本发明涉及矿用通风除尘技术领域，具体涉及一种基于轻质颗粒床的多级过滤矿用防尘帘。
背景技术：
在我国社会经济发展历程中，煤炭产业具有举足轻重的地位。随着我国煤矿企业的产业化升级和国内煤矿需求量大幅度提升，我国煤矿企业的产量逐年上升。煤矿开采过程中会产生大量的粉尘，对于一些精度较高的机器设备，大量的粉尘进入设备内部，会造成设备失灵、精度降低等工作故障；大量粉尘在生产过程中容易引发爆炸，可能会造成巷道崩塌、二次连环爆炸等严重的安全事故，给生命和经济财产带来严重的损失；长期处在高浓度粉尘环境下工作，煤矿工人成为尘肺病、呼吸道疾病等疾病的高发群体，对煤矿工人和其家庭造成严重的心理和经济负担。
目前，矿上大多使用的是单层纱窗网加水喷淋装置组成的简易防尘帘，该纱窗一般是20-30目的网，其对粉尘的过滤精度比较低，只能过滤尺寸直径在500μm以上的大颗粒粉尘，对于100μm直径以下的粉尘过滤效果微乎其微。根据现场测试，传统的防尘帘对于粉尘的过滤效率只有15％-20％左右，且该防尘帘容尘量非常小，需要更换、清洗的次数比较频繁，该防尘帘无法对矿下高浓度粉尘起到有效的防护作用。
取某矿岩石掘进巷道干式除尘器的集尘袋内的粉尘进行粒径分析，粉尘中粒径小于3μm的占比约为30％，粉尘中粒径处于3-10μm的占比约为20％，粉尘中50％以上的粉尘粒径大于10μm。针对现有防尘帘无法对矿下高浓度粉尘起到有效防护等问题，基于煤矿粉尘粒径分布，本发明提出一种基于轻质颗粒床的多级过滤矿用防尘帘，能够实现对矿下高浓度粉尘的梯度过滤。
技术实现要素：
针对以上问题，本发明提出一种基于轻质颗粒床的多级过滤矿用防尘帘。该防尘帘由复合泡沫层、纤维层两个部分组成，其中复合泡沫层由外层纱网-泡沫床-内层纱网的结构组成，复合泡沫层为三层结构，外层纱网最先与粉尘接触，泡沫床位于外层纱网和内层纱网中间，纤维层由微纳纤维膜组成。复合泡沫层的外层纱网的目数范围为30-50目，内层纱网的目数范围为50-80目，材料可为塑料纤维、金属纤维或玻璃纤维等。为了防止矿下空气中水分对该防尘帘性能造成影响，外层纱网具有亲水性，其接触角为30-90°，内层纱网具有超疏水性，其接触角大于150°，滚动接触角小于10°；泡沫床的填充为轻质泡沫颗粒，直径为φ＝0.2-10mm，密度为10-60kg/m3，材料为聚苯乙烯(ps)、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(eva)或热塑性聚氨酯(tpu)等轻质发泡材料。根据粉尘颗粒的范围选择轻质泡沫直径的大小，轻质泡沫在气体作用下阻挡粉尘穿过内层纱网，使剩余小直径的粉尘最后由纤维层阻挡。粉尘泡沫床采用分隔纱网分隔成棋盘格式构造，分隔纱网的网眼小于轻质泡沫的直径，或者分隔纱网的网眼直径由上到下从小到大变化，小直径的轻质泡沫颗粒在上面，轻质泡沫颗粒间的间隙由上到下从小到大，可增加容尘量，将轻质泡沫在泡沫床里被分格成小单元，每个小单元的轻质泡沫颗粒的填充量为单元格体积的70-90％，用孔径略小于轻质泡沫颗粒的内层纱网、外层纱网将该轻质泡沫颗粒固定在泡沫床。例如为了防止泡沫颗粒泄露，对于孔径0.2mm的轻质泡沫颗粒，为了满足该防尘帘气流流通性内层纱、外层纱网最小孔径为于0.15mm。该防尘帘纤维层，因静电纺丝纳米纤维比表面积高、孔隙率大、透气性好等优点，该防尘帘纤维层采用平均直径为5nm-10μm，面密度为0.2-30g/m2，孔隙率为70％-90％的微纳纤维膜，材料为聚丙烯、聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯或聚偏氟乙烯等材料。
本发明一种基于轻质颗粒床的多级过滤矿用防尘帘，该防尘帘能够实现对粉尘的梯度过滤：例如复合泡沫层的外层纱网及泡沫床可对150μm直径以上的粉尘进行拦截过滤，内层纱网可对50-150μm的粉尘进行拦截过滤；纤维层可对50μm以下的粉尘进行拦截过滤。
本发明一种基于轻质颗粒床的多级过滤矿用防尘帘，外层纱网可为多层结构，最外层为30-50目纱网，最密的纱网孔径为0.15mm，外层纱网阻挡大于等于0.15mm直径的粉尘。内层纱网可为多层结构，最外层为50-80目纱网，最密的纱网孔径为0.05mm，内层纱网与泡沫床共同阻挡0.05-0.15mm直径的粉尘及部分小于0.05mm直径的粉尘，由于泡沫床中轻质泡沫颗粒的作用，轻质泡沫颗粒的跳动致使大量粉尘下落，容尘量大大增加，减少了内层纱网和纤维层的过滤量，清理次数可以减少。
本发明一种基于轻质颗粒床的多级过滤矿用防尘帘，在某些用于分隔成棋盘格式构造的分隔纱网下面设置气流管路，利用矿上原有喷雾降尘设备，通过气压控制喷雾大小对该防尘帘定时定量清洗，清洗完成后通过气流管路定时通气吹干。在过滤期间，气流管路可定时通气，增强轻质泡沫颗粒在泡沫床里的跳动及使外层纱网、内层纱网产生振动，泡沫床容尘量大大增加，可提高过滤效率。其中气流管路上布有狭缝式气流喷口，喷口宽度为0.05-0.2mm且纵向贯穿整个防尘帘。各气流管路汇集于总管路，总管路与矿用供风系统管路相连，其中总管路上布有气流流量调节阀和压力调节阀。
本发明一种基于轻质颗粒床的多级过滤矿用防尘帘，该防尘帘的气流管路数量可根据防尘帘的大小、形状以及采煤工作面现场粉尘浓度设定。总采面粉尘浓度较大其气流管路4-5路，掘进面气流管路在3-4路，主要进、回风巷道以及其他通风巷道在2-3路。
本发明一种基于轻质颗粒床的多级过滤矿用防尘帘，该防尘帘的复合泡沫层的泡沫填充应根据煤矿煤质、岩质以及粉尘类型确定。进一步，粉尘以煤尘为主，泡沫填充量75％-85％，小颗粒泡沫0.2-5mm的填充量应占总填充量60％-70％；粉尘以岩尘为主，泡沫填充量65％-75％，大颗粒泡沫5-10mm的填充量应占总填充量的60％-70％。
本发明一种基于轻质颗粒床的多级过滤矿用防尘帘，该防尘帘的纤维层既可以采取单层结构也可采取多层结构。为了提高防尘效果该防尘帘的多层结构的各层纤维膜纤维直径应从外到内呈正梯度分布，最小直径不小于5nm最大直径不大于10μm。最小直径纤维为接触洁净层，最大直径纤维面向被过滤气流侧。
本发明一种基于轻质颗粒床的多级过滤矿用防尘帘，该防尘帘纤维层的微纳纤维膜可采用熔体微分静电纺丝法、溶液静电纺丝法、直写静电纺丝法、熔喷法等方法制备，但并不局限于此。
本发明一种基于轻质颗粒床的多级过滤矿用防尘帘，该防尘帘不局限于规则样式，其尺寸要求、几何形状可根据巷道、掘进设备、运输带等位置进行灵活制备。
本发明一种基于轻质颗粒床的多级过滤矿用防尘帘，该防尘帘可安装于掘进、回采巷道以及进、回风巷道等，其中掘进巷道可安装于转载机后方运输带的上方，但不局限与此。
本发明主要有益效果是：(1)该矿用防尘帘具有多级过滤性能，由复合泡沫层、纤维层两个部分组成。(2)该矿用防尘帘外层纱网具有亲水性，其接触角为30-90°，内层纱网具有超疏水性，其接触角大于150°，滚动接触角小于10°。(3)该矿用防尘帘能够实现对粉尘的梯度过滤，该矿用防尘帘能够通过气流管路实现对该防尘帘的自清洁，能够有效保证该防尘帘防尘性能的高效性和持久性。
附图说明
图1是一种基于轻质颗粒床的多级过滤矿用防尘帘示意图，表示其多层结构。
图2是一种基于轻质颗粒床的多级过滤矿用防尘帘多层过滤结构的侧视图。
图3是一种基于轻质颗粒床的多级过滤矿用防尘帘组件的结构示意图。
图4是一种基于轻质颗粒床的多级过滤矿用防尘帘实施例中该防尘帘过滤组件的空载过滤阻力测试数据。
图中：1-外层纱网；2-泡沫床；3-内层纱网；4-纤维层；5-气流管路；6-边框；7-橡胶垫；8-挂钩。
具体实施方式
实施例1：
本发明提出一种基于轻质颗粒床的多级过滤矿用防尘帘，该矿用防尘帘由复合泡沫层和纤维层两个部分组成，如图1和图2所示。外层纱网1为40目，内层纱网3目数为60目，材料为塑料纤维，外层纱网1接触角为35°，内层纱网3接触角为160°；轻质泡沫颗粒床2采用聚苯乙烯(ps)泡沫颗粒，生产厂家为保丽龙，颗粒直径为φ＝2mm，密度为27kg/m3。用外层纱网1、内层纱网3将该ps泡沫颗粒固定在泡沫床，防止泡沫颗粒泄露；纤维层4，采用熔体微分静电纺丝技术，并以辊子收集的方式进行收集，其平均直径为500nm，面密度为2g/m2。
图3是该防尘帘各个滤件部分之间连接方式示意图，边框6上面贴有橡胶垫7，通过橡胶垫7将泡沫层与纤维层夹在一起，整个防尘帘构件通过挂钩8与巷道上方挂钩相连接，该防尘帘的更换方式可从防尘帘左右两侧进行抽拉更换。
在高浓度粉尘环境中，过滤阻力会随着粉尘在过滤组件上的沉积而不断增加。图4是泡沫床2、纯纤维滤料以及多级过滤组件在不同风速下的空载阻力特性。从图中可知，泡沫床2的过滤阻力明显小于纤维滤料的过滤阻力。在过滤风速为0.15m/s的时候，泡沫床2的过滤阻力为17pa，纤维滤料的过滤阻力为95pa，ps泡沫颗粒层2的过滤阻力为纤维滤料的17.8％。泡沫床2的引入在一定程度上会增加过滤组件的阻力，但是其增加程度有限，结果证实该多级过滤组件组成防尘帘方案的可行性。
实施例2：
以该防尘帘安装于掘进巷道为例，防尘帘泡沫填充量为70％，设有3路气流管路，如图2和图3，其他与实施例1相同，轻质泡沫颗粒在气流作用下跳动充满泡沫床。其工作流程如下，掘进机工作造成粉尘产生及扩散时，外层纱网1、泡沫床2、内层纱网3、纤维层4依次对粉尘进行拦截过滤。当防尘帘工作一段时间后，使用矿上喷雾降尘设备对该防尘帘进行清洗，清洗后通过喷口宽度为0.08mm的气流管路5通气吹干，清洗、吹干后的防尘帘继续工作。
1.一种基于轻质颗粒床的多级过滤矿用防尘帘，其特征在于：由复合泡沫层、纤维层两个部分组成，其中复合泡沫层由外层纱网-泡沫床-内层纱网的结构组成，复合泡沫层为三层结构，外层纱网最先与粉尘接触，泡沫床位于外层纱网和内层纱网中间，纤维层由微纳纤维膜组成。
2.根据权利要求1所述一种基于轻质颗粒床的多级过滤矿用防尘帘，其特征在于：复合泡沫层的外层纱网的目数范围为30-50目，内层纱网的目数范围为50-80目，泡沫床的填充为轻质泡沫颗粒，直径为0.2-10mm，密度为10-60kg/m3，粉尘泡沫床采用纱网分隔成棋盘格式构造，将轻质泡沫在泡沫床里被分隔成小单元，每个小单元的轻质泡沫颗粒的填充量为单元格体积的70-90％，用孔径略小于轻质泡沫颗粒的内、外层纱网将该轻质泡沫颗粒固定在泡沫床；纤维层采用平均直径为5nm-10μm，面密度为0.2-30g/m2，孔隙率为70％-90％的微纳纤维膜。
3.根据权利要求1所述一种基于轻质颗粒床的多级过滤矿用防尘帘，其特征在于：复合泡沫层的外层纱网和内层纱网的材料为塑料纤维、金属纤维或玻璃纤维等。
4.根据权利要求1所述一种基于轻质颗粒床的多级过滤矿用防尘帘，其特征在于：外层纱网具有亲水性，其接触角为30-90°，内层纱网具有超疏水性，其接触角大于150°，滚动接触角小于10°。
5.根据权利要求2所述一种基于轻质颗粒床的多级过滤矿用防尘帘，其特征在于：轻质泡沫颗粒材料由聚苯乙烯发泡、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物发泡或热塑性聚氨酯发泡制成。
6.根据权利要求2所述一种基于轻质颗粒床的多级过滤矿用防尘帘，其特征在于：纤维层材料为聚丙烯、聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯或聚偏氟乙烯。
7.根据权利要求2所述一种基于轻质颗粒床的多级过滤矿用防尘帘，其特征在于：在某些用于分隔成棋盘格式构造的纱网下面设置气流管路，在过滤期间，气流管路定时通气，增强轻质泡沫颗粒在泡沫床里的跳动及使外层纱网、内层纱网产生振动。
8.根据权利要求7所述一种基于轻质颗粒床的多级过滤矿用防尘帘，其特征在于：气流管路上布有狭缝式气流喷口，喷口宽度为0.05-0.2mm且纵向贯穿整个防尘帘。
9.根据权利要求7所述一种基于轻质颗粒床的多级过滤矿用防尘帘，其特征在于：气流管路数量可根据防尘帘的大小、形状以及采煤工作面现场粉尘浓度设定，总采面粉尘浓度较大其气流管路4-5路，掘进面气流管路在3-4路，主要进、回风巷道以及其他通风巷道在2-3路。
10.根据权利要求2所述一种基于轻质颗粒床的多级过滤矿用防尘帘，其特征在于：粉尘以煤尘为主，泡沫填充量75％-85％，小颗粒泡沫0.2-5mm的填充量应占总填充量60％-70％；粉尘以岩尘为主，泡沫填充量65％-75％，大颗粒泡沫5-10mm的填充量应占总填充量的60％-70％。
技术总结