長距離遠(yuǎn)程操作噴漿系統(tǒng)的實(shí)施應(yīng)用

孔令偉 敖建東

（棗礦集團(tuán)蔣莊煤礦，山東 棗莊 277519）

1 工程概況

蔣莊煤礦掘進(jìn)三區(qū)施工的北十采區(qū)運(yùn)輸機(jī)下山，該開拓巷道為15°下山施工，巷道采用錨網(wǎng)噴支護(hù)。巷道凈斷面為13.6 m2，噴厚80 mm，巷道頂幫需噴射混凝土1.09 m3完成封閉噴漿作業(yè)。傳統(tǒng)噴漿工藝為：55 kW 絞車后路提升運(yùn)輸，噴漿料到位后，人工體力卸沙，通過上料機(jī)上料，迎頭后安裝噴漿機(jī)短距離噴漿。采用傳統(tǒng)工藝施工，存在粉塵濃度高、人工卸料勞動(dòng)強(qiáng)度大、單車噴漿耗時(shí)長等弊端，占用崗位多。礦井于2018 年在北十采區(qū)運(yùn)輸機(jī)下山進(jìn)行遠(yuǎn)距離噴漿系統(tǒng)的試驗(yàn)研究。

2 長距離遠(yuǎn)程操作噴漿系統(tǒng)的提出與應(yīng)用

2.1 傳統(tǒng)噴漿工藝的弊端

（1）現(xiàn)場人工拌制砂漿產(chǎn)塵大，對(duì)井下環(huán)境污染相當(dāng)嚴(yán)重。噴漿時(shí)在拌料、上料、噴漿機(jī)、噴槍處都產(chǎn)生大量粉塵，實(shí)際粉塵量超過國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

（2）在井巷施工現(xiàn)場拌制噴漿料，配比不準(zhǔn)確、拌合不均勻?qū)е聡姖{料質(zhì)量不穩(wěn)定，回彈率高，材料浪費(fèi)大?；炷羾姖{的回彈率一般在20%～30%。

（3）工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低。

（4）噴射距離短。傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)子式混凝土噴射機(jī)，用于干料、潮料混凝土噴射作業(yè)。轉(zhuǎn)子式混凝土噴射機(jī)的給料部分、噴射部分為一體（即它只有一個(gè)料腔，同時(shí)用于給料和噴射作業(yè)），給料和噴射時(shí)密封處于相對(duì)旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，密封結(jié)構(gòu)不可靠，并極易出現(xiàn)磨損造成密封失效，以致噴射距離短，僅能達(dá)到60～80 m，并產(chǎn)生較多粉塵，料腔通過出料口頻率較低，噴射時(shí)脈沖大，物料不能連續(xù)。

2.2 解決方案

（1）噴漿粉塵的解決方案：一是采取潮式噴漿技術(shù)，降低噴漿過程產(chǎn)塵；二是采用螺桿式混凝式攪拌器及混凝土轉(zhuǎn)載機(jī)拌料、上料，減少拌料揚(yáng)塵量。

（2）配比不均勻、回彈率高的解決方案：采用螺桿式混凝式攪拌器拌料，嚴(yán)格控制噴漿料配比，攪拌均勻，回彈率得到有效控制。

（3）勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低的解決方案：采用機(jī)械化拌料、上料、噴漿，取代人工作業(yè)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離噴漿按鍵集控操作。

（4）噴射距離短解決方案：著重研究遠(yuǎn)距離、無塵化的噴漿裝備和自動(dòng)化、機(jī)械化、適用性高的噴漿工藝，最終達(dá)到增大噴漿距離、降低粉塵濃度、降低作業(yè)強(qiáng)度、提高噴漿質(zhì)量的目的。

2.3 工作原理及結(jié)構(gòu)

遠(yuǎn)距離噴漿系統(tǒng)是通過系統(tǒng)性改造，針對(duì)噴漿拌料、上料、噴漿及運(yùn)輸各環(huán)節(jié)研發(fā)的系統(tǒng)性設(shè)備。其關(guān)鍵技術(shù)：一是PLC 程序控制各液壓系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)機(jī)械化無塵化拌料；二是針對(duì)無塵化上料工藝，采用全液壓系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)取料、自動(dòng)上料；三是全液壓驅(qū)動(dòng)遠(yuǎn)距離噴漿，減少運(yùn)輸環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)長距離無塵化噴漿。使用該系統(tǒng)噴漿，可以一次安裝直至工程結(jié)束，無需提升運(yùn)輸，節(jié)省人力物力，改善傳統(tǒng)噴漿施工工藝。

2.3.1 螺桿式混凝式攪拌器

螺桿式混凝土攪拌器由升降橫移機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)底盤、縱移機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、攪拌頭、液壓泵站與控制系統(tǒng)構(gòu)成。升降橫移機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)底盤作為主機(jī)架布置在礦車軌道的一側(cè)，縱移機(jī)構(gòu)布置在礦車軌道的中間，回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)通過軸承座固定在升降橫移機(jī)構(gòu)的側(cè)端，帶有螺旋攪拌葉片的攪拌頭插裝于回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的下方，回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。工作時(shí)，液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)其下方的攪拌頭作回轉(zhuǎn)攪拌運(yùn)動(dòng)，升降、橫移油缸帶動(dòng)攪拌頭分別作升降、橫移運(yùn)動(dòng)，縱移油缸帶動(dòng)礦車作縱移運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)攪拌頭在礦車內(nèi)對(duì)噴漿料實(shí)現(xiàn)上下、左右、前后的攪拌運(yùn)動(dòng)。

2.3.2 遙控鏈斗式混凝土轉(zhuǎn)載機(jī)

主要由行走裝置、回轉(zhuǎn)舉升機(jī)構(gòu)、上料裝置、皮帶機(jī)、液壓泵站及電控裝置構(gòu)成。設(shè)備的所有零部件均固定在行走裝置上。行走裝置由履帶底盤、底板焊接件等構(gòu)成；回轉(zhuǎn)舉升機(jī)構(gòu)通過回轉(zhuǎn)減速機(jī)固定在行走裝置上，回轉(zhuǎn)舉升機(jī)構(gòu)上固定有上料裝置，通過回轉(zhuǎn)舉升機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)上料裝置從通行位置至工作位置的轉(zhuǎn)換及高度的升降調(diào)整；上料裝置帶有由液壓馬達(dá)及鏈條驅(qū)動(dòng)的喂料螺旋滾筒和上料刮斗機(jī)構(gòu)，可從裝有噴漿料的礦車中連續(xù)均勻地取料并輸送至皮帶機(jī)進(jìn)行其他作業(yè)；轉(zhuǎn)載機(jī)采用全液壓驅(qū)動(dòng)方式，配套的液壓泵站與控制系統(tǒng)提供所需液壓動(dòng)力及手動(dòng)/無線遙控控制，皮帶機(jī)可將材料運(yùn)輸至指定位置。

2.3.3 液壓轉(zhuǎn)子式混凝土噴射機(jī)

混合噴漿料（現(xiàn)場拌制或配料廠拌制或袋裝、筒倉儲(chǔ)存材料），送入料斗，經(jīng)過篩子將大顆粒篩除后進(jìn)入錐形給料裝置內(nèi)的料杯內(nèi)，然后落入氣料室。落料點(diǎn)前處，壓縮空氣通過錐形殼體進(jìn)入有料料杯。空氣噴射使物料松散，有利物料充分落入氣料室。物料從料杯排出后，其內(nèi)的殘余壓縮空氣通過余氣口排出，若有殘余物料也隨壓縮空氣一塊排出進(jìn)入集塵器。然后空料杯旋轉(zhuǎn)繼續(xù)從料斗中接料。通過液壓控制給料裝置旋轉(zhuǎn)速度，控制送往氣料室物料的多少。氣料室的補(bǔ)壓氣使其中的物料盡量疏松（有利物料的輸送），再通過葉片輪旋轉(zhuǎn)將物料送至物料出口。壓縮空氣通過進(jìn)氣口進(jìn)入氣料室，并通過布置在葉片輪料杯頂部上側(cè)的鵝頸管導(dǎo)向出料口。壓縮空氣將葉片輪上料杯內(nèi)噴漿料吹出通過出料口、輸送管路流向噴嘴。葉片輪的轉(zhuǎn)速可以無級(jí)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)物料均勻送向噴嘴。

圖1 液壓轉(zhuǎn)子式混凝土噴射系統(tǒng)

如圖1 液壓轉(zhuǎn)子式混凝土噴射系統(tǒng)主要由行走裝置、料斗、錐形給料裝置、噴射系統(tǒng)、液壓泵站、氣路系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)及除塵器構(gòu)成。設(shè)備的所有零部件均固定在行走裝置上。行走裝置由履帶底盤、底板焊接件等構(gòu)成。噴射系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)部分固定在行走裝置上，噴射系統(tǒng)主要包括氣料室、葉片輪、減速機(jī)和馬達(dá)。氣料室上固定有錐形給料裝置和料斗，通過錐形給料裝置的定量錐形轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)將物料送入到氣料室內(nèi)，再通過葉片輪的旋轉(zhuǎn)將物料在風(fēng)壓的作用下輸送出去。噴射機(jī)采用全液壓驅(qū)動(dòng)方式，配套的液壓泵站與控制系統(tǒng)提供所需液壓動(dòng)力通過手動(dòng)控制來實(shí)現(xiàn)各動(dòng)作。

3 技術(shù)效果

3.1 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

（1）螺桿式混凝式攪拌器有效地解決了普通噴漿機(jī)人工卸料、拌料的問題，節(jié)省大量的人力，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高噴漿工作效率，而且大大減少人工作業(yè)所帶來的粉塵，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)。

（2）遙控鏈斗式混凝土轉(zhuǎn)載上料機(jī)通過遠(yuǎn)程遙控控制，有效替代了人工從礦車中取料、人工上料等傳統(tǒng)作業(yè)方式，實(shí)現(xiàn)連續(xù)均勻供料。

（3）液壓轉(zhuǎn)子式混凝土噴射機(jī)有效解決遠(yuǎn)距離噴漿噴頭噴漿效果不好的現(xiàn)象，通過自動(dòng)化、機(jī)械化、適用性高的噴漿工藝，達(dá)到了增大噴漿距離、降低粉塵濃度、降低作業(yè)強(qiáng)度、提高噴漿質(zhì)量的效果。

3.2 經(jīng)濟(jì)效益

新式噴漿系統(tǒng)的投入使用，使得卸沙出勤人數(shù)由3 人縮減為2 人。按工區(qū)人均應(yīng)發(fā)工資9650 元/月計(jì)算，每年可節(jié)約開支115 800 元。每班次卸沙車數(shù)由10 車增加至15 車，與以往相比，每月可多成巷25%，一月可創(chuàng)造效益3450 元，一年可創(chuàng)造效益41 400 元。

新式噴漿系統(tǒng)卸沙速度較人工卸沙更加穩(wěn)定，拌料能力較原上料機(jī)有了大幅度提高，迎頭噴漿連續(xù)性好，噴漿質(zhì)量較原有裝備提升10%。噴漿完成后巷道成型好，減少后路復(fù)噴工作量，一月可節(jié)約成本3105 元，一年可節(jié)約成本37 260 元。使用該裝備每年有效增效194 460 元。

4 結(jié)語

新式噴漿系統(tǒng)有效地解決了勞動(dòng)強(qiáng)度大的問題，節(jié)省了大量的人力，人員無需在礦車內(nèi)卸沙，避免人員上下沙車摔倒等可能造成人員受傷的意外事故，大大提高了作業(yè)人員的安全系數(shù)，大大減少了井下人工作業(yè)所帶來的粉塵，實(shí)現(xiàn)了清潔生產(chǎn)。