基本信息
- 项目名称：
- 智能型矿用气动水射流除尘设备
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 目前我国煤矿井下除尘存在效率低、盲点多、投入成本高等问题，本设备的推广应用可以有效解决上述难题。设备集自动控制、安全、高效于一体，能有效降低井下煤尘粉尘浓度，改善作业环境，降低尘肺病的发病率和粉尘爆炸概率。 本设备已委托XX省科学技术情报研究所查新，结果显示：目前，生产具有上述特点的除尘设备产品，国内所查文献，未见提及。且已获得国家专利（ZL201020529358.0）。
- 详细介绍：
- 1.作品设计目的和基本思路 “十二五”规划中煤炭依然占我国能源的主导地位，并且在规划中强调“更加注重以人为本，更加注重保障和改善民生”，由此可见关注人民健康应放在首位。 矿井的煤尘、粉尘时刻威胁着职工的身体健康及生命安全，一般小于10µm的粉尘颗粒则可深入到气管深部，而小于5µm的粉尘颗粒则90%可沉积在气管和肺泡上，引起肺泡的充血反映而导致尘肺病。尘肺病是一种由粉尘引发的职业病，在中国所有职业病的发病率中排名第一，煤炭行业尘肺病占全国尘肺病的49%。尘肺病患者轻者会引发呼吸道疾病、肺结核等多种并发症，重者丧失劳动能力甚至死亡。 目前我国煤矿井下主要采取的除尘措施是喷雾洒水除尘，又分低压喷雾和高压喷雾两种。低压喷雾除尘，水压力小，浪费水资源，无法有效降低较小的煤尘、粉尘颗粒，对呼吸性粉尘的除尘效率不足70%；高压喷雾除尘，需要在产尘点使用电气设备作为动力源，这种方法投入成本大，容易引发电气安全事故，对供电线路、设备有严格的要求，且不能形成完整的除尘体系，除尘盲点较多。 我们设计的矿用气动水射流除尘设备采用气动马达作为动力源，解决用电安全问题，具有较高的除尘效率（尤其对呼吸性粉尘的捕捉）等特点，可以有效降低煤矿井下的煤尘粉尘浓度，改善井下作业环境，降低矿井职工职业病的发生率，减小井下煤尘堆积发生爆炸事故的概率。 2.设备工作原理 智能型矿用气动水射流除尘设备，通过粉尘浓度传感器实时监测工作场所的粉尘浓度，并将信号传送给控制器，当粉尘浓度达到预警值时，控制器控制电磁阀工作，接通井下分布的压缩空气管网中风能源，利用风能驱动气动马达，带动柱塞泵工作，低压水管网提供低压水通过柱塞泵转变成高压水，并通过螺旋涡流喷嘴喷出，形成螺旋雾化射流，实现高压旋流雾化除尘。 3.创新点 ①利用煤矿井下压缩空气管网提供风压动力源以及气动马达的安全特性，避免使用电气带来电气设备防爆问题； ②采用螺旋涡流喷嘴形成旋转射流，增大除尘面积，提高除尘效率； ③智能化控制技术实现了实时检测粉尘浓度，通过控制电磁阀从而控制马达的运转，实现自动除尘，节省人力，避免水资源浪费。 4.适用范围和推广前景 智能型矿用气动水射流除尘设备应用范围包括： ①应用井下各个场所，特别是井下巷道出入口，井下大巷，运输转载点，各峒室出入口以及煤尘容易堆积的各地点和作业面场所； ②也可以应用于存在井下作业的其他类型矿井，如铁矿、铜矿等； ③在其他不宜使用电气设备，而粉尘容易堆积的场所也可使用，例如：开挖隧道、水泥生产、石棉生产、面粉生产等场所。 本设备可以有效的降低井下煤尘、粉尘浓度，改善工作环境，有效降低矿井尘肺病的发病率，间接提高职工工作效率；同时也可降低矿井粉尘爆炸概率。具有广泛的社会效益。已经过试验、实践检验，是理想的矿井除尘新设备，产品可以在国内矿井井下普遍推广使用。另外对于煤尘较大的场合，可以通过增加流量来满足需要，仅仅需要在设备参数上做出调整。 目前，煤矿产品向智能化，高效化迈进，智能型矿用气动水射流除尘设备是目前矿井降尘、防尘的有效替代产品。设备科学性、技术性都处于领先水平。便于推广应用，一经应用可以迅速占领市场。经济效益、社会效益可观。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 1.作品设计、发明目的和基本思路： 尘肺病是一种由粉尘引发的职业病，在我国所有职业病的发病率中排名第一，煤炭行业尘肺病占全国尘肺病的49%。尘肺病患者轻者会引发呼吸道疾病、肺结核等多种并发症，重者丧失劳动能力甚至死亡。 目前我国煤矿井下除尘方式主要分为低压喷雾和高压喷雾。低压喷雾除尘，水压力小，浪费水资源，无法有效降低较小的煤尘、粉尘浓度；高压喷雾除尘，需要在产尘点使用电气设备作为动力源，投入成本大，容易引发安全事故，对供电线路、设备有严格的要求，且不能形成完整的除尘体系，除尘盲点较多。 我们设计的矿用气动水射流除尘设备采用气动马达作为动力源，有效解决了用电安全问题，具有较高的除尘效率（尤其对呼吸性粉尘的捕捉）等特点，可以有效降低煤矿井下的煤尘粉尘浓度，改善井下作业环境，降低矿井职工职业病的发生率，减小井下煤尘堆积发生爆炸事故的概率。 2.创新点： ①利用煤矿井下压缩空气管网提供风压动力源以及气动马达的安全特性，避免使用电气带来电气设备防爆问题； ②采用螺旋涡流喷嘴形成旋转射流，增大除尘面积，提高除尘效率； ③智能化控制技术实现了实时检测，通过控制电磁阀从而控制马达的运转，实现自动除尘，避免人力、水电资源浪费。 3.技术关键： ①采用高压水射流雾化技术，优化水射流压力、流量、喷嘴直径等参数，达到最优除尘效果； ②传感器检测技术及单片机控制技术，实现可编程控制，保障设备灵活运转。
科学性、先进性
- 智能型矿用气动水射流除尘设备是我们具有自主知识产权的一项矿井实用新型专利产品，设备集智能、安全、高效于一体；设备作用主要是降低煤矿井下的煤尘粉尘浓度，改善井下作业环境，降低矿井职工职业病的发生率，减小井下煤尘堆积发生爆炸事故的概率。 设备突出特点包括： ①创意新：采用风动马达为柱塞泵提供动力，安全可靠； ②实用性强：广泛应用于煤矿井下各个场所除尘，除尘效率高； ③技术先进：采用智能化检测控制技术，实现自动喷雾除尘； ④性价比高：投入成本低，有效改善工作环境，降低煤尘爆炸的概率。 设备使用维护简单，成本低，可移动作业，能满足不同地点、不同环境下的除尘需要。根据粉尘浓度大小，调整水射流压力、流量等参数来满足要求，达到理想的除尘效果。
获奖情况及鉴定结果
- 2011年3月，在中华人民共和国国家知识产权局获得实用新型专利证书； 2011年3月，在XX矿业集团XX煤矿进行了井下试用，除尘效果良好； 2011年4月，在XX矿业集团XX煤矿进行了井下试用，可有效降低井下粉尘浓度； 2011年5月，委托XX省科学技术情报研究所做了科技查新，查新报告显示，本设备在国内所查文献中，未见提及； 2011年5月，在第X届“挑战杯”XX省大学生课外学术科技作品竞赛获得特等奖。
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 面议
作品可展示的形式
- 实物、产品，图片，
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 1.使用说明：①合理布置传感器和喷头的位置；②操作前，先检查传感器、气动马达、柱塞泵、电磁阀及其他管道阀门是否处于正常工作状态；③打开低压管路上的进水阀门，井下风管接头处的阀门，打开传感器使其处于工作状态。 2.作品的技术特点和优势：①利用煤矿井下压缩空气管网提供风压动力源，避免使用电气设备；②采用螺旋涡流喷嘴形成旋转射流，提高除尘效率；③智能化控制技术实现了实时监控检测，实现自动除尘。 3.作品的适应范围及推广前景：可应用煤矿、铁矿等井下各个场所；在其他不宜使用电气设备，而粉尘容易堆积的场所也可使用，如水泥生产场所。设备有效的降低矿井尘肺病的发病率和粉尘爆炸概率。成本低、使用方便、高效节能、安全可靠，适合矿井广泛推广应用。 4.市场分析和经济效益预测：以淮南矿业集团潘北矿为例，该矿每年除尘投入大约200万元，成本高，但除尘效果却不理想。若采用本产品，为形成一套有效的除尘体系，平均每年实际投入约40万元。
同类课题研究水平概述
- 1.高压喷雾系统在国外的应用 高压喷雾系统在国外应用较早，前苏联时期某矿曾对采煤机的高压喷雾装置进行了工业性试验。KO-CBO型采煤机喷雾装置包括吸水管过滤器，两台水泵和自动控制阀。高压喷雾装置的主要参数:喷嘴水雾的压力8～10MPa,水雾粒度30～50µm，在采煤机工作地点，使用喷雾装置的粉尘浓度由2100～3400mg/m^3,降至510～1000mg/m^3,除尘效率达到60%。目前在美国，德国等产煤国家，高压喷雾的应用较为广泛，对喷嘴的布置方式及数量，喷嘴的选型，喷嘴的最佳参数的研究都比较成熟，而且对喷雾除尘的效果特别重视，降尘效率可以达到80%～90%以上。 2.高压喷雾系统在国内的应用 我国煤炭科学研究总院重庆分院对于井下工作面应用高压喷雾降尘的研究较早，对其机理做了初步的研究，并在宁夏石炭井矿务局乌兰矿进行了现场试验，使用高压喷雾系统后采煤机司机和采煤机下方向10m处的降尘效率分别达到了94%和85%。又与山东兖州矿业集团合作开发了采煤机机载电动泵高压外喷雾系统，实际应用中除尘效率达到97%，其研制的机载液动泵喷雾系统也得到了很好的发展。 3.我国矿井的除尘现状 目前我国煤矿井下主要的防尘措施：采煤机喷雾、掘进机喷雾、湿式打眼、干式凿岩捕尘、水力冲孔、掘进放炮时采用水炮泥、喷雾洒水、通风除尘、煤层注水、冲洗岩帮、水雾净化、采取个人防护等防尘措施。其中应用最广泛的是喷雾洒水降尘，喷雾洒水又分低压喷雾除尘和高压喷雾除尘；低压喷雾降尘、除尘，水压力小，浪费水资源，无法有效降低较小颗粒的煤尘、粉尘，空气质量较差，对呼吸性粉尘的除尘效率不高；高压喷雾除尘使用高压泵、电气设备除尘，这种方法除尘容易带来用电管理以及用电安全问题，投入成本大，不能形成完整有效的除尘体系，除尘盲点多。
