SPL-4型濕式混凝土噴射機的研究分析

賀 超

(1.煤炭科學(xué)研究總院建井研究分院,北京 100013;2.北京中煤礦山工程有限公司,北京 100013)

SPL-4型濕式混凝土噴射機的研究分析

賀 超1,2

(1.煤炭科學(xué)研究總院建井研究分院,北京 100013;2.北京中煤礦山工程有限公司,北京 100013)

SPL-4型濕式混凝土噴射機全部設(shè)計了液壓程序控制,采用一種新型的壓風(fēng)和螺旋風(fēng)送排料結(jié)構(gòu),可以使?jié)竦幕炷亮弦韵”×餍螒B(tài)在管路中輸送,實現(xiàn)濕式混凝土連續(xù)噴射,在煤礦井下錨噴支護中表現(xiàn)出良好的性能。

濕式混凝土噴射機;螺旋風(fēng)送排料;稀薄流;連續(xù)噴射

Research on W et-type SPL-4 Concrete Sprayer

煤炭科學(xué)研究總院建井研究分院,針對當(dāng)前濕噴機存在的種種問題,經(jīng)過兩年多的研發(fā)和一系列的試驗、改進,獨立研制成功了新型 SPL-4型濕式混凝土噴射機,解決了濕噴機噴腔出料口脈沖現(xiàn)象嚴(yán)重、出料不均、噴漿效率低以及清洗不方便的問題,提高了工作的穩(wěn)定性和可靠性,是我國煤礦井巷工程的又一項重要科技成果,是噴射混凝土技術(shù)的一場徹底變革。

該新產(chǎn)品在開灤集團趙各莊礦業(yè)有限公司經(jīng)過6個月的試驗,取得了圓滿成功。主要應(yīng)用于煤礦井巷工程支護中的噴射混凝土作業(yè),也可適用于冶金礦山、非金屬礦山、公路建設(shè)、鐵路隧道、人防等巖土工程的支護作業(yè),大大提高了濕噴機的工作效率和應(yīng)用范圍[1]。

1 結(jié)構(gòu)分析

SPL-4型濕式混凝土濕噴機由主機及速凝劑泵 2大部分組成。濕噴機主機由進、排料系統(tǒng),傳動系統(tǒng),液壓系統(tǒng)及輔助部分構(gòu)成,如圖 1所示。

1.1 進料部分

由料罐蓋、排氣閥、料罐、送料螺旋等部件組成。料罐蓋采用滑動開閉方式,在滑動過程中自動完成與料罐口密封壓緊及壓縮空氣釋放功能,其壓緊力可調(diào),如圖 2所示。雙螺旋送料裝置 (雙罐螺旋及風(fēng)料混合結(jié)構(gòu)),實現(xiàn)了稀薄流輸送,保證了噴射的連續(xù)性和均勻性。推料螺旋通過電動機、減速器及離合器帶動,將料罐內(nèi)混凝土均勻推出,一方面將濕混凝土料進一步攪拌,另一方面減小了混凝土團粒粒徑。

圖1 SPL-4型濕噴機主機結(jié)構(gòu)

圖2 料罐蓋結(jié)構(gòu)

1.2 排料部分

主要由風(fēng)料混合室、排料彎管及液控三通閥等部件組成。排料部分主要作用是利用壓縮空氣在密封狀態(tài)下完成混凝土料的輸送及噴射。液控三通閥的作用是將處于送料狀態(tài)的料罐與輸料管路接通,保證交替工作,使噴射連續(xù)。為達到密封可靠的目的,在各個密封部位均設(shè)計有專用密封圈。濕噴機進氣閥,實現(xiàn)了濕噴機進氣的自動控制,使?jié)駠姍C工作協(xié)調(diào)統(tǒng)一,可靠性高。

1.3 控制系統(tǒng)

濕噴機工作時的狀態(tài)由料罐蓋開閉、進氣閥開閉轉(zhuǎn)換、出料口液控三通閥換向和進料螺旋離合器換向等動作組成,為了使雙罐之間協(xié)調(diào)工作,設(shè)計中采用了全液壓執(zhí)行機構(gòu),由一個預(yù)先編制完成的時間、動作程控閥控制各個執(zhí)行油缸完成以上動作。采用液壓程控工作方式可達到整機工作可靠、自動化程度高和便于集中編程統(tǒng)一控制的目的。濕噴機程控閥實現(xiàn)了液壓系統(tǒng)時間、動作程序控制。

濕噴機需采用液態(tài)速凝劑,通過速凝劑泵加入輸料管中。速凝劑泵主要由箱體、壓力表、電動機和計量泵等部分組成,如圖 3所示。

圖3 液態(tài)速凝劑泵結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)的粉狀速凝劑回彈率高、強度損失大、腐蝕性強,嚴(yán)重影響施工人員的身體健康。液態(tài)速凝劑由化學(xué)物質(zhì)合成,主要成分是偏鋁酸鈉和多種無機鹽及少量有機物。根據(jù)不同施工要求和水泥種類,摻量可在水泥總量的 2.5%～4.5%的范圍內(nèi)進行調(diào)整。液態(tài)速凝劑可在噴頭處或在距噴頭 20m以內(nèi)的范圍,通過加入閥向輸料管路加入。

計量泵口有流量調(diào)節(jié)旋鈕,可在預(yù)先標(biāo)定好的刻度范圍內(nèi)進行調(diào)整。

2 工作過程

濕混凝土在管道中輸送是一個極為復(fù)雜的物理過程,受混凝土料、水和氣流三方面的影響,極易形成黏性膠質(zhì)體大小不均勻的料團,造成射流不穩(wěn)定,不連續(xù)和堵管。減小料團粒徑和均勻連續(xù)送料能夠使?jié)窕炷猎诠艿乐行纬筛∮屋斔蜖顟B(tài),即稀薄流輸送方式。SPL-4濕噴機的風(fēng)料混合室主進風(fēng)流設(shè)計成多束沿混合室圓周排列并與其軸線構(gòu)成一定夾角的斜向風(fēng)流,混合室與三通出料口之間的連接管既是變徑又是彎曲,多束風(fēng)流在彎管流動中形成螺旋混合風(fēng)流,可將濕混凝土在彎管內(nèi)充分吹開、打碎,防止大的團粒形成,影響輸送效率,其原理如圖 4所示。

圖4 輸送原理

工作原理：主機有 2個并排的料罐,一個噴射,另一個備料,交替工作。在罐底部各設(shè)計一個螺旋推進器,長度與料罐相等,可防止?jié)窳隙氯驼辰Y(jié)。濕拌和料經(jīng)螺旋均勻送至風(fēng)料混合室,通過風(fēng)環(huán)引入的壓縮空氣使?jié)癜韬土蠂姵觥?/p>

3 技術(shù)特點

國內(nèi)外濕噴機主要機型技術(shù)參數(shù)見表 1。

表1 濕噴機主要機型技術(shù)參數(shù)比較

SPL-4型濕噴機性能優(yōu)越,技術(shù)含量高,結(jié)構(gòu)形式獨特,為煤礦井下巷道及其他領(lǐng)域施工隧道錨噴支護提供了新的方法和設(shè)備,社會和經(jīng)濟效益十分顯著,是噴射混凝土技術(shù)和設(shè)備的一項重大突破。特點如下：

(1)濕式混凝土噴射機是針對我國煤礦巷道的施工條件,研制開發(fā)的,采用并列密閉雙罐、螺旋送料、雙罐交替上料、出料,實現(xiàn)了濕式混凝土連續(xù)噴射,主機整體結(jié)構(gòu)緊湊,設(shè)計合理,技術(shù)參數(shù)先進,適用性強。

(2)依據(jù)風(fēng)送混凝土的稀薄流形成機理,研制出一種獨特的螺旋風(fēng)送料機構(gòu),使形成的環(huán)形風(fēng)流與螺旋給進的料流形成適當(dāng)?shù)慕嵌炔⑦_到合理匹配,從而形成“稀薄流”,有效地解決了濕噴混凝土易堵管和不連續(xù)出料的技術(shù)難題,實現(xiàn)了煤礦巷道濕式混凝土噴射施工。

(3)SPL-4型濕式混凝土噴射機全部設(shè)計了液壓程序控制,實現(xiàn)了開蓋排氣、雙罐交替工作等工序的聯(lián)動,自動化程度高,操作方便可靠,保證了濕噴混凝土均勻、連續(xù)噴射,提高了整機的工作效率。

(4)研制的液體速凝劑泵,結(jié)構(gòu)新穎,定量、可調(diào),不但能夠方便、準(zhǔn)確地加入液體速凝劑,而且在加入口設(shè)計了專用的單向閥,有效防止了混凝土料反向竄入、堵塞速凝劑加入口。

4 結(jié)束語

對 SPL-4型濕式混凝土噴射機的結(jié)構(gòu)進行研究分析和優(yōu)化,從而進一步提高機具的可靠性、實用性和壽命,實現(xiàn)施工作業(yè)線,對混凝土噴射質(zhì)量和強度的提高、濕噴工藝和設(shè)備的發(fā)展具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價值。

[1]馬千里,張雨良,邱天德.SPL-4型濕式混凝土噴射機應(yīng)用與性能分析 [J].煤炭科學(xué)技術(shù),2009(01)：30-33.

TU643

B

1006-6225(2010)01-0083-02

2009-10-26

賀 超 (1986-),男,山東東阿人,助理工程師,現(xiàn)就讀于煤炭科學(xué)研究總院建井研究分院巖土工程專業(yè)碩士,從事巖巷掘進機械化、錨噴支護技術(shù)及裝備的研究。

王興庫]

特殊采煤與礦區(qū)環(huán)境治理