双螺旋全液压湿式混凝土喷射机原理及应用研究

李文湛，李宁，徐丹，李博，杨胜丹，曹吉峰

（黑龙江双鸭山金泉机械制造有限公司，黑龙江 双鸭山 155100）

1 煤矿喷浆设备的发展状况

目前煤矿混凝土喷浆作业的喷浆机设备，大多是瑞士公司1942 年生产的转子结构、风动力为输送基本方式的喷浆设备。由于采取风动力喷射干（潮）混凝土，故喷浆作业时存在回弹量大、粉尘污染严重、混凝土强度低的三大技术难题。特别是干（潮）喷作业的回弹大粉尘严重污染环境，致使煤矿喷浆作业人员——喷浆工成为煤矿患尘肺病的工种之一。国家安全监管总局发布安监总煤装{2011}17 号文件，明令禁止干式混凝土喷浆机的使用。2019 年7 月，国家十部委下发国卫职健发{2019}46 号文件《尘肺病防治攻坚行动方案》，将消灭粉尘、防尘肺病发生上升到国家的行动。双螺旋全液压湿式混凝土喷射机（以下简称：新型湿喷机）,是某机械制造公司历经7 年时间研发的煤矿喷浆作业专用设备。该核心发明专利技术是采用无轴双螺旋结构[发明专利名称：螺旋自动配比混凝土搅拌输送机；专利号：ZL201310266603.1]，使混凝土+水充分搅拌，及采取全液压动力混凝土推送方式，真正实现了湿式混凝土喷浆作业。该技术装备同时被列入黑龙江省煤矿安全监察局《煤矿安全生产先进适用技术与装备汇编》中。其研发成功，为煤矿实现湿喷混凝土喷浆作业提供了新装备。

2 新型湿喷机的原理

（1）主要结构：新型湿喷机主要由全液压动力系统、搅拌系统、喷射系统、底座、辅助添加系统等部分构成。

（2）工作原理：新型湿喷机,通过螺旋自动配比上料方式，将水泥、砂石输送至双螺旋搅拌器内，经无轴双螺旋结构使混凝土+水搅拌后，并由全液压泵送方式推入至输送管，再由高压风喷至工作面，完成湿式混凝土喷浆作业工序。

3 新型湿喷机的主要技术参数（表1）

表1

4 样板工程使用情况

新型喷浆机在研发定型过程中，进行了多次井下巷道喷浆试验，以及某市环城公路护坡、某煤矿地面储煤场地面喷浆施工中使用，均达到设计要求。为推广新型湿喷机技术，培训专业操作人员，某矿业公司实施湿式混凝土喷浆机的样板工程。

工程名称：SLB-8 双螺旋全液压湿式混凝土喷射机样板工程。

施工地点：黑龙江龙煤集团双鸭山矿业公司东荣三矿东一西翼回风大巷。

施工巷道断面：13.56 平方米；巷道形状：拱形；围岩状况：中细砂岩；支护方式：锚喷支护。

施工时间：2018 年12 月3 日～12 月11 日。

施工长度总计：623 米。

4.1 劳动组织及特点

新型湿喷机人员配备：每日一班（八点班）作业，每小班配备5 人；其中，专职操作司机1 人，喷浆手1 人，上料工3 人。

操作司机负责喷浆作业施工的整体调动指挥，及作业过程中的开停机、上料、加水量控制、混凝土和易性掌控、设备运行状况监测等工作。是喷浆作业小组的核心。

4.2 混凝土和易性稳定要求

新型湿喷机采取的是螺旋自动配比上料、全液压动力输送搅拌推送方式。混凝土中的水泥、骨料和砂的配比为1：1.5：2.25（重量比），水灰比为0.44(每立方米混凝土中水的加量为200kg)。为严防堵管砂石骨料要过筛，最大直径控制在≤8 ～10mm。

为确保混凝土喷浆作业工程质量，施工中要求严格按《操作规范》要求，在混凝土中添加水化控制剂、减水剂和速凝剂。

4.3 喷浆示范工程效果

（1）工业性试验情况

①作业班次人员：每日一班（八点班）作业；②施工工序及喷层厚度：设计喷厚50 ㎜。施工工序：两次喷浆成巷。其中初喷35 ～40 ㎜，复喷厚度15 ～20 ㎜；复喷间隔时间4 小时以上。③湿喷回弹率：≤10-15%。④现场粉尘：无明显粉尘飞扬。经测式喷枪粉尘浓度为1.92mg/m3。

（2）使用效果分析对比

新型湿喷机作业流程：物料+水→螺旋搅拌→液压缸体推送→风动力→喷射；

与传统喷浆机相比，具有作业粉尘小、喷射回弹少、保护工作环境、节省原材料、提高喷层质量等显著优势。经实际测试，主要技术指标如下：

粉尘低：经测定粉尘浓度平均值，干喷为103.1mg/m³，湿喷为1.92mg/m³，平均降低率98.1%。在喷咀旁的粉尘量仅是干（潮）喷粉尘量的1/6，故改善作业环境粉尘效果显著，减少尘矽肺病发生率，保护施工人员健康。

回弹少：干喷回弹一般在35%～50%，湿喷一般低于10%～15%。同时因回弹量的减少缩短作业时间，节省原材料显著。

强度高：相同条件下巷道支护喷层强度的测试结果：干（潮）喷14.6MPa，湿喷30MPa；混凝土喷层强度提高51.3%。有利于煤矿安全。

5 结语

本次双螺旋全液压湿式混凝土喷射机样板工程，完成喷浆支护巷道总长623m，平均回弹率10%～15%，现场无灰尘，达到新型湿喷机的设计指标。符合国家降低粉尘，防尘肺病发生、保护施工人员健康的总体要求。是煤矿喷浆设备在结构上的突破。主要创新点：

（1）研发出无轴双螺旋专利技术结构，使混凝土+水充分搅拌，真正实现湿喷混凝土作业，保障作业人员健康，社会效益显著。

（2）本机将湿喷作业的混凝土物料输送、搅拌、全液压推送实现一体化的设计，整机结构紧凑，适合煤矿井下狭窄工况条件。

（3）新型湿喷机采用液压动力输出为主要结构，操作复杂，特别是混凝土搅拌要求较高，是保证不堵管、施工顺利的保证条件，司机要经专业培训才可上岗。

（4）新型湿喷机具有喷射、注浆双重功能，并可广泛应用于有色矿山、公路护坡、地铁隧道等需喷（射）注（浆）混凝土施工作业领域，市场前景广阔。