煤礦井下濕式噴漿成套設(shè)備的研制與使用

楊平麗，趙光明

（1．晉城煤業(yè)集團(tuán)成莊礦，山西 晉城 048000；2．晉城煤業(yè)集團(tuán)金鼎公司，山西 晉城 048000）

·試驗(yàn)研究·

煤礦井下濕式噴漿成套設(shè)備的研制與使用

楊平麗1，趙光明2

（1．晉城煤業(yè)集團(tuán)成莊礦，山西 晉城 048000；2．晉城煤業(yè)集團(tuán)金鼎公司，山西 晉城 048000）

通過對(duì)比目前煤礦井下巷道錨桿支護(hù)中兩種表面噴漿工藝：干噴工藝和濕式噴漿工藝，介紹了濕噴工藝的優(yōu)點(diǎn)、特性和實(shí)施方案，并分析了濕式噴漿成套設(shè)備的特點(diǎn)、使用條件、研制路線等，總結(jié)了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用效果和研制經(jīng)驗(yàn)，指出現(xiàn)有設(shè)備在使用過程中的不足和缺陷，并提供了具體的解決方案、建議和相關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)，可為今后濕式噴漿成套設(shè)備的研制改進(jìn)和使用推廣提供借鑒和參考。

濕式噴漿；巷道支護(hù)；混凝土

1 相關(guān)領(lǐng)域國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

錨桿支護(hù)是井巷工程中的一項(xiàng)重要支護(hù)技術(shù)，近年來，噴錨支護(hù)已在我國普遍推廣。噴射混凝土是錨桿支護(hù)的重要組成部分。目前，煤礦噴漿以干（潮）噴工藝為主，此工藝存在混凝土質(zhì)量不易控制、回彈率高、粉塵濃度大，難以達(dá)到煤礦企業(yè)作業(yè)場(chǎng)所職業(yè)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，且大都是人工操作，勞動(dòng)強(qiáng)度大。具體情況如下：

1）干（潮）噴回彈率較高，造成原料浪費(fèi)。

2）干（潮）噴混凝土質(zhì)量不易控制?；炷恋呐浔炔粶?zhǔn)確，特別是混凝土的水灰比帶有隨意性。

3）含量過高的粉塵嚴(yán)重?fù)p害礦工的身體健康。一方面，由于干（潮）噴工藝采用轉(zhuǎn)子活塞型噴射機(jī)與高壓風(fēng)送料，攪拌和輸送過程中的跑風(fēng)漏風(fēng)在所難免，使機(jī)旁粉塵飛揚(yáng)達(dá)到呼吸粉塵21．7 mg/m3、全塵102 mg/m3，另一方面，過高的回彈率也使施工現(xiàn)場(chǎng)的空氣中充滿粉塵。

目前，干（潮）噴工藝在隧道施工中已被禁止使用，可以預(yù)見煤礦巷道施工也會(huì)用濕式噴射混凝土技術(shù)取代干（潮）噴工藝。在隧道施工中，采用濕噴機(jī)、噴漿機(jī)械手和混凝土，實(shí)現(xiàn)了噴漿作業(yè)的機(jī)械化。但由于煤礦巷道斷面小，還存在防爆問題，給噴漿設(shè)備的研制帶來很大難度。目前，沒有完全適合煤礦使用的濕式噴漿設(shè)備。這也是煤礦仍采用干（潮）噴工藝的原因之一。

當(dāng)前煤礦井下噴錨支護(hù)正在探索使用機(jī)械手操作噴槍的濕式噴漿作業(yè)形式，和干（潮）噴工藝比較該種作業(yè)方式有如下優(yōu)點(diǎn)：1）混凝土質(zhì)量易控制。2）回彈率較低。濕噴的混凝土質(zhì)量好，速凝劑量可控，回彈率較低。3）基本消除了機(jī)旁粉塵。4）采用機(jī)械手代替人工操作噴槍，可降低勞動(dòng)強(qiáng)度。因此，研制上述濕式噴漿作業(yè)形式的成套設(shè)備成為煤礦井下噴錨支護(hù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

2 國內(nèi)外噴漿設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)

1）噴漿機(jī)向著小型、輕便、高效、一機(jī)多用方向發(fā)展，這樣可以使操作省力、移動(dòng)方便。

2）濕式噴射因其明顯的優(yōu)點(diǎn)而得到各國的重視，很多國家已研制出多種濕噴機(jī)。

3）目前，國內(nèi)外都很重視配套設(shè)備的研究，因?yàn)闄C(jī)組的使用改善了工作條件，簡(jiǎn)化了工序、提高了效率。

3 濕噴作業(yè)總體設(shè)計(jì)思路及方案

針對(duì)目前煤礦混凝土噴漿的現(xiàn)狀和現(xiàn)場(chǎng)施工情

況，確定濕噴作業(yè)的總體設(shè)計(jì)方案如下：

工作原理及性能：濕式噴漿工藝為混凝土干混料按照配比調(diào)好后，通過上料裝置倒入攪拌桶，按照一定的水灰比加水?dāng)嚢杈鶆?，變成噴漿要求的濕式混凝土，倒入泵送機(jī)料斗中，通過輸送管泵送到噴漿機(jī)濕噴泵料斗，經(jīng)過二次攪拌泵送至機(jī)械手噴嘴處，利用帶速凝劑的壓縮空氣把濕式混凝土噴到本噴面，完成濕式噴漿作業(yè)。濕噴混凝土水灰比應(yīng)準(zhǔn)確控制、拌合及充分水化，速凝劑按比例計(jì)量添加。一次噴層厚度比干（潮）噴大幅度提高，減少了達(dá)到設(shè)計(jì)噴層厚度的次數(shù)，簡(jiǎn)化了工序，提高了施工速度。

噴漿機(jī)混凝土的噴漿量以6 m3/h作為原始設(shè)計(jì)依據(jù)，確定各自的技術(shù)參數(shù)，機(jī)械手和濕噴機(jī)集合為一體，且能自由行走。設(shè)備采用全液壓驅(qū)動(dòng)和控制。噴漿機(jī)機(jī)械手自動(dòng)完成混凝土的噴射工作?；炷翑嚢枵疽员盟湍芰? m3/h作為設(shè)計(jì)依據(jù)確定各機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)參數(shù)，采用全液壓驅(qū)動(dòng)和控制，攪拌站集上料裝置、攪拌機(jī)構(gòu)、泵送機(jī)構(gòu)于履帶底盤上，可實(shí)現(xiàn)自由行走，該站能實(shí)現(xiàn)混凝土的上料、攪拌、輸送功能。

濕噴作業(yè)工藝流程：上料→攪拌泵料→濕噴泵料→機(jī)械手噴漿→行走。

1）上料。人工從礦車中把沙石和水泥裝入配料斗中，配料斗體積按一袋水泥所配混凝土的量設(shè)計(jì)，保證配比準(zhǔn)確。然后，在配料斗提升缸的驅(qū)動(dòng)下，上升到一定高度后，自動(dòng)倒入攪拌罐中?；炷恋乃冶?．45～0．6。

2）攪拌泵料。攪拌機(jī)為單臥軸式，由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，攪拌罐容積為400 L，攪拌一罐時(shí)間為40 s，攪拌完成后，在攪拌罐翻轉(zhuǎn)缸的驅(qū)動(dòng)下，翻轉(zhuǎn)倒入料斗中。然后由泵送機(jī)構(gòu)壓入管道，送到噴漿機(jī)的濕噴機(jī)料斗中。

3）濕噴泵料。濕噴機(jī)采用雙液壓缸驅(qū)動(dòng)，分配閥采用S管式，控制采用液控。最大出口壓力6 MPa，理論排量為0～6 m3/h可調(diào)，配備液體速凝劑計(jì)量泵。通過管路把攪拌好的混凝土輸送到機(jī)械手的噴嘴處。

4）機(jī)械手噴漿作業(yè)。機(jī)械手具有6個(gè)運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)，各關(guān)節(jié)采用手動(dòng)控制。作業(yè)時(shí)，往復(fù)馬達(dá)通過齒輪齒條機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)機(jī)械手往復(fù)運(yùn)動(dòng)，行程1 500 mm；大臂擺動(dòng)缸通過大臂折疊連桿驅(qū)動(dòng)大臂回轉(zhuǎn)座繞和往復(fù)臂的鉸軸擺動(dòng)，可使大臂折疊縮小運(yùn)輸長度；大臂和大臂回轉(zhuǎn)座鉸接，在大臂仰俯缸的驅(qū)動(dòng)下做仰俯運(yùn)動(dòng)，伸縮臂和大臂采用滑動(dòng)副，由伸縮馬達(dá)通過齒輪齒條機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)伸縮臂在大臂內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，行程1 200 mm；噴槍轉(zhuǎn)動(dòng)裝置和伸縮臂法蘭連接，該裝置的輸出軸可使噴槍繞大臂軸線轉(zhuǎn)動(dòng)；噴槍擺動(dòng)架和噴槍轉(zhuǎn)動(dòng)裝置的輸出軸通過平鍵固定連接并和噴槍刷動(dòng)裝置鉸接，在噴槍擺動(dòng)缸的驅(qū)動(dòng)下，噴槍刷動(dòng)裝置繞鉸軸擺動(dòng)；噴槍固定在噴槍刷動(dòng)裝置的刷動(dòng)架上，在噴槍刷動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)下做圓錐轉(zhuǎn)動(dòng)；通過上述運(yùn)動(dòng)的組合，可使噴槍移動(dòng)到5 m×5 m斷面巷道的任何噴漿位置。在噴槍上設(shè)有混流器，在混流器中，帶有速凝劑的壓縮空氣和混凝土混合，通過噴嘴加速后噴到被噴面上。

在運(yùn)輸時(shí)，大臂前端可折疊，且大臂可繞大臂擺動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)到和大臂伸縮缸平行位置，保證機(jī)械手在運(yùn)輸時(shí)的安全。行走機(jī)構(gòu)為履帶行走部，液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。

5）整機(jī)行走。噴漿機(jī)和攪拌站行走機(jī)構(gòu)為履帶底盤式行走部，由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。

機(jī)械臂式濕式噴漿機(jī)示意圖見圖1，混凝土攪拌站示意圖見圖2。

4 機(jī)械臂式濕式噴漿機(jī)成套設(shè)備性能及特點(diǎn)

1）配置了KJ403-F型PLC監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了噴漿機(jī)的PLC監(jiān)測(cè)、監(jiān)控。主要功能包括：遠(yuǎn)程聯(lián)機(jī)語音通話；聯(lián)機(jī)啟動(dòng)；故障手動(dòng)急停；對(duì)齒輪箱、油箱、電機(jī)、冷卻器等關(guān)鍵部件進(jìn)行即時(shí)溫度監(jiān)控、超溫語音報(bào)警、自動(dòng)停機(jī)。

2）行走控制閥實(shí)現(xiàn)了腳踏式控制，操作簡(jiǎn)單、方便、快捷。

3）噴頭使用不銹鋼材質(zhì)，提高了噴頭強(qiáng)度和內(nèi)筒耐磨性，延長了噴頭使用壽命；噴頭連接方式使用快速扣接，拆卸時(shí)間明顯縮短，使清洗更方便、快捷。

4）設(shè)計(jì)有噴漿機(jī)操作人員防護(hù)裝置，防止作業(yè)時(shí)巷道頂板碎石掉落傷人，保障了操作人員安全。

5）隨動(dòng)照明燈為礦用隔爆型LED綠色照明機(jī)車燈，照明強(qiáng)度高，無故障照明時(shí)間長達(dá)50 000 h，該燈有節(jié)能降耗特點(diǎn)。

6）噴漿機(jī)料斗增加振動(dòng)篩，經(jīng)二次篩選，防止15 mm以上大顆?；炝线M(jìn)入料斗，減少了管路堵塞，降低了檢修工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

圖1 濕式噴漿機(jī)示意圖

圖2 混凝土攪拌站示意圖

5 推廣及應(yīng)用

2010年，該噴漿機(jī)在晉煤集團(tuán)趙莊礦13013北二回風(fēng)巷進(jìn)行了試驗(yàn)。巷道基本情況：試驗(yàn)巷道斷面高5 m，寬6 m，全部用鋼網(wǎng)鋪設(shè)，再用9 m長錨索固定網(wǎng)片，要求進(jìn)行混凝土錨噴支護(hù)加固。試驗(yàn)期間共噴漿1 000多m，并對(duì)噴漿砼塊進(jìn)行了抗壓試驗(yàn)，凝土配方強(qiáng)度檢驗(yàn)，達(dá)到C20標(biāo)準(zhǔn)（照標(biāo)準(zhǔn)方法制作養(yǎng)護(hù)的立方體試件抗壓強(qiáng)度20 MPa）。噴幫試驗(yàn)厚度可以一次達(dá)到150 mm；頂部噴漿試驗(yàn)厚度一次可達(dá)到50～70 mm。噴漿機(jī)行走速度2 km/h，濕噴比干（潮）噴降低10%～20%回彈。濕噴粉塵濃度較潮噴大幅度降低，機(jī)旁幾乎沒有粉塵。試驗(yàn)取得了較好效果。

濕噴技術(shù)及其成套設(shè)備的應(yīng)用，不僅使噴射混凝土質(zhì)量提高、回彈率降低、強(qiáng)度提高、施工速度加快，而且使粉塵濃度大幅降低，基本消除了機(jī)旁粉塵，保護(hù)了員工身體健康，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。試驗(yàn)中也發(fā)現(xiàn)存在以下問題，如混凝土輸送距離較長，作業(yè)結(jié)束時(shí)輸送管路中的混凝土與水無法準(zhǔn)確判斷，造成輸送管路混凝土殘留過多，造成浪費(fèi)，還容易堵管。料斗提升系統(tǒng)整體尺寸過大，高度過高，離地間隙過小，還需要進(jìn)一步研制小型化、簡(jiǎn)單化系列產(chǎn)品，以滿足不同巷道斷面使用要求。

Development and Usage on Wet Shotcrete Complete Equipment for Underground Coal Mine

Yang Ping-li，Zhao Guang-ming

By comparing two kinds of surface shotereting process in bolting support of the current coal mine underground roadway，namely dry spray process and wet shotcrete technology，introduces the advantages of wet shotereting process，characteristics and implementation plan，and analyses characteristics，use conditions，development route and other of wet shotcrete complete equipment，summarizes the actual use effect and development experience，points out insufficient and defect of the existing equipment in use process，and provides the specific solutions，suggestions and related technical data，can provide reference for the development，improvement and promotion use of wet shotcrete complete equipment in future．

Wet shotcrete；Roadway support；Concrete

TD4

B

1672-0652（2013）05-0044-03

2013-02-06

楊平麗（1971—），女，山西晉城人，1994年畢業(yè)于太原理工大學(xué)，工程師，主要從事礦山機(jī)械工作（E-mail）czscfwzxypl＠jccoal．com