李　萍，張咸民，吳　斌，宋　陽，楊　柳

(1.寧夏職業(yè)技術學院機械與電氣技術系，寧夏 銀川 750021；2.南京石誠井巷裝備有限責任公司，江蘇 南京 211146)

?

礦用PC6Ⅰ轉子式濕噴機的優(yōu)化設計

李萍1，張咸民2，吳斌2，宋陽2，楊柳2

(1.寧夏職業(yè)技術學院機械與電氣技術系，寧夏 銀川 750021；2.南京石誠井巷裝備有限責任公司，江蘇 南京 211146)

[摘要]煤礦井下的噴射混凝土作業(yè)是錨噴支護的重要組成部分，經(jīng)歷了干噴、潮噴、濕噴發(fā)展過程。而濕噴技術設備投資大、結構復雜，操作與維修技術水平高，不易維護使用。為此，依據(jù)行業(yè)標準，以PC6Ⅰ轉子式噴射機為本體，通過增加轉子體直徑以及上料部分和拉緊系統(tǒng)的優(yōu)化設計，使礦用轉子濕式混凝土噴射機組從使用工藝和技術上有效地解決工人作業(yè)環(huán)境差、粉塵濃度高、回彈大等問題，是目前國內煤礦井下的一種優(yōu)良濕式噴漿設備。

[關鍵詞]濕噴機； 粉塵濃度；回彈率；含水率

Optimization Design of PC6I Rotor Type Wet Spraying Machine for Coal Mine

[引用格式]李萍，張咸民，吳斌，等.礦用PC6Ⅰ轉子式濕噴機的優(yōu)化設計[J].煤礦開采，2015，20(6)：49-51.

煤礦井下噴射混凝土作業(yè)是煤礦井下錨噴支護作業(yè)的重要組成部分，具有靈活、快速、高效、安全和經(jīng)濟等優(yōu)點，在煤礦井下廣泛應用。但粉塵濃度大、回彈率高、勞動強度大，是噴射混凝土作業(yè)中的難題，不僅造成了材料浪費，同時還嚴重影響了噴漿質量，損害了工人健康。為控制和降低煤礦井下錨噴支護作業(yè)中噴射混凝土的高回彈率和粉塵問題，國內外進行了很多相關研究，包括從最初的干式噴射到潮式噴射直到現(xiàn)在正研究推廣的濕噴技術。而濕噴技術又因為設備投資大并且復雜，操作和維修要求有較高的技術水平，噴漿工藝環(huán)節(jié)多，目前煤礦井下不易推廣使用。因此，研發(fā)具有安全可靠、體積小、粉塵低、回彈率低、噴漿強度高等特點的礦用新型濕式噴漿機勢在必行。

1濕噴機的相關產(chǎn)品和技術狀況

20世紀80年代起，我國開始引進濕噴技術，經(jīng)過幾十年的研究，各種噴射機具被陸續(xù)開發(fā)。濕式混凝土噴射機已逐漸成為噴混凝土作業(yè)的理想機具，干噴已被禁止使用，潮噴機也正逐步被淘汰，但濕噴受我國煤礦井下條件限制推廣應用比較緩慢。

目前，最具代表性的濕噴機有如下幾種：

(1)柱塞泵式濕噴機將柱塞式混凝土泵作為濕噴機的基體，在輸送管出口裝噴嘴并通入壓縮空氣，將混凝土噴射出去。但是，由于煤礦井下使用條件苛刻，空間狹小,目前還沒有真正適合煤礦井下使用的泵送式濕噴機。其原因有：現(xiàn)有濕噴機設備機型大，難以適應井下狹小的作業(yè)空間，上料高度高，難以滿足井下現(xiàn)場的施工要求；混凝土后配套設備笨重、體積大、環(huán)節(jié)多，在高效運轉的煤礦井下難以快速有效地適應；濕噴工藝設備復雜，操作難度大，每次停機清洗時間長；濕噴使用的液體速凝劑，其成本高，不易保存、運輸；煤礦井下噴漿為短距離、多次數(shù)噴漿，而泵送式濕噴機停機超過半小時機械和管子內的混凝土會部分凝結，造成堵管；維護頻繁、時間久，這是井下濕噴機推廣應用難的主要因素。

(2)軟管擠壓泵式濕噴機由攪拌斗、泵送軟管、泵體和輸料管等部件組成。泵體為圓筒形，其中部的行星傳動機構帶動兩個滾輪轉動，連續(xù)擠壓泵送管內濕料，使之進入輸料管壓送出去，目前基本未見使用。

(3)氣送式濕式混凝土噴射機即轉子式濕噴，工作時料斗中濕拌合料落入轉子體落料孔中，經(jīng)轉子體旋轉180°后料孔上口與壓縮空氣進氣口相接，下口與出料口相通，濕拌合料遂被高壓風擠壓攪拌經(jīng)出料口、噴漿管，在噴嘴處高速噴出。由于噴漿距離短；清理麻煩，易堵管；易損件使用壽命短，混合料不均勻、噴漿效果差等原因，在國內也沒有推廣開來。

綜上所述，受國內煤礦噴漿工藝和地質條件所限，其噴漿特點為距離短、次數(shù)多。而由于濕噴機所采用的含水量達到60%以上的混凝土進行噴射，噴射完成后清洗時間長、次數(shù)多，嚴重影響施工進度，增加工人勞動強度，是目前濕噴機在煤礦難于推廣使用的主要原因。

2新型濕噴機的研制

經(jīng)過調研發(fā)現(xiàn)，轉子式濕噴機相較于泵送式濕噴機易適于煤礦井下巷道施工工藝，其使用過程中清洗困難的問題，可通過降低濕噴時的含水率的途徑解決。為此，依據(jù)國家發(fā)改委公布的MT/T547-2006《轉子式混凝土噴射機》行業(yè)標準，進入轉子料腔的混合料水灰比大于0.4，在輸送過程中不再加水，進行噴射支護的施工，確定以PC6I轉子式噴射機為本體，進行轉子式濕噴機的設計優(yōu)化。

2.1濕噴機工作量的確定

轉子式濕噴機在噴射時雖然有一定的周期性脈沖，但脈沖幅度很小。因此，可以增加轉子體通過直徑來增加噴射量，經(jīng)計算，在不改變風壓的情況下，PC6I轉子體料口增加5mm時，能保證料杯不余料，這時，理論噴射能力增加17%，噴射機工作效率達到7m3/h，保證其有效噴漿距離達到70m。

2.2料斗上料部分設計

由于噴漿物料只需達到含水量40%即為濕式噴射，可以就近配料、拌料、上料，該濕噴機設計了螺旋配比系統(tǒng)(圖1)，主結構采用螺旋輸送。螺旋輸送主要用于短距離輸送和提升散裝物料，可輸送粉狀、顆粒及小塊物料，滿足濕噴機混合料的輸送條件，不僅解決了泵送式濕噴機的后配套問題，而且能較好地控制輸出量，輸出過程可封閉，是較為環(huán)保的輸送方案。

圖1　配料攪拌螺旋

配料、拌料系統(tǒng)工作原理為電動機經(jīng)減速箱帶動螺旋軸旋轉，從配料料斗汲取砂石、水泥，落入拌料系統(tǒng)，通過有一定傾斜度的螺旋葉片來攪拌和輸送物料，物料被輸送至螺旋攪拌軸上端出口后排出，從而完成混合料的配料、攪拌、輸送過程。通過料斗下的變量螺旋實現(xiàn)混合料按砂∶石∶水泥為2∶2∶1的比例配比。在自動攪拌裝置上設置噴霧裝置，給物料加水，使其含水量達到40%左右，具有降塵、調節(jié)濕度的效果。

螺旋軸是配料、拌料系統(tǒng)的主要組成部件，承擔著配料、拌料、輸送任務，配料主要靠螺旋直徑和螺距控制。螺旋輸送能力計算公式：

Q=47D2ntφρC

式中，Q為螺旋輸送能力，t/h；D為螺旋直徑，mm；n為螺旋軸轉速，r/min；t為螺距，mm；φ為物料填充系數(shù)；ρ為物料松散密度，t/m3；C為物料傾斜輸送系數(shù)。

輸送能力為7m3/h，螺旋軸轉速11r/min，按砂∶石∶水泥為2∶2∶1的配比系數(shù)，計算得出配料螺旋尺寸為：D1=250mm，t1=143mm；D2=165mm，t2=117mm；攪拌螺旋尺寸為：D=240mm，t=180mm。

螺旋上料后落入料斗時，普通的震動過篩效果不好，容易堵料，工作時需增加1人專門負責梳料。經(jīng)過三維模擬，以上料裝置主螺旋為動力，在出料口處設置一個往復運動的過篩裝置(圖2)，過篩網(wǎng)格為20mm×20mm，能夠有效去除物料中直徑大于20mm的物料，防止堵料。過篩高度為615mm，寬度為627mm，在提供轉速11r/min的情況下，能滿足物料隨時落在過篩裝置網(wǎng)格中，且在往復運動中不甩料。

圖2　過篩裝置

2.3轉子混凝土噴射機液壓拉緊系統(tǒng)設計

轉子式濕噴機現(xiàn)行的拉緊裝置為機械拉緊，操作人員完全憑經(jīng)驗和相互間的配合來感知拉緊程度，誤差較大，無法保證4個拉緊裝置的拉緊程度都相同，有時壓的不夠緊，有時又產(chǎn)生過壓現(xiàn)象。由于旋轉襯板和結合板之間受力不均勻，導致旋轉襯板和結合板之間磨損較大，壽命降低，同時其間隙會使得粉塵溢出，污染工作環(huán)境。

針對上述問題，南京石誠井巷設計了一種直通式轉子混凝土噴射機拉緊裝置(圖3)，該裝置采用了液壓操作保證拉緊力輸出一致，并且在油缸相連處設計了蓄能器，保證在摩擦板磨損時能及時補壓，使得分布在直通式轉子噴射機轉子體的周圍的4個拉緊裝置的拉緊程度相同，旋轉襯板和結合板之間受力均勻，提高了旋轉襯板和結合板的使用壽命以及密封性，降低了操作人員的操作難度，提高了工作效率。

圖3　液壓拉緊系統(tǒng)

液壓拉緊系統(tǒng)拉緊能力計算：

當工作時，轉子體中始終只有一個料杯孔噴料，風壓為0.4～0.7MPa，其受力為：

F=P·S

式中，F(xiàn)為物料輸送力；P為風壓；S為下料口面積。

液壓拉緊裝置只需克服物料輸送力，即：

4F油≥F

F油=P油·S油

式中，F(xiàn)油為油缸拉力；P油為油壓；S油為油缸內徑面積。

2.4整體結構與作業(yè)過程

優(yōu)化后的轉子式濕噴機整體結構如圖4所示，由配料系統(tǒng)、拌料系統(tǒng)、噴射系統(tǒng)等部分組成。采用電動機做動力，物料從配料系統(tǒng)的砂石、水泥料斗進入，通過螺旋轉動定量配比，進入拌料系統(tǒng)攪拌槽，混合均勻，在拌料系統(tǒng)前端設計有過篩裝置以二次篩選物料，進入噴射系統(tǒng)后，落入轉子體，經(jīng)旋轉180°后與壓縮空氣混合進入輸料管，后經(jīng)噴嘴噴出。

圖4　轉子式濕噴機

3使用效果分析

現(xiàn)場使用表明，該含水量40%的新式轉子式濕噴機完全能滿足井下噴漿時對粉塵、回彈、效率的要求，而且解決了其他類型的轉子式濕噴機噴漿距離短的問題。

目前井下潮式噴漿機平均回彈率18.2%，實測該新式轉子式濕噴機平均回彈率12%以下，按一個掘進隊月進尺80m計算，每月節(jié)約噴漿料15t，一個中型礦5支開拓隊，每月節(jié)約噴漿料將達到75t。

普通噴漿機使用時，無法準確預計噴漿量，通常提前拌料總量稍大，少量剩余料造成浪費；該轉子式濕噴機組噴漿機無需拌料，噴完即停，杜絕了余料浪費。同時，也解決了泵送式濕噴機體積大、后配套設備跟不上的問題。

4結束語

該轉子式濕噴機與其他混凝土濕噴機相比，技術成熟、成本低廉、維護方便簡捷，從結構上和工藝上都能適應在井下狹小空間內實現(xiàn)連續(xù)攪拌上料噴漿作業(yè)。

轉子式濕噴機有效解決了目前濕噴機技術推廣使用中的技術難題，同時從功能方面和技術方面保障了煤礦工人的工作環(huán)境，降低了煤礦工人工作強度，節(jié)省了煤礦生產(chǎn)成本，是目前國內煤礦井下的一種優(yōu)良濕式噴漿設備。

[參考文獻]

[1]顏威合，劉春霞，劉新國.氣送轉子式混凝土濕噴機的改進[J].中州煤炭,2008(5)：96-97.

[2]王然然.轉子式混凝土濕噴機送料裝置的設計與研究[D].徐州：中國礦業(yè)大學,2014.

[3]李云江,榮學文,張志獻,等.濕噴機的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J].銅業(yè)工程,2003(2)：25-28.

[4]單強,李璐,余一松,等.地下礦山濕噴技術應用現(xiàn)狀與存在問題分析[J].現(xiàn)代礦業(yè),2011(3)：77-80.

[5]韓斌,武栓軍,李宏業(yè).高效機械化濕噴混凝土技術及其在地下礦山的應用[J].金屬礦山,2009(5)：23-26.

[6]毛勇,李正東.地下礦山噴射混凝土工藝技術探討[J].采礦技術,2012(4)：34-35.

[7]路萬科，鄧昀.濕噴機配套用的配料攪拌機研制與應用[J].建井技術，2011(3)：23-26.

[8]李云江，樊炳輝，張志獻.國內外濕噴機的發(fā)展現(xiàn)狀[J].中國設備工程，2003(1)：29-30.

[9]何琳.混凝土噴射機的應用及發(fā)展[J].江西建材，2005(4)：37-39.

[10]吳萬榮，周現(xiàn)奇，翁武釗.濕噴機泵送系統(tǒng)換向液壓沖擊防真研究[J].鄭州大學學報(工學版)，2011，32(3)：64-67.

[11]呂剛，谷立臣.泵式混凝土濕噴機液壓系統(tǒng)可靠性分析與計算[J].建筑機械，2003(11)：73-76.

[12]胡林.煤礦井下濕式混凝土噴射機技術的研究與應用[J].煤炭科學技術，2009，37(7)：9-11，82.

[責任編輯：鄒正立]

[作者簡介]李萍(1964-)，女，寧夏石嘴山人，碩士 ，副教授，從事煤礦機械設備自動化方面的研究工作。

[DOI]10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2015.06.014

[收稿日期]2015-07-01

[中圖分類號]TD353.5

[文獻標識碼]B

[文章編號]1006-6225(2015)06-0049-03