煤矿井下湿式混凝土喷射机应用浅析.pdf

2 0 1 4年第 1 期 中州煤炭 总第2 1 7 期 煤矿 井下湿式混凝 土喷射机应 用浅析 高 立 ( 西山煤电集 团公 司， 山西 太原0 3 0 0 5 3 ) 摘要 ： 分析 了煤矿井下 湿喷工 艺的特 点及 技术难点 ， 根据 目前 市场 上煤矿用 湿式喷 射机 性能特 点 ， 选 择设计 较 为合理 的湿喷机 应用于生产并进行改进 ， 有效解决 了干喷混凝土所 带来 的工人 劳动强度 大、 作业现场粉尘 多、 喷射料 回弹大 、 支护强度不高等 问题 ， 且效 果 良好。 关键词 ： 混凝 土湿喷工艺 ； 速凝 剂； 仓储式 自动上料机 ； 混合型湿喷机 中图分类号 ： T U 6 4 3 文献标 志码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 3 0 5 0 6 ( 2 0 1 4 ) O 1 0 0 7 9 0 2 根据国家第三批煤矿禁止使用设备和工艺的要 求 ， 干式混凝土喷射机 自2 0 1 2年 1月 2 7日起 在煤 矿井下正式禁用。湿喷工艺可有效解决干喷混凝土 所带来的工人劳动强度大 、 作业现场粉尘多 、 喷射料 回弹大 、 支护强度不高等问题 ， 特别是干喷时喷射现 场产生的大量粉尘 ， 严重威胁作业人员 的健康 ， 与我 国对劳动保护越来越高的要求完全背道而驰 ， 成为 煤 矿井 下危 害极 大 的职业 病 源 。 。所 以 ， 在井 下推 广使用湿喷工艺是安全生产发展的必然趋势 。 1湿喷工艺概况 湿喷是相对于干喷而言的， 干喷是当前国内外 普遍采用的一种混凝土喷射工艺 ， 采用该工艺进行 混凝 土 喷射作 业 时 ， 喷射 粉 尘 大 ( 6 01 8 0 mg m ) ； 回弹率高( 2 0 4 0 ) ； 在喷嘴上加水 ， 导致水 灰 比控 制 不准确 ， 水 泥 水 化 不 充 分 ， 影 响 混 凝 土质 量 。 湿喷工艺可以从根本上解决混凝土喷射作业的三大 问题 ， 确保喷射粉尘 8 m g m 、 回弹率 1 0 ， 湿 混合料水灰比控制准确 ， 水泥水化充分 ， 喷射混凝土 强度 高 。 2煤矿湿喷工艺难点 煤矿井下环境特殊 ， 湿喷设备在实现湿喷三大 技术指标的基础 上 ， 还需 满足特殊要 求 ： 结构紧 凑 ， 布局合理 ； 操作简单 ， 可靠性高 ； 湿料摩擦 大， 耐磨性要求高 ； 喷射连续性好 ， 不堵管 ； 体积 合理 ， 方便井下运输 ； 根据湿喷设备 ， 设计合理 的 湿喷工艺参数。其中， 耐磨性 、 喷射连续性和喷射工 收稿 日期 ： 2 0 1 31 1 0 4 作者简介 ：高 立( 1 9 7 0 一 ) ， 男 ， 安徽 涡阳人 ， 工 程师 ， 1 9 9 4年毕 业 于太原工业大学 ， 现从 事煤 矿机电管理工作 。 艺是湿喷技术在煤矿井下运用时急需突破的瓶颈。 3 湿 喷机的性能特点分析 根据输送动力 ， 矿用湿喷机可分为稠密流泵送 型 和稀 薄流 风送 型 2种 。 3 1稠密 流泵 送型 泵送 型主 要 指 液压 泵 送式 湿 喷 机 ， 结 构 同混 凝 土输 送泵 相似 ， 在 长距离 泵送 后再 加风 喷射 ， 可 以达 到较长的喷射距离。该厂家除湿喷机主机外 ， 还有 与之相配套的混凝土搅拌机 ， 采用单卧轴强制搅拌 ， 液压驱动。喷浆料加水搅拌合格后 ， 液压 翻转搅拌 机 出料倒入湿喷机料斗 ， 出料高度与湿喷机料斗吻 合 ， 采用人工上料。湿喷机的 2个混凝土高压缸交 替将湿混凝土料输送至喷嘴 ， 在喷嘴处将压缩空气 和液体速凝剂按照合理比例加入混凝 土中， 压缩空 气将混凝土料喷射到支护面。湿喷主机上设置有气 压 驱动 液体 速凝 剂计量 添 加装 置 。 现 场试 验 表 明 ， 稠 密 流泵 送 型 湿 喷机 能 实现 长 时间连续喷射 ， 水灰 比控制较好 ， 搅拌质量高 ， 输送 距离在百米以上 ， 粉尘及 喷射回弹率均有所降低 。 存在主要问题 ： 砂石 、 水泥上料过程 中工人劳动 强度大并且产生一定粉尘 ； 混凝土搅拌机卸料时的 翻转要求巷道必须有足够的高度 ； 采用液体速凝剂 ， 成本较高 ； 作业结束后清洗工作量大 ； 整套设备价格 较高。 3 2稀薄 流风 送型 因井下空间狭小 ， 大型的搅拌 、 上料等工程机械 无法使用。传统的稀薄流风送型湿喷机在煤矿井下 使用时 ， 要解决 的是配套的上料 、 搅拌设备。同时 ， 因井下设备移动困难 ， 湿喷设备要避开开拓面的其 他设备 ， 要求湿喷时输送距离尽可能延长。西 山集 团西铭矿、 马兰矿前期使用了部分厂家的湿喷机 ， 其 79 2 0 1 4年第 1 期 中州煤炭 总第 2 1 7期 结 构 如 图 1所 示 。特点 ： 人工 将 水 泥 、 石 子 、 砂 子 加 入上料斗 ， 从底部进入搅拌螺旋容腔 ， 在螺旋转动下 向湿喷机输送 ， 同时通过加水系统向螺旋容腔加水 ， 在输送过程 中完成湿混凝 土料 的搅拌 ， 最后落人 湿 喷机内， 通过风压沿喷浆管到喷嘴和液体速凝剂汇 合后 ， 喷射到支护面 。湿喷机具 体有转子式 、 活塞 式 、 软管挤 压泵 式 、 推 链式 等 。 图 1 稀薄流风送型湿喷机结构示意 总体来说 ， 该类湿喷机配备了上料及搅拌设备， 体积较小， 操作简单。实际应用表明， 该湿喷机能大 幅降低作业面粉尘 ， 喷射回弹率也有所降低 ， 但存在 以下问题 ： 搅拌螺旋加水后输送不均匀 ， 导致水灰 比和液体速凝剂添加 比例难 以控制， 易造成管路堵 塞 、 脉 冲大 、 回弹率 高等问题 ； 输 送距 离短， 超过 3 0 m 时， 喷射脉 冲较 大； 液体 速凝剂成本 较高。 另外， 上料时也会产生一定 的粉尘。以上问题导致 这种湿喷机在煤矿井下很难实现长时间连续作业。 4湿喷机在煤矿的应用及改进 混凝土湿喷工艺虽然 已在高铁 、 公路等隧道支 护中得到了广泛应用 ， 但截至 目前 ， 矿用混凝土湿喷 工艺并没有统一的国家标准或行业标准。西山煤电 集团从 2 0 1 1年起开始推行矿用混凝土湿喷工艺 ， 从 2 0 1 1年下半年起 ， 集团组织马兰矿、 西铭 矿试用 了 众多厂家的矿用湿喷机 ， 这些矿用湿喷机各有特色。 其中， 河南省煤科院研制 的一款混合 型湿喷机型较 为合理。工作原理为 ： 在喷射机处添加砂石料 ， 将水 泥预先单独加水制成水泥浆 ， 待两者分别输送一段 距离后 ， 再将其输送管路混合在一起 ， 在混合管路 中 依靠压风对其进行混合 、 搅拌 ， 然后从喷头喷出 ， 并 可在砂石拌和料中添加干粉速凝剂或在喷头处添加 液体速凝剂以增强喷射效果 。 为使湿 喷机 与煤 矿井下支护作业现场更好结 合 ， 减轻作业人员劳动强度 ， 西铭矿与该院联合研制 了一种仓储式 自动上料机 ， 砂石料事先储存在料仓 内， 胶带输送机从料仓底部将砂石料输送到喷射机 料斗 ， 在输送管路上设置干粉速凝剂均匀添加装置。 8 0 仓储式 自动上料机与混合型湿喷机组成 了一个完整 的矿用湿喷机组( 图 2 ) 。 堂 垫 制浆机 软管泵 速 凝 剂 添 加 仓 ： 输浆管 吸浆管f 混合三通l 混合器 图 2矿 用 湿 喷 机 组 结构 示 意 5 应 用效 果 ( 1 ) 回弹率对 比。喷射混凝土的回弹率取决于 混凝土的坍落度 、 工作风压及所喷部位 。根据实测 ： 湿喷时， 回弹率最大位置在喷拱部 ， 为 8 5 ， 回弹 率最小位置在边墙部 ， 为 5 ； 干喷时， 拱部 回弹率 为 4 0 ， 边墙部 回弹率为 3 0 。 ( 2 ) 粉尘浓度对 比。喷射混凝土施工 中产生 的 粉尘主要为水泥粉尘 ， 骨料 中虽有细颗粒 ， 但含量很 少 ， 无论干喷还是湿喷， 一般在喷射机附近和喷头周 围粉尘较大， 除采取综合防尘措施外 ， 还要采取个体 防护措施。喷射过程 中实测粉尘浓度见表 1 。 表 1 粉尘浓 度实测结果 mg m 6 结语 经西铭矿开掘队在井下应用后 ， 湿式喷浆工艺 取得 了比较满意 的效果 。湿喷机旁 、 喷头处粉尘 小 ， 切实确保了作业人员身体健康 ； 输送距离远 ， 在 6 0 m以上 ； 采用 自动上料机上料 ， 速凝剂 自动 添加 ， 自动化程度高 ， 减轻 了工人 劳动强度 ； 使用 干粉速凝剂 ， 成本较低。 目前 ， 部分湿喷机已能够实 现井下作业 ， 基本可以代替干喷机工作 。 参考文献 ： 1 方实树 ， 张咸 民 国产 喷浆 机 的研究 与应 用 J 矿 山机 械， 2 0 0 0 ( 6 )： 2 7 -2 8 2 康红星 ， 张照允 ， 杨胜 富， 等 新型湿式 喷浆机在煤矿巷 道工 程 中的应用研究 J 科技风 ， 2 0 1 2 ( 5 ) ： 7 7 3 姚 国芳 ， 李 勇 ， 王广 胜 ， 等 煤 矿巷道 掘进 的综 合 降尘与 防尘 J 煤炭技术 ， 2 0 0 9 ( 1 2 ) ： 9 5 - 9 7 ( 责任编辑 ： 许久峰 )