煤礦井下濕式噴漿成套設備的研制與使用

楊平麗，趙光明

（1．晉城煤業集團成莊礦，山西 晉城 048000；2．晉城煤業集團金鼎公司，山西 晉城 048000）

·試驗研究·

煤礦井下濕式噴漿成套設備的研制與使用

楊平麗1，趙光明2

（1．晉城煤業集團成莊礦，山西 晉城 048000；2．晉城煤業集團金鼎公司，山西 晉城 048000）

通過對比目前煤礦井下巷道錨桿支護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點、特性和實施方案，并分析了濕式噴漿成套設備的特點、使用條件、研制路線等，總結了現場實際使用效果和研制經驗，指出現有設備在使用過程中的不足和缺陷，并提供了具體的解決方案、建議和相關技術數據，可為今后濕式噴漿成套設備的研制改進和使用推廣提供借鑒和參考。

濕式噴漿；巷道支護；混凝土

1 相關領域國內外發展現狀

錨桿支護是井巷工程中的一項重要支護技術，近年來，噴錨支護已在我國普遍推廣。噴射混凝土是錨桿支護的重要組成部分。目前，煤礦噴漿以干（潮）噴工藝為主，此工藝存在混凝土質量不易控制、回彈率高、粉塵濃度大，難以達到煤礦企業作業場所職業衛生標準，且大都是人工操作，勞動強度大。具體情況如下：

1）干（潮）噴回彈率較高，造成原料浪費。

2）干（潮）噴混凝土質量不易控制。混凝土的配比不準確，特別是混凝土的水灰比帶有隨意性。

3）含量過高的粉塵嚴重損害礦工的身體健康。一方面，由于干（潮）噴工藝采用轉子活塞型噴射機與高壓風送料，攪拌和輸送過程中的跑風漏風在所難免，使機旁粉塵飛揚達到呼吸粉塵21．7 mg/m3、全塵102 mg/m3，另一方面，過高的回彈率也使施工現場的空氣中充滿粉塵。

目前，干（潮）噴工藝在隧道施工中已被禁止使用，可以預見煤礦巷道施工也會用濕式噴射混凝土技術取代干（潮）噴工藝。在隧道施工中，采用濕噴機、噴漿機械手和混凝土，實現了噴漿作業的機械化。但由于煤礦巷道斷面小，還存在防爆問題，給噴漿設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備。這也是煤礦仍采用干（潮）噴工藝的原因之一。

當前煤礦井下噴錨支護正在探索使用機械手操作噴槍的濕式噴漿作業形式，和干（潮）噴工藝比較該種作業方式有如下優點：1）混凝土質量易控制。2）回彈率較低。濕噴的混凝土質量好，速凝劑量可控，回彈率較低。3）基本消除了機旁粉塵。4）采用機械手代替人工操作噴槍，可降低勞動強度。因此，研制上述濕式噴漿作業形式的成套設備成為煤礦井下噴錨支護發展的必然趨勢。

2 國內外噴漿設備的發展趨勢

1）噴漿機向著小型、輕便、高效、一機多用方向發展，這樣可以使操作省力、移動方便。

2）濕式噴射因其明顯的優點而得到各國的重視，很多國家已研制出多種濕噴機。

3）目前，國內外都很重視配套設備的研究，因為機組的使用改善了工作條件，簡化了工序、提高了效率。

3 濕噴作業總體設計思路及方案

針對目前煤礦混凝土噴漿的現狀和現場施工情

況，確定濕噴作業的總體設計方案如下：

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好后，通過上料裝置倒入攪拌桶，按照一定的水灰比加水攪拌均勻，變成噴漿要求的濕式混凝土，倒入泵送機料斗中，通過輸送管泵送到噴漿機濕噴泵料斗，經過二次攪拌泵送至機械手噴嘴處，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。濕噴混凝土水灰比應準確控制、拌合及充分水化，速凝劑按比例計量添加。一次噴層厚度比干（潮）噴大幅度提高，減少了達到設計噴層厚度的次數，簡化了工序，提高了施工速度。

噴漿機混凝土的噴漿量以6 m3/h作為原始設計依據，確定各自的技術參數，機械手和濕噴機集合為一體，且能自由行走。設備采用全液壓驅動和控制。噴漿機機械手自動完成混凝土的噴射工作。混凝土攪拌站以泵送能力8 m3/h作為設計依據確定各機構的設計參數，采用全液壓驅動和控制，攪拌站集上料裝置、攪拌機構、泵送機構于履帶底盤上，可實現自由行走，該站能實現混凝土的上料、攪拌、輸送功能。

濕噴作業工藝流程：上料→攪拌泵料→濕噴泵料→機械手噴漿→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計，保證配比準確。然后，在配料斗提升缸的驅動下，上升到一定高度后，自動倒入攪拌罐中。混凝土的水灰比0．45～0．6。

2）攪拌泵料。攪拌機為單臥軸式，由液壓馬達驅動，攪拌罐容積為400 L，攪拌一罐時間為40 s，攪拌完成后，在攪拌罐翻轉缸的驅動下，翻轉倒入料斗中。然后由泵送機構壓入管道，送到噴漿機的濕噴機料斗中。

3）濕噴泵料。濕噴機采用雙液壓缸驅動，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，配備液體速凝劑計量泵。通過管路把攪拌好的混凝土輸送到機械手的噴嘴處。

4）機械手噴漿作業。機械手具有6個運動關節，各關節采用手動控制。作業時，往復馬達通過齒輪齒條機構實現機械手往復運動，行程1 500 mm；大臂擺動缸通過大臂折疊連桿驅動大臂回轉座繞和往復臂的鉸軸擺動，可使大臂折疊縮小運輸長度；大臂和大臂回轉座鉸接，在大臂仰俯缸的驅動下做仰俯運動，伸縮臂和大臂采用滑動副，由伸縮馬達通過齒輪齒條機構驅動伸縮臂在大臂內作往復運動，行程1 200 mm；噴槍轉動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動；噴槍擺動架和噴槍轉動裝置的輸出軸通過平鍵固定連接并和噴槍刷動裝置鉸接，在噴槍擺動缸的驅動下，噴槍刷動裝置繞鉸軸擺動；噴槍固定在噴槍刷動裝置的刷動架上，在噴槍刷動裝置的驅動下做圓錐轉動；通過上述運動的組合，可使噴槍移動到5 m×5 m斷面巷道的任何噴漿位置。在噴槍上設有混流器，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。

在運輸時，大臂前端可折疊，且大臂可繞大臂擺動軸轉動到和大臂伸縮缸平行位置，保證機械手在運輸時的安全。行走機構為履帶行走部，液壓馬達驅動。

5）整機行走。噴漿機和攪拌站行走機構為履帶底盤式行走部，由液壓馬達驅動。

機械臂式濕式噴漿機示意圖見圖1，混凝土攪拌站示意圖見圖2。

4 機械臂式濕式噴漿機成套設備性能及特點

1）配置了KJ403-F型PLC監控系統，實現了噴漿機的PLC監測、監控。主要功能包括：遠程聯機語音通話；聯機啟動；故障手動急停；對齒輪箱、油箱、電機、冷卻器等關鍵部件進行即時溫度監控、超溫語音報警、自動停機。

2）行走控制閥實現了腳踏式控制，操作簡單、方便、快捷。

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

4）設計有噴漿機操作人員防護裝置，防止作業時巷道頂板碎石掉落傷人，保障了操作人員安全。

5）隨動照明燈為礦用隔爆型LED綠色照明機車燈，照明強度高，無故障照明時間長達50 000 h，該燈有節能降耗特點。

6）噴漿機料斗增加振動篩，經二次篩選，防止15 mm以上大顆粒混料進入料斗，減少了管路堵塞，降低了檢修工人勞動強度。

圖1 濕式噴漿機示意圖

圖2 混凝土攪拌站示意圖

5 推廣及應用

2010年，該噴漿機在晉煤集團趙莊礦13013北二回風巷進行了試驗。巷道基本情況：試驗巷道斷面高5 m，寬6 m，全部用鋼網鋪設，再用9 m長錨索固定網片，要求進行混凝土錨噴支護加固。試驗期間共噴漿1 000多m，并對噴漿砼塊進行了抗壓試驗，凝土配方強度檢驗，達到C20標準（照標準方法制作養護的立方體試件抗壓強度20 MPa）。噴幫試驗厚度可以一次達到150 mm；頂部噴漿試驗厚度一次可達到50～70 mm。噴漿機行走速度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，機旁幾乎沒有粉塵。試驗取得了較好效果。

濕噴技術及其成套設備的應用，不僅使噴射混凝土質量提高、回彈率降低、強度提高、施工速度加快，而且使粉塵濃度大幅降低，基本消除了機旁粉塵，保護了員工身體健康，降低了勞動強度。試驗中也發現存在以下問題，如混凝土輸送距離較長，作業結束時輸送管路中的混凝土與水無法準確判斷，造成輸送管路混凝土殘留過多，造成浪費，還容易堵管。料斗提升系統整體尺寸過大，高度過高，離地間隙過小，還需要進一步研制小型化、簡單化系列產品，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年畢業于太原理工大學，工程師，主要從事礦山機械工作（E-mail）czscfwzxypl＠jccoal．com