雙螺旋全液壓濕式混凝土噴射機(jī)原理及應(yīng)用研究

李文湛，李寧，徐丹，李博，楊勝丹，曹吉峰

（黑龍江雙鴨山金泉機(jī)械制造有限公司，黑龍江 雙鴨山 155100）

1 煤礦噴漿設(shè)備的發(fā)展?fàn)顩r

目前煤礦混凝土噴漿作業(yè)的噴漿機(jī)設(shè)備，大多是瑞士公司1942 年生產(chǎn)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、風(fēng)動(dòng)力為輸送基本方式的噴漿設(shè)備。由于采取風(fēng)動(dòng)力噴射干（潮）混凝土，故噴漿作業(yè)時(shí)存在回彈量大、粉塵污染嚴(yán)重、混凝土強(qiáng)度低的三大技術(shù)難題。特別是干（潮）噴作業(yè)的回彈大粉塵嚴(yán)重污染環(huán)境，致使煤礦噴漿作業(yè)人員——噴漿工成為煤礦患?jí)m肺病的工種之一。國(guó)家安全監(jiān)管總局發(fā)布安監(jiān)總煤裝{2011}17 號(hào)文件，明令禁止干式混凝土噴漿機(jī)的使用。2019 年7 月，國(guó)家十部委下發(fā)國(guó)衛(wèi)職健發(fā){2019}46 號(hào)文件《塵肺病防治攻堅(jiān)行動(dòng)方案》，將消滅粉塵、防塵肺病發(fā)生上升到國(guó)家的行動(dòng)。雙螺旋全液壓濕式混凝土噴射機(jī)（以下簡(jiǎn)稱：新型濕噴機(jī)）,是某機(jī)械制造公司歷經(jīng)7 年時(shí)間研發(fā)的煤礦噴漿作業(yè)專用設(shè)備。該核心發(fā)明專利技術(shù)是采用無(wú)軸雙螺旋結(jié)構(gòu)[發(fā)明專利名稱：螺旋自動(dòng)配比混凝土攪拌輸送機(jī)；專利號(hào)：ZL201310266603.1]，使混凝土+水充分?jǐn)嚢?，及采取全液壓?dòng)力混凝土推送方式，真正實(shí)現(xiàn)了濕式混凝土噴漿作業(yè)。該技術(shù)裝備同時(shí)被列入黑龍江省煤礦安全監(jiān)察局《煤礦安全生產(chǎn)先進(jìn)適用技術(shù)與裝備匯編》中。其研發(fā)成功，為煤礦實(shí)現(xiàn)濕噴混凝土噴漿作業(yè)提供了新裝備。

2 新型濕噴機(jī)的原理

（1）主要結(jié)構(gòu)：新型濕噴機(jī)主要由全液壓動(dòng)力系統(tǒng)、攪拌系統(tǒng)、噴射系統(tǒng)、底座、輔助添加系統(tǒng)等部分構(gòu)成。

（2）工作原理：新型濕噴機(jī),通過(guò)螺旋自動(dòng)配比上料方式，將水泥、砂石輸送至雙螺旋攪拌器內(nèi)，經(jīng)無(wú)軸雙螺旋結(jié)構(gòu)使混凝土+水?dāng)嚢韬?，并由全液壓泵送方式推入至輸送管，再由高壓風(fēng)噴至工作面，完成濕式混凝土噴漿作業(yè)工序。

3 新型濕噴機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)（表1）

表1

4 樣板工程使用情況

新型噴漿機(jī)在研發(fā)定型過(guò)程中，進(jìn)行了多次井下巷道噴漿試驗(yàn)，以及某市環(huán)城公路護(hù)坡、某煤礦地面儲(chǔ)煤場(chǎng)地面噴漿施工中使用，均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。為推廣新型濕噴機(jī)技術(shù)，培訓(xùn)專業(yè)操作人員，某礦業(yè)公司實(shí)施濕式混凝土噴漿機(jī)的樣板工程。

工程名稱：SLB-8 雙螺旋全液壓濕式混凝土噴射機(jī)樣板工程。

施工地點(diǎn)：黑龍江龍煤集團(tuán)雙鴨山礦業(yè)公司東榮三礦東一西翼回風(fēng)大巷。

施工巷道斷面：13.56 平方米；巷道形狀：拱形；圍巖狀況：中細(xì)砂巖；支護(hù)方式：錨噴支護(hù)。

施工時(shí)間：2018 年12 月3 日～12 月11 日。

施工長(zhǎng)度總計(jì)：623 米。

4.1 勞動(dòng)組織及特點(diǎn)

新型濕噴機(jī)人員配備：每日一班（八點(diǎn)班）作業(yè)，每小班配備5 人；其中，專職操作司機(jī)1 人，噴漿手1 人，上料工3 人。

操作司機(jī)負(fù)責(zé)噴漿作業(yè)施工的整體調(diào)動(dòng)指揮，及作業(yè)過(guò)程中的開(kāi)停機(jī)、上料、加水量控制、混凝土和易性掌控、設(shè)備運(yùn)行狀況監(jiān)測(cè)等工作。是噴漿作業(yè)小組的核心。

4.2 混凝土和易性穩(wěn)定要求

新型濕噴機(jī)采取的是螺旋自動(dòng)配比上料、全液壓動(dòng)力輸送攪拌推送方式?；炷林械乃?、骨料和砂的配比為1：1.5：2.25（重量比），水灰比為0.44(每立方米混凝土中水的加量為200kg)。為嚴(yán)防堵管砂石骨料要過(guò)篩，最大直徑控制在≤8 ～10mm。

為確?；炷羾姖{作業(yè)工程質(zhì)量，施工中要求嚴(yán)格按《操作規(guī)范》要求，在混凝土中添加水化控制劑、減水劑和速凝劑。

4.3 噴漿示范工程效果

（1）工業(yè)性試驗(yàn)情況

①作業(yè)班次人員：每日一班（八點(diǎn)班）作業(yè)；②施工工序及噴層厚度：設(shè)計(jì)噴厚50 ㎜。施工工序：兩次噴漿成巷。其中初噴35 ～40 ㎜，復(fù)噴厚度15 ～20 ㎜；復(fù)噴間隔時(shí)間4 小時(shí)以上。③濕噴回彈率：≤10-15%。④現(xiàn)場(chǎng)粉塵：無(wú)明顯粉塵飛揚(yáng)。經(jīng)測(cè)式噴槍粉塵濃度為1.92mg/m3。

（2）使用效果分析對(duì)比

新型濕噴機(jī)作業(yè)流程：物料+水→螺旋攪拌→液壓缸體推送→風(fēng)動(dòng)力→噴射；

與傳統(tǒng)噴漿機(jī)相比，具有作業(yè)粉塵小、噴射回彈少、保護(hù)工作環(huán)境、節(jié)省原材料、提高噴層質(zhì)量等顯著優(yōu)勢(shì)。經(jīng)實(shí)際測(cè)試，主要技術(shù)指標(biāo)如下：

粉塵低：經(jīng)測(cè)定粉塵濃度平均值，干噴為103.1mg/m3，濕噴為1.92mg/m3，平均降低率98.1%。在噴咀旁的粉塵量?jī)H是干（潮）噴粉塵量的1/6，故改善作業(yè)環(huán)境粉塵效果顯著，減少塵矽肺病發(fā)生率，保護(hù)施工人員健康。

回彈少：干噴回彈一般在35%～50%，濕噴一般低于10%～15%。同時(shí)因回彈量的減少縮短作業(yè)時(shí)間，節(jié)省原材料顯著。

強(qiáng)度高：相同條件下巷道支護(hù)噴層強(qiáng)度的測(cè)試結(jié)果：干（潮）噴14.6MPa，濕噴30MPa；混凝土噴層強(qiáng)度提高51.3%。有利于煤礦安全。

5 結(jié)語(yǔ)

本次雙螺旋全液壓濕式混凝土噴射機(jī)樣板工程，完成噴漿支護(hù)巷道總長(zhǎng)623m，平均回彈率10%～15%，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)灰塵，達(dá)到新型濕噴機(jī)的設(shè)計(jì)指標(biāo)。符合國(guó)家降低粉塵，防塵肺病發(fā)生、保護(hù)施工人員健康的總體要求。是煤礦噴漿設(shè)備在結(jié)構(gòu)上的突破。主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)：

（1）研發(fā)出無(wú)軸雙螺旋專利技術(shù)結(jié)構(gòu)，使混凝土+水充分?jǐn)嚢?，真正?shí)現(xiàn)濕噴混凝土作業(yè)，保障作業(yè)人員健康，社會(huì)效益顯著。

（2）本機(jī)將濕噴作業(yè)的混凝土物料輸送、攪拌、全液壓推送實(shí)現(xiàn)一體化的設(shè)計(jì)，整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，適合煤礦井下狹窄工況條件。

（3）新型濕噴機(jī)采用液壓動(dòng)力輸出為主要結(jié)構(gòu)，操作復(fù)雜，特別是混凝土攪拌要求較高，是保證不堵管、施工順利的保證條件，司機(jī)要經(jīng)專業(yè)培訓(xùn)才可上崗。

（4）新型濕噴機(jī)具有噴射、注漿雙重功能，并可廣泛應(yīng)用于有色礦山、公路護(hù)坡、地鐵隧道等需噴（射）注（漿）混凝土施工作業(yè)領(lǐng)域，市場(chǎng)前景廣闊。