基于此，有必要发明一种全新的矿尘净化设备，来解决目前井下扬尘点的空气净化问题。
发明内容
本发明为了解决煤矿井下采掘工作面、运煤转载点、煤仓上口及巷道中等漂浮煤尘污染空气的净化难题，提供了一种煤矿井下可随处使用的井下矿尘高效净化处理装置。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种井下矿尘高效净化处理装置，包括外壳，所述外壳的两侧分别设置有出风口和进风口，外壳内部设置有与防爆电动机的输出轴连接的旋转轴，所述旋转轴为空心旋转轴，其一端固定设置有风扇叶、另一端圆周表面设置有多个呈螺栓式分布的第一喷头，所述风扇叶和第一喷头之间设置有固定在外壳上的挡板；所述旋转轴圆周表面还缠绕有位于第一喷头之间的橡胶带，所述橡胶带外表面均匀布满橡胶棒。
所述的一种井下矿尘高效净化处理装置，还包括控制电路，所述控制电路包括速度调节控制器和主回路，所述主回路中，三相电源经电流互感器CT1、可控硅调节电路后与所述防爆电动机连接；所述可控硅调节电路包括可控硅VT1、可控硅VT3、可控硅VT5、可控硅VT4、可控硅VT6和可控硅VT2，可控硅VT1、可控硅VT3、可控硅VT5的正极分别与W、V、U相线连接，负极与防爆电动机的电源正极连接；可控硅VT4、可控硅VT6和可控硅VT2的负极分别与W、V、U相线连接，正极与防爆电动机的电源正极连接；所述速度调节控制器输入端与所述电流互感器CT的三相进线端和三相出线端连接，输出端与所述可控硅VT1、可控硅VT3、可控硅VT5、可控硅VT4、可控硅VT6和可控硅VT2的控制端连接，用于调节防爆电动机的速度。
所述外壳上设置有进水口，所述进水口上设置有电磁阀和压力监测传感器；所述旋转轴上设置有主轴进水口，所述主轴进水口通过水管与所述进水口连接，从所述主轴进水口进入旋转轴的水，通过所述第一喷头喷出。
所述主回路还包括投切开关QS、熔断器FU、三相变压器T和三相接触器KM1，三相电源经投切开关QS、熔断器FU、三相变压器T和三相接触器KM1后，分为两路，一路通过电流互感器CT1、可控硅调节电路后与所述防爆电动机连接，另一路与所述电磁阀电源端子连接。
所述压力监测传感器的输出端与所述速度调节控制器的输入端连接。
所述的一种井下矿尘高效净化处理装置，还包括与所述速度控制器连接的PLC主控制器，所述速度控制器上设置有速度显示屏、速度上调按钮、速度下调按钮、启动按钮和停止按钮。
所述外壳内部设置有多个第二喷头，所述第二喷头与第一喷头位于挡板的同一侧，所述第二喷头通过水管与所述进水口连接；所述外壳底部设置有出水口，所述出水口通过橡胶管与水仓连接。
所述橡胶带的缠绕方向与所述风扇叶的转动方向相反。
所述外壳的两侧分别设置有多个出风口和多个进风口，所述进风口上设置有橡胶管，所述进风口上的橡胶管的另一端均匀分布在需要处理的污染点。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1、本发明提供了一种井下矿尘高效净化处理装置，其通过设置在壳体内的空心旋转轴上设置风扇叶和螺旋式喷头，同时，在喷头的螺旋空隙中间缠绕布满橡胶棒的橡胶带，利用风扇叶使产尘点的空气从进风口进入壳体内，在橡胶带缠绕区的水雾区域对空气进行净化，不仅能除去空气中的重颗粒污染物，而且还可以高效的治理因为重力不足在巷道中随风漂浮的煤尘、岩尘，其通过合理利用井下现有条件，实现井下空气高效净化，而且设备占地小，且不会造成巷道污水横流。
2、本发明通过调节防爆电动机的输出转速，可以方便调节净化速度。
3、本发明的结构定位准确、结构紧凑、设计巧妙，适用性强可靠性高、操作简单，无需担心给井下工作环境带来其他的不利因素，大幅降低了培训工作的成本和矿井建设开采的成本，特别适用于目前对工作环境要求高的掘进工作面以及皮带机头及井下巷道中需要集中除尘的扬尘点。
附图说明
图1为本发明的实施例提供的一种井下矿尘高效净化处理装置的结构示意图；
图2为本发明实施例中采用的橡胶带的展开示意图；
图3为本发明实施例中风扇区的剖面示意图；
图4为本发明实施例中橡胶带缠绕区的剖面示意图；
图5为本发明实施例中旋转轴的剖面示意图；
图6为本发明实施例中速度调节控制器的接线原理图；
图7为本发明实施例中防爆电动机的电路连接图。
图中：1为外壳，2为出风口，3为进风口，4为旋转轴，5为风扇叶，6为第一喷头，7为挡板，8为橡胶带，9为橡胶棒，10为进水口，11为电磁阀，12为压力传感器，13为主轴进水口，14为第二喷头，15为出水口，16为风扇区，17为橡胶带缠绕区。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1~4所示，本发明实施例提供了一种井下矿尘高效净化处理装置，包括外壳1，所述外壳1的两侧分别设置有出风口2和进风口3，外壳1内部设置有与防爆电动机的输出轴连接的旋转轴4，所述旋转轴4为空心旋转轴，其一端固定设置有风扇叶5、另一端圆周表面设置有多个呈螺栓式分布的第一喷头6，所述风扇叶5和第一喷头6之间设置有固定在外壳1上的挡板7；所述旋转轴4圆周表面还缠绕有位于第一喷头6之间的橡胶带8，所述橡胶带8外表面均匀布满橡胶棒9。也就是说，旋转轴4外的空间被位于外壳1内的挡板7分为风扇区16和橡胶带缠绕区17，风扇区16用于安装风扇叶5，橡胶带缠绕区17用于缠绕橡胶带。
如图2所示，本实施例中，橡胶带8的表面布满了橡胶棒9，橡胶棒9为均匀分布在橡胶带表面，如图4所示，为橡胶棒8缠绕安装在旋转轴4表面的剖面示意图，本实施例中，所述橡胶带8的缠绕方向与所述风扇叶5的转动方向（即旋转轴的转动方向）相反，使得风扇叶在随着旋转轴转动时，橡胶棒之间可以形成一股与风扇的气流方向相反的一股弱气流，引导气体沿着远离旋转轴飞向橡胶棒外缘的方向运动。
进一步地，本实施例中，所述外壳1内部设置有多个第二喷头14，所述第二喷头14与第一喷头5位于挡板7的同一侧，所述第二喷头通过水管与所述进水口连接；所述外壳1底部设置有出水口15，所述出水口15通过橡胶管与水仓连接。
进一步地，如图1所示，所述外壳1的两侧分别设置有多个出风口2和多个进风口3，所述进风口2上设置有橡胶管，所述进风口2上的橡胶管的另一端均匀分布在需要处理的污染点。
进一步地，如图1所示，所述外壳1上设置有进水口10，所述进水口10上设置有电磁阀11和压力监测传感器12，电磁阀用于打开进水口10给外壳1内的第一喷头5和第二喷头14供水，压力监测传感器用于监测进水口的水压。
进一步地，如图5所示，本实施例中，所述旋转轴4上设置有主轴进水口13，所述主轴进水口13通过水管与所述进水口10连接，从所述主轴进水口13进入旋转轴4的水，通过所述第一喷头6喷出。
进一步地，如图6和图7所示，本实施例提供的一种井下矿尘高效净化处理装置，还包括控制电路，所述控制电路包括速度调节控制器和主回路。如图7所示，所述主回路包括投切开关QS、熔断器FU、三相变压器T和三相接触器KM1，所述主回路中，三相电源经投切开关QS、熔断器FU、三相变压器T和三相接触器KM1后，分为两路，一路通过电流互感器CT1、可控硅调节电路后与所述防爆电动机连接，另一路与所述电磁阀11电源端子连接。
其中，所述可控硅调节电路包括可控硅VT1、可控硅VT3、可控硅VT5、可控硅VT4、可控硅VT6和可控硅VT2，可控硅VT1、可控硅VT3、可控硅VT5的正极分别与W、V、U相线连接，负极与防爆电动机的电源正极连接；可控硅VT4、可控硅VT6和可控硅VT2的负极分别与W、V、U相线连接，正极与防爆电动机的电源正极连接。
如图6所示，所述速度控制器上设置有速度显示屏、速度上调按钮、速度下调按钮、启动按钮和停止按钮。此外，控制电路还包括与所述速度控制器连接的PLC主控制器。所述速度调节控制器输入端与所述电流互感器CT的三相进线端A1、B1、C1和三相出线端a1、b1、c1连接，输出端与所述可控硅VT1、可控硅VT3、可控硅VT5、可控硅VT4、可控硅VT6和可控硅VT2的控制端连接，用于调节防爆电动机的速度。此外，所述三相变压器T的三相出线端U、V、W还与所述速度调节控制器的电源端连接，用于给速度调节控制器供电，三相接触器KM1的线圈与速度调节控制器的输出端连接，当按下启动按钮时，三相接触器KM1的线圈通电，位于主回路中的常开触点闭合，给所述防爆电动机和电磁阀供电。
进一步地，如图6所示，所述压力传感器12的输出端P、Q与所述速度调节控制器的输入端连接，通过压力检测装置的Q、S接入点，可以检测降尘水压是否在正常压力范围之内。
其中，投切开关QS的作用为将外部电源引进变压器T，为速度调节电路及电磁阀11提供电源，通过控制三相接触器KM1的三相常开触点进行闭合，可控硅VT1、VT3、VT5、VT4、VT6、VT2、电流互感器CT1共同进行速度大小调节，检测及控制器电源端子U、V、W的作用是检测电压的大小以及为速度调节控制器提供电源，Q、S的作用为检测降尘喷雾水的进水压力是否在要求的压力范围之内。六个可控硅的作用是增大或减小通往直流电动机Z的电压。电容C2的作用是滤波、平稳电压，电流互感器CT1的作用是检测电流的大小以及是否平衡，由此起到控制直流电动机Z速度的作用。本实施例中，PLC主控制器可以选用S7-300系列PLC主控制器，S7-300系列PLC主控制器的控制接线是本领域技术人员容易实现的，根据上述工作过程可以确定具体的接线。
本发明的工作原理和使用过程如下：
1、使用时，将橡胶管根据需要处理的风量大小（污染空气量大时，多个进风口3同时接橡胶管，污染空气量少时，将多余的进风口3用盖板堵住决定进风口的使用数量，将橡胶管依次接入进风口3、出风口2、进水口10以及出水口15，将接进风口3的橡胶管均匀分布在需要处理污染点的四周，接出风口2的橡胶管根据需要，可以放到任意自己想要补风的地点，当然，也可选择不接橡胶管，就近补风。接进水口10的橡胶管连接到井下喷雾降尘水管上，出水口15接橡胶管，并且将橡胶管就近放入附近的水仓（设备最低点要高于水仓的最高点），可依据水仓距离的远近选择橡胶管的长度。
2、一切外接橡胶管准备完之后，打开喷雾降尘水管上的闸阀，接通喷雾降尘水，接通外部电源，将投切开关QS投切到合位，熔断器FU保证变压器正常工作，速度调节控制器N会对检测及控制器电源端子U、V、W的电压的平衡是否在正常范围之内及电流互感器CT1的二次侧三相进线端A1、B1、C1和二次侧三相出线端a1、b1、c1的电流进行检测，确认三相电流开机时相同且为零，在正常工作之后持续监测电流，通过三相电流大小的相同与否，确认井下矿尘高效处理装置是否正常，有无损坏。确认设备完好之后，通过压力传感器的Q、S接入点，检测降尘水压是否在正常压力范围之内。如任何一项有问题，则启动按钮无效，速度显示屏会将问题显示出来，如一切正常，则设备状态回归到初始状态。
3、按下启动按钮，这时三相接触器KM1的线圈会在速度调节控制器N的控制下，合上常开触点，接通电路，电磁阀实时打开，第一喷头6第二喷头14会同时喷雾，在橡胶带缠绕区形成一个充满水雾的区域。然后根据产尘点周围风速的大小，按速度上调按钮和速度下调按钮进行产尘点周围除尘速度的精确控制，速度大小会随着各按钮的按下在显示屏上实时显示，速度控制器会根据在显示屏上显示的数值，实时控制六个可控硅的导通角，从而实现直流电动机Z速度大小的实时调节；直流电动机Z驱动旋转轴4运转，旋转轴4运转会带动旋转轴上的风扇叶5以及旋转轴4上的缠绕橡胶带8和第一喷头6，风扇叶5的旋转会形成一股吸力，会将空气从进风口3吸入，同时由于挡板7及橡胶带8的缠绕方向与风扇叶的运动方向相反，在橡胶带8上的橡胶棒9会在旋转的作用下产生一个微弱的反向作用力，将迫使从进风口3吸入的空气离开旋转轴4，而通过橡胶带缠绕区17的外缘流过。设备启动之后进风口3将产尘点周围的矿尘（由于防爆电动机的转动速度可以调节，可以使进风口3的风速大于产尘点周围的风速）全部吸入橡胶带缠绕区17。进入橡胶带缠绕区17的矿尘，无论大小、轻重，都会在这里和水雾充分混合，大的、重的矿尘在和水雾混合之后，会自行降落，随水流入设备底部。小的、轻的矿尘和水雾混合后，由于重力轻，不可能自行降落，这时会随着风流进入橡胶带缠绕区的外缘，被旋转运动的橡胶棒9捕捉，然后在离心力的作用下，将其甩向外壳1及第二喷头14。旋转轴上的第一喷头6在离心力以及第二喷头14自身喷雾力的作用下，第一喷头6的喷雾水会更加有力的喷向外壳1，进而将外壳1及外壳1上的第二喷头14进行清洗，使得刚才被甩在外壳1及第二喷头14上的矿尘被冲洗干净，避免喷头被堵塞。同时被甩在外壳1及第二喷头14上的轻的、小的矿尘也会被清理下来，随着水流，同重的、大的矿尘污水慢慢汇集于矿尘高效处理装置的底部，然后通过底部出水口15排入附近水仓。经过橡胶带缠绕区之后的净化空气会通过出风口2，将其送到任何需要补风的地点。当产尘点的工作告一段落时，只需按下速度调节控制器上的停止按钮，断开KM1，将投切开关QS投切到开位，整个工作完成。当下次开工时，按上述步骤重复即可。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
