雙螺旋全液壓濕式混凝土噴射機原理及應用研究

李文湛，李寧，徐丹，李博，楊勝丹，曹吉峰

（黑龍江雙鴨山金泉機械制造有限公司，黑龍江 雙鴨山 155100）

1 煤礦噴漿設備的發展狀況

目前煤礦混凝土噴漿作業的噴漿機設備，大多是瑞士公司1942 年生產的轉子結構、風動力為輸送基本方式的噴漿設備。由于采取風動力噴射干（潮）混凝土，故噴漿作業時存在回彈量大、粉塵污染嚴重、混凝土強度低的三大技術難題。特別是干（潮）噴作業的回彈大粉塵嚴重污染環境，致使煤礦噴漿作業人員——噴漿工成為煤礦患塵肺病的工種之一。國家安全監管總局發布安監總煤裝{2011}17 號文件，明令禁止干式混凝土噴漿機的使用。2019 年7 月，國家十部委下發國衛職健發{2019}46 號文件《塵肺病防治攻堅行動方案》，將消滅粉塵、防塵肺病發生上升到國家的行動。雙螺旋全液壓濕式混凝土噴射機（以下簡稱：新型濕噴機）,是某機械制造公司歷經7 年時間研發的煤礦噴漿作業專用設備。該核心發明專利技術是采用無軸雙螺旋結構[發明專利名稱：螺旋自動配比混凝土攪拌輸送機；專利號：ZL201310266603.1]，使混凝土+水充分攪拌，及采取全液壓動力混凝土推送方式，真正實現了濕式混凝土噴漿作業。該技術裝備同時被列入黑龍江省煤礦安全監察局《煤礦安全生產先進適用技術與裝備匯編》中。其研發成功，為煤礦實現濕噴混凝土噴漿作業提供了新裝備。

2 新型濕噴機的原理

（1）主要結構：新型濕噴機主要由全液壓動力系統、攪拌系統、噴射系統、底座、輔助添加系統等部分構成。

（2）工作原理：新型濕噴機,通過螺旋自動配比上料方式，將水泥、砂石輸送至雙螺旋攪拌器內，經無軸雙螺旋結構使混凝土+水攪拌后，并由全液壓泵送方式推入至輸送管，再由高壓風噴至工作面，完成濕式混凝土噴漿作業工序。

3 新型濕噴機的主要技術參數（表1）

表1

4 樣板工程使用情況

新型噴漿機在研發定型過程中，進行了多次井下巷道噴漿試驗，以及某市環城公路護坡、某煤礦地面儲煤場地面噴漿施工中使用，均達到設計要求。為推廣新型濕噴機技術，培訓專業操作人員，某礦業公司實施濕式混凝土噴漿機的樣板工程。

工程名稱：SLB-8 雙螺旋全液壓濕式混凝土噴射機樣板工程。

施工地點：黑龍江龍煤集團雙鴨山礦業公司東榮三礦東一西翼回風大巷。

施工巷道斷面：13.56 平方米；巷道形狀：拱形；圍巖狀況：中細砂巖；支護方式：錨噴支護。

施工時間：2018 年12 月3 日～12 月11 日。

施工長度總計：623 米。

4.1 勞動組織及特點

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

操作司機負責噴漿作業施工的整體調動指揮，及作業過程中的開停機、上料、加水量控制、混凝土和易性掌控、設備運行狀況監測等工作。是噴漿作業小組的核心。

4.2 混凝土和易性穩定要求

新型濕噴機采取的是螺旋自動配比上料、全液壓動力輸送攪拌推送方式。混凝土中的水泥、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)。為嚴防堵管砂石骨料要過篩，最大直徑控制在≤8 ～10mm。

為確保混凝土噴漿作業工程質量，施工中要求嚴格按《操作規范》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）工業性試驗情況

①作業班次人員：每日一班（八點班）作業；②施工工序及噴層厚度：設計噴厚50 ㎜。施工工序：兩次噴漿成巷。其中初噴35 ～40 ㎜，復噴厚度15 ～20 ㎜；復噴間隔時間4 小時以上。③濕噴回彈率：≤10-15%。④現場粉塵：無明顯粉塵飛揚。經測式噴槍粉塵濃度為1.92mg/m3。

（2）使用效果分析對比

新型濕噴機作業流程：物料+水→螺旋攪拌→液壓缸體推送→風動力→噴射；

與傳統噴漿機相比，具有作業粉塵小、噴射回彈少、保護工作環境、節省原材料、提高噴層質量等顯著優勢。經實際測試，主要技術指標如下：

粉塵低：經測定粉塵濃度平均值，干噴為103.1mg/m3，濕噴為1.92mg/m3，平均降低率98.1%。在噴咀旁的粉塵量僅是干（潮）噴粉塵量的1/6，故改善作業環境粉塵效果顯著，減少塵矽肺病發生率，保護施工人員健康。

回彈少：干噴回彈一般在35%～50%，濕噴一般低于10%～15%。同時因回彈量的減少縮短作業時間，節省原材料顯著。

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

5 結語

本次雙螺旋全液壓濕式混凝土噴射機樣板工程，完成噴漿支護巷道總長623m，平均回彈率10%～15%，現場無灰塵，達到新型濕噴機的設計指標。符合國家降低粉塵，防塵肺病發生、保護施工人員健康的總體要求。是煤礦噴漿設備在結構上的突破。主要創新點：

（1）研發出無軸雙螺旋專利技術結構，使混凝土+水充分攪拌，真正實現濕噴混凝土作業，保障作業人員健康，社會效益顯著。

（2）本機將濕噴作業的混凝土物料輸送、攪拌、全液壓推送實現一體化的設計，整機結構緊湊，適合煤礦井下狹窄工況條件。

（3）新型濕噴機采用液壓動力輸出為主要結構，操作復雜，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，司機要經專業培訓才可上崗。

（4）新型濕噴機具有噴射、注漿雙重功能，并可廣泛應用于有色礦山、公路護坡、地鐵隧道等需噴（射）注（漿）混凝土施工作業領域，市場前景廣闊。