SPL-4型湿式混凝土喷射机的研究分析

贺 超

(1.煤炭科学研究总院建井研究分院,北京 100013;2.北京中煤矿山工程有限公司,北京 100013)

SPL-4型湿式混凝土喷射机的研究分析

贺 超1,2

(1.煤炭科学研究总院建井研究分院,北京 100013;2.北京中煤矿山工程有限公司,北京 100013)

SPL-4型湿式混凝土喷射机全部设计了液压程序控制,采用一种新型的压风和螺旋风送排料结构,可以使湿的混凝土料以稀薄流形态在管路中输送,实现湿式混凝土连续喷射,在煤矿井下锚喷支护中表现出良好的性能。

湿式混凝土喷射机;螺旋风送排料;稀薄流;连续喷射

Research on W et-type SPL-4 Concrete Sprayer

煤炭科学研究总院建井研究分院,针对当前湿喷机存在的种种问题,经过两年多的研发和一系列的试验、改进,独立研制成功了新型 SPL-4型湿式混凝土喷射机,解决了湿喷机喷腔出料口脉冲现象严重、出料不均、喷浆效率低以及清洗不方便的问题,提高了工作的稳定性和可靠性,是我国煤矿井巷工程的又一项重要科技成果,是喷射混凝土技术的一场彻底变革。

该新产品在开滦集团赵各庄矿业有限公司经过6个月的试验,取得了圆满成功。主要应用于煤矿井巷工程支护中的喷射混凝土作业,也可适用于冶金矿山、非金属矿山、公路建设、铁路隧道、人防等岩土工程的支护作业,大大提高了湿喷机的工作效率和应用范围[1]。

1 结构分析

SPL-4型湿式混凝土湿喷机由主机及速凝剂泵 2大部分组成。湿喷机主机由进、排料系统,传动系统,液压系统及辅助部分构成,如图 1所示。

1.1 进料部分

由料罐盖、排气阀、料罐、送料螺旋等部件组成。料罐盖采用滑动开闭方式,在滑动过程中自动完成与料罐口密封压紧及压缩空气释放功能,其压紧力可调,如图 2所示。双螺旋送料装置 (双罐螺旋及风料混合结构),实现了稀薄流输送,保证了喷射的连续性和均匀性。推料螺旋通过电动机、减速器及离合器带动,将料罐内混凝土均匀推出,一方面将湿混凝土料进一步搅拌,另一方面减小了混凝土团粒粒径。

图1 SPL-4型湿喷机主机结构

图2 料罐盖结构

1.2 排料部分

主要由风料混合室、排料弯管及液控三通阀等部件组成。排料部分主要作用是利用压缩空气在密封状态下完成混凝土料的输送及喷射。液控三通阀的作用是将处于送料状态的料罐与输料管路接通,保证交替工作,使喷射连续。为达到密封可靠的目的,在各个密封部位均设计有专用密封圈。湿喷机进气阀,实现了湿喷机进气的自动控制,使湿喷机工作协调统一,可靠性高。

1.3 控制系统

湿喷机工作时的状态由料罐盖开闭、进气阀开闭转换、出料口液控三通阀换向和进料螺旋离合器换向等动作组成,为了使双罐之间协调工作,设计中采用了全液压执行机构,由一个预先编制完成的时间、动作程控阀控制各个执行油缸完成以上动作。采用液压程控工作方式可达到整机工作可靠、自动化程度高和便于集中编程统一控制的目的。湿喷机程控阀实现了液压系统时间、动作程序控制。

湿喷机需采用液态速凝剂,通过速凝剂泵加入输料管中。速凝剂泵主要由箱体、压力表、电动机和计量泵等部分组成,如图 3所示。

图3 液态速凝剂泵结构

传统的粉状速凝剂回弹率高、强度损失大、腐蚀性强,严重影响施工人员的身体健康。液态速凝剂由化学物质合成,主要成分是偏铝酸钠和多种无机盐及少量有机物。根据不同施工要求和水泥种类,掺量可在水泥总量的 2.5%～4.5%的范围内进行调整。液态速凝剂可在喷头处或在距喷头 20m以内的范围,通过加入阀向输料管路加入。

计量泵口有流量调节旋钮,可在预先标定好的刻度范围内进行调整。

2 工作过程

湿混凝土在管道中输送是一个极为复杂的物理过程,受混凝土料、水和气流三方面的影响,极易形成黏性胶质体大小不均匀的料团,造成射流不稳定,不连续和堵管。减小料团粒径和均匀连续送料能够使湿混凝土在管道中形成浮游输送状态,即稀薄流输送方式。SPL-4湿喷机的风料混合室主进风流设计成多束沿混合室圆周排列并与其轴线构成一定夹角的斜向风流,混合室与三通出料口之间的连接管既是变径又是弯曲,多束风流在弯管流动中形成螺旋混合风流,可将湿混凝土在弯管内充分吹开、打碎,防止大的团粒形成,影响输送效率,其原理如图 4所示。

图4 输送原理

工作原理：主机有 2个并排的料罐,一个喷射,另一个备料,交替工作。在罐底部各设计一个螺旋推进器,长度与料罐相等,可防止湿料堵塞和粘结。湿拌和料经螺旋均匀送至风料混合室,通过风环引入的压缩空气使湿拌和料喷出。

3 技术特点

国内外湿喷机主要机型技术参数见表 1。

表1 湿喷机主要机型技术参数比较

SPL-4型湿喷机性能优越,技术含量高,结构形式独特,为煤矿井下巷道及其他领域施工隧道锚喷支护提供了新的方法和设备,社会和经济效益十分显著,是喷射混凝土技术和设备的一项重大突破。特点如下：

(1)湿式混凝土喷射机是针对我国煤矿巷道的施工条件,研制开发的,采用并列密闭双罐、螺旋送料、双罐交替上料、出料,实现了湿式混凝土连续喷射,主机整体结构紧凑,设计合理,技术参数先进,适用性强。

(2)依据风送混凝土的稀薄流形成机理,研制出一种独特的螺旋风送料机构,使形成的环形风流与螺旋给进的料流形成适当的角度并达到合理匹配,从而形成“稀薄流”,有效地解决了湿喷混凝土易堵管和不连续出料的技术难题,实现了煤矿巷道湿式混凝土喷射施工。

(3)SPL-4型湿式混凝土喷射机全部设计了液压程序控制,实现了开盖排气、双罐交替工作等工序的联动,自动化程度高,操作方便可靠,保证了湿喷混凝土均匀、连续喷射,提高了整机的工作效率。

(4)研制的液体速凝剂泵,结构新颖,定量、可调,不但能够方便、准确地加入液体速凝剂,而且在加入口设计了专用的单向阀,有效防止了混凝土料反向窜入、堵塞速凝剂加入口。

4 结束语

对 SPL-4型湿式混凝土喷射机的结构进行研究分析和优化,从而进一步提高机具的可靠性、实用性和寿命,实现施工作业线,对混凝土喷射质量和强度的提高、湿喷工艺和设备的发展具有重要的理论意义和工程应用价值。

[1]马千里,张雨良,邱天德.SPL-4型湿式混凝土喷射机应用与性能分析 [J].煤炭科学技术,2009(01)：30-33.

TU643

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1006-6225(2010)01-0083-02

2009-10-26

贺 超 (1986-),男,山东东阿人,助理工程师,现就读于煤炭科学研究总院建井研究分院岩土工程专业硕士,从事岩巷掘进机械化、锚喷支护技术及装备的研究。

王兴库]

特殊采煤与矿区环境治理