015-SPL-4型湿式混凝土喷射机的研究分析

S P L -4型湿式混凝土喷射机的研究分析贺　超1,2(1.煤炭科学研究总院建井研究分院,北京100013;2.北京中煤矿山工程有限公司,北京100013)[摘　要]　S P L -4型湿式混凝土喷射机全部设计了液压程序控制,采用一种新型的压风和螺旋风送排料结构,可以使湿的混凝土料以稀薄流形态在管路中输送,实现湿式混凝土连续喷射,在煤矿井下锚喷支护中表现出良好的性能。

[关键词]　湿式混凝土喷射机;螺旋风送排料;稀薄流;连续喷射[中图分类号]T U 643 [文献标识码]B [文章编号]1006-6225(2010)01-0083-02R e s e a r c ho nWe t -t y p e S P L -4C o n c r e t e S p r a y e r[收稿日期]2009-10-26[作者简介]贺　超(1986-),男,山东东阿人,助理工程师,现就读于煤炭科学研究总院建井研究分院岩土工程专业硕士,从事岩巷掘进机械化、锚喷支护技术及装备的研究。

煤炭科学研究总院建井研究分院,针对当前湿喷机存在的种种问题,经过两年多的研发和一系列的试验、改进,独立研制成功了新型S P L -4型湿式混凝土喷射机,解决了湿喷机喷腔出料口脉冲现象严重、出料不均、喷浆效率低以及清洗不方便的问题,提高了工作的稳定性和可靠性,是我国煤矿井巷工程的又一项重要科技成果,是喷射混凝土技术的一场彻底变革。

该新产品在开滦集团赵各庄矿业有限公司经过6个月的试验,取得了圆满成功。

主要应用于煤矿井巷工程支护中的喷射混凝土作业,也可适用于冶金矿山、非金属矿山、公路建设、铁路隧道、人防等岩土工程的支护作业,大大提高了湿喷机的工作效率和应用范围[1]。

1　结构分析S P L -4型湿式混凝土湿喷机由主机及速凝剂泵2大部分组成。

湿喷机主机由进、排料系统,传动系统,液压系统及辅助部分构成,如图1所示。

1.1　进料部分由料罐盖、排气阀、料罐、送料螺旋等部件组成。

料罐盖采用滑动开闭方式,在滑动过程中自动完成与料罐口密封压紧及压缩空气释放功能,其压紧力可调,如图2所示。

双螺旋送料装置(双罐螺旋及风料混合结构),实现了稀薄流输送,保证了喷射的连续性和均匀性。

推料螺旋通过电动机、减速器及离合器带动,将料罐内混凝土均匀推出,一方面将湿混凝土料进一步搅拌,另一方面减小了混凝土团粒粒径。

1—喷嘴;2—速凝剂加入阀;3—液控进气阀;4—料罐;5—防护罩;6—主机底盘;7—液压系统;8—传动系统;9—轨轮;10—球阀;11—液控三通阀图1　S P L-4型湿喷机主机结构1—料罐;2—料罐盖;3—加压点;4—排气阀;5—油缸图2　料罐盖结构1.2　排料部分主要由风料混合室、排料弯管及液控三通阀等部件组成。

排料部分主要作用是利用压缩空气在密封状态下完成混凝土料的输送及喷射。

液控三通阀的作用是将处于送料状态的料罐与输料管路接通,保证交替工作,使喷射连续。

为达到密封可靠的目的,在各个密封部位均设计有专用密封圈。

湿喷机进气阀,实现了湿喷机进气的自动控制,使湿喷机工作协调统一,可靠性高。

第15卷第1期(总第92期)2010年2月煤　矿　开　采C o a l m i n i n g T e c h n o l o g y V o 1.15N o .1(S e r i e s N o .92)F e b r u a r y 2010DOI :10.13532/j .cn ki .cn11-3677/td .2010.01.0371.3　控制系统湿喷机工作时的状态由料罐盖开闭、进气阀开闭转换、出料口液控三通阀换向和进料螺旋离合器换向等动作组成,为了使双罐之间协调工作,设计中采用了全液压执行机构,由一个预先编制完成的时间、动作程控阀控制各个执行油缸完成以上动作。

采用液压程控工作方式可达到整机工作可靠、自动化程度高和便于集中编程统一控制的目的。

湿喷机程控阀实现了液压系统时间、动作程序控制。

湿喷机需采用液态速凝剂,通过速凝剂泵加入输料管中。

速凝剂泵主要由箱体、压力表、电动机和计量泵等部分组成,如图3所示。

1—液态速凝剂箱;2—吸液管;3—出液管;4—压力表;5—电动机;6—计量泵图3　液态速凝剂泵结构传统的粉状速凝剂回弹率高、强度损失大、腐蚀性强,严重影响施工人员的身体健康。

液态速凝剂由化学物质合成,主要成分是偏铝酸钠和多种无机盐及少量有机物。

根据不同施工要求和水泥种类,掺量可在水泥总量的2.5%～4.5%的范围内进行调整。

液态速凝剂可在喷头处或在距喷头20m 以内的范围,通过加入阀向输料管路加入。

计量泵口有流量调节旋钮,可在预先标定好的刻度范围内进行调整。

2　工作过程湿混凝土在管道中输送是一个极为复杂的物理过程,受混凝土料、水和气流三方面的影响,极易形成黏性胶质体大小不均匀的料团,造成射流不稳定,不连续和堵管。

减小料团粒径和均匀连续送料能够使湿混凝土在管道中形成浮游输送状态,即稀薄流输送方式。

S P L -4湿喷机的风料混合室主进风流设计成多束沿混合室圆周排列并与其轴线构成一定夹角的斜向风流,混合室与三通出料口之间的连接管既是变径又是弯曲,多束风流在弯管流动中形成螺旋混合风流,可将湿混凝土在弯管内充分吹开、打碎,防止大的团粒形成,影响输送效率,其原理如图4所示。

1—料罐;2—进风口;3—弯管;4—三通阀图4　输送原理工作原理:主机有2个并排的料罐,一个喷射,另一个备料,交替工作。

在罐底部各设计一个螺旋推进器,长度与料罐相等,可防止湿料堵塞和粘结。

湿拌和料经螺旋均匀送至风料混合室,通过风环引入的压缩空气使湿拌和料喷出。

3　技术特点国内外湿喷机主要机型技术参数见表1。

表1　湿喷机主要机型技术参数比较结构类型转子式泵式螺旋式活塞转子转子挤压泵柱塞泵螺旋代表机型T K 961280P S 4J S p r a y m e c 9150S P L-4国家中国瑞士中国芬兰中国生产能力/(m 3·h -1)5548～304骨料最大粒径/m m1515152515耗风量/(m 3·m i n -1)1010101010最大输送距离/m40604020060重量/k g100080070020001100S P L -4型湿喷机性能优越,技术含量高,结构形式独特,为煤矿井下巷道及其他领域施工隧道锚喷支护提供了新的方法和设备,社会和经济效益十分显著,是喷射混凝土技术和设备的一项重大突破。

特点如下:(1)湿式混凝土喷射机是针对我国煤矿巷道的施工条件,研制开发的,采用并列密闭双罐、螺旋送料、双罐交替上料、出料,实现了湿式混凝土连续喷射,主机整体结构紧凑,设计合理,技术参数先进,适用性强。

(2)依据风送混凝土的稀薄流形成机理,研制出一种独特的螺旋风送料机构,使形成的环形风流与螺旋给进的料流形成适当的角度并达到合理匹配,从而形成“稀薄流”,有效地解决了湿喷混凝(下转41页)总第92期煤　矿　开　采2010年第1期掘一宽3.3m 、深6.0m 的一个硐室(其宽度考虑满足掘进机掘进要求)。

在安装时,第1组支架(a 架)放于小切眼正头存架硐室内,第2组支架(b 架)开始以中部回风巷中线为基准进行安装。

当工作面回采至小切眼煤墙处时,进行支架的对接。

安装工序为:将a 支架从存架硐室内拖出,紧靠支架b 安装,最后进行小切眼内所有支架的间隙调整,满足推进要求。

见图1(b )。

图1　工作面对接方案3.3　方案分析经过对上述方案分析比较,方案1较方案2的优点为:方案1掘进工程量比方案2少,同时施工简单,不需专门进行施工,仅在中部回风巷掘进开口时将断面扩宽1.5m 即可;对接工艺的现场操作性比方案2简单;方案1对小切眼前煤墙不破坏,当工作面对接完成后,继续推进时不存在工作面过空巷(存架硐室)的问题,可以避免影响对接后工作面的正常生产组织。

因此,方案1较可行。

4　工作面切眼回缩与对接现场实施工作面大切眼与中部回风巷贯通前,提前对中部回风巷迎头及与小切眼交叉点进行化学注浆加固,保证了贯通和对接期间的顶板控制。

西部工作面回采到西部停采线后与中部回风巷贯通,根据现场支架位置与中部回风巷中线对应情况,确定76号架至机尾段进行收尾和设备回撤。

切眼回缩后,由于工作面缩短为110m ,因此,为便于输送机对接,将输送机改用单电机驱动,机尾改换成特制简易机尾,可在满足110m 工作面负荷的前提下,简化对接工艺。

切眼对接前,提前在中部回风巷标注控制线,严格控制输送机窜动,确保了75号架外侧距中部回风巷中线距离保持在300～500m 之间。

当工作面推进到小面切眼后煤墙时,通过采用方案1组织进行对接,仅用2d 时间就顺利完成了前后输送机、支架等设备的对接,提前实现正常生产。

5　结论及经验T 1452工作面的回缩与对接过程中,需控制2个关键工艺:一是切眼回缩,即T 1452西段工作面正常回采及停采后,切眼后半部收尾与回收设备的控制;二是辅助切眼(小切眼)的设备安装,以及主、辅切眼设备的对接控制。

通过进行合理组织和对接工艺优化,可以实现工作面的快速对接,大大减少对接的影响时间,为矿井的高效回采提供保障。

因此,在进行特殊构造条件下的回采时,通过工艺改进,完全可以避免过多的影响因素发生,有效实现既定目标。

实践证明,实施优化对接工艺后,现场操作可实现简单、安全、高效,可有效节约对接影响的生产时间。

通过切眼回缩与对接,减少了工作面搬家次数,节约了运输费用,技术经济效益显著,为存在特殊地质构造区的综采工作面实现高效回采提供了借鉴经验。

[责任编辑:周景林](上接84页)土易堵管和不连续出料的技术难题,实现了煤矿巷道湿式混凝土喷射施工。

(3)S P L -4型湿式混凝土喷射机全部设计了液压程序控制,实现了开盖排气、双罐交替工作等工序的联动,自动化程度高,操作方便可靠,保证了湿喷混凝土均匀、连续喷射,提高了整机的工作效率。

(4)研制的液体速凝剂泵,结构新颖,定量、可调,不但能够方便、准确地加入液体速凝剂,而且在加入口设计了专用的单向阀,有效防止了混凝土料反向窜入、堵塞速凝剂加入口。

4　结束语对S P L -4型湿式混凝土喷射机的结构进行研究分析和优化,从而进一步提高机具的可靠性、实用性和寿命,实现施工作业线,对混凝土喷射质量和强度的提高、湿喷工艺和设备的发展具有重要的理论意义和工程应用价值。

[参考文献][1]马千里,张雨良,邱天德.S P L -4型湿式混凝土喷射机应用与性能分析[J ].煤炭科学技术,2009(01):30-33.[责任编辑:王兴库]侯志辉:综采工作面绕陷落柱开采对接工艺优化2010年第1期。