長距離遠程操作噴漿系統(tǒng)的實施應用

孔令偉 敖建東

（棗礦集團蔣莊煤礦，山東 棗莊 277519）

1 工程概況

蔣莊煤礦掘進三區(qū)施工的北十采區(qū)運輸機下山，該開拓巷道為15°下山施工，巷道采用錨網(wǎng)噴支護。巷道凈斷面為13.6 m2，噴厚80 mm，巷道頂幫需噴射混凝土1.09 m3完成封閉噴漿作業(yè)。傳統(tǒng)噴漿工藝為：55 kW 絞車后路提升運輸，噴漿料到位后，人工體力卸沙，通過上料機上料，迎頭后安裝噴漿機短距離噴漿。采用傳統(tǒng)工藝施工，存在粉塵濃度高、人工卸料勞動強度大、單車噴漿耗時長等弊端，占用崗位多。礦井于2018 年在北十采區(qū)運輸機下山進行遠距離噴漿系統(tǒng)的試驗研究。

2 長距離遠程操作噴漿系統(tǒng)的提出與應用

2.1 傳統(tǒng)噴漿工藝的弊端

（1）現(xiàn)場人工拌制砂漿產(chǎn)塵大，對井下環(huán)境污染相當嚴重。噴漿時在拌料、上料、噴漿機、噴槍處都產(chǎn)生大量粉塵，實際粉塵量超過國家標準要求。

（2）在井巷施工現(xiàn)場拌制噴漿料，配比不準確、拌合不均勻導致噴漿料質量不穩(wěn)定，回彈率高，材料浪費大?；炷羾姖{的回彈率一般在20%～30%。

（3）工人勞動強度大，效率低。

（4）噴射距離短。傳統(tǒng)的轉子式混凝土噴射機，用于干料、潮料混凝土噴射作業(yè)。轉子式混凝土噴射機的給料部分、噴射部分為一體（即它只有一個料腔，同時用于給料和噴射作業(yè)），給料和噴射時密封處于相對旋轉狀態(tài)，密封結構不可靠，并極易出現(xiàn)磨損造成密封失效，以致噴射距離短，僅能達到60～80 m，并產(chǎn)生較多粉塵，料腔通過出料口頻率較低，噴射時脈沖大，物料不能連續(xù)。

2.2 解決方案

（1）噴漿粉塵的解決方案：一是采取潮式噴漿技術，降低噴漿過程產(chǎn)塵；二是采用螺桿式混凝式攪拌器及混凝土轉載機拌料、上料，減少拌料揚塵量。

（2）配比不均勻、回彈率高的解決方案：采用螺桿式混凝式攪拌器拌料，嚴格控制噴漿料配比，攪拌均勻，回彈率得到有效控制。

（3）勞動強度大、效率低的解決方案：采用機械化拌料、上料、噴漿，取代人工作業(yè)，實現(xiàn)遠距離噴漿按鍵集控操作。

（4）噴射距離短解決方案：著重研究遠距離、無塵化的噴漿裝備和自動化、機械化、適用性高的噴漿工藝，最終達到增大噴漿距離、降低粉塵濃度、降低作業(yè)強度、提高噴漿質量的目的。

2.3 工作原理及結構

遠距離噴漿系統(tǒng)是通過系統(tǒng)性改造，針對噴漿拌料、上料、噴漿及運輸各環(huán)節(jié)研發(fā)的系統(tǒng)性設備。其關鍵技術：一是PLC 程序控制各液壓系統(tǒng)，實現(xiàn)全自動機械化無塵化拌料；二是針對無塵化上料工藝，采用全液壓系統(tǒng)，實現(xiàn)自動取料、自動上料；三是全液壓驅動遠距離噴漿，減少運輸環(huán)節(jié)，實現(xiàn)長距離無塵化噴漿。使用該系統(tǒng)噴漿，可以一次安裝直至工程結束，無需提升運輸，節(jié)省人力物力，改善傳統(tǒng)噴漿施工工藝。

2.3.1 螺桿式混凝式攪拌器

螺桿式混凝土攪拌器由升降橫移機構、回轉底盤、縱移機構、回轉驅動機構、攪拌頭、液壓泵站與控制系統(tǒng)構成。升降橫移機構、回轉底盤作為主機架布置在礦車軌道的一側，縱移機構布置在礦車軌道的中間，回轉驅動機構通過軸承座固定在升降橫移機構的側端，帶有螺旋攪拌葉片的攪拌頭插裝于回轉驅動機構的下方，回轉驅動機構由液壓馬達驅動。工作時，液壓馬達驅動其下方的攪拌頭作回轉攪拌運動，升降、橫移油缸帶動攪拌頭分別作升降、橫移運動，縱移油缸帶動礦車作縱移運動，從而實現(xiàn)攪拌頭在礦車內對噴漿料實現(xiàn)上下、左右、前后的攪拌運動。

2.3.2 遙控鏈斗式混凝土轉載機

主要由行走裝置、回轉舉升機構、上料裝置、皮帶機、液壓泵站及電控裝置構成。設備的所有零部件均固定在行走裝置上。行走裝置由履帶底盤、底板焊接件等構成；回轉舉升機構通過回轉減速機固定在行走裝置上，回轉舉升機構上固定有上料裝置，通過回轉舉升機構可實現(xiàn)上料裝置從通行位置至工作位置的轉換及高度的升降調整；上料裝置帶有由液壓馬達及鏈條驅動的喂料螺旋滾筒和上料刮斗機構，可從裝有噴漿料的礦車中連續(xù)均勻地取料并輸送至皮帶機進行其他作業(yè)；轉載機采用全液壓驅動方式，配套的液壓泵站與控制系統(tǒng)提供所需液壓動力及手動/無線遙控控制，皮帶機可將材料運輸至指定位置。

2.3.3 液壓轉子式混凝土噴射機

混合噴漿料（現(xiàn)場拌制或配料廠拌制或袋裝、筒倉儲存材料），送入料斗，經(jīng)過篩子將大顆粒篩除后進入錐形給料裝置內的料杯內，然后落入氣料室。落料點前處，壓縮空氣通過錐形殼體進入有料料杯。空氣噴射使物料松散，有利物料充分落入氣料室。物料從料杯排出后，其內的殘余壓縮空氣通過余氣口排出，若有殘余物料也隨壓縮空氣一塊排出進入集塵器。然后空料杯旋轉繼續(xù)從料斗中接料。通過液壓控制給料裝置旋轉速度，控制送往氣料室物料的多少。氣料室的補壓氣使其中的物料盡量疏松（有利物料的輸送），再通過葉片輪旋轉將物料送至物料出口。壓縮空氣通過進氣口進入氣料室，并通過布置在葉片輪料杯頂部上側的鵝頸管導向出料口。壓縮空氣將葉片輪上料杯內噴漿料吹出通過出料口、輸送管路流向噴嘴。葉片輪的轉速可以無級調節(jié)，實現(xiàn)物料均勻送向噴嘴。

圖1 液壓轉子式混凝土噴射系統(tǒng)

如圖1 液壓轉子式混凝土噴射系統(tǒng)主要由行走裝置、料斗、錐形給料裝置、噴射系統(tǒng)、液壓泵站、氣路系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)及除塵器構成。設備的所有零部件均固定在行走裝置上。行走裝置由履帶底盤、底板焊接件等構成。噴射系統(tǒng)的驅動部分固定在行走裝置上，噴射系統(tǒng)主要包括氣料室、葉片輪、減速機和馬達。氣料室上固定有錐形給料裝置和料斗，通過錐形給料裝置的定量錐形轉子的旋轉將物料送入到氣料室內，再通過葉片輪的旋轉將物料在風壓的作用下輸送出去。噴射機采用全液壓驅動方式，配套的液壓泵站與控制系統(tǒng)提供所需液壓動力通過手動控制來實現(xiàn)各動作。

3 技術效果

3.1 主要創(chuàng)新點

（1）螺桿式混凝式攪拌器有效地解決了普通噴漿機人工卸料、拌料的問題，節(jié)省大量的人力，降低勞動強度，提高噴漿工作效率，而且大大減少人工作業(yè)所帶來的粉塵，實現(xiàn)清潔生產(chǎn)。

（2）遙控鏈斗式混凝土轉載上料機通過遠程遙控控制，有效替代了人工從礦車中取料、人工上料等傳統(tǒng)作業(yè)方式，實現(xiàn)連續(xù)均勻供料。

（3）液壓轉子式混凝土噴射機有效解決遠距離噴漿噴頭噴漿效果不好的現(xiàn)象，通過自動化、機械化、適用性高的噴漿工藝，達到了增大噴漿距離、降低粉塵濃度、降低作業(yè)強度、提高噴漿質量的效果。

3.2 經(jīng)濟效益

新式噴漿系統(tǒng)的投入使用，使得卸沙出勤人數(shù)由3 人縮減為2 人。按工區(qū)人均應發(fā)工資9650 元/月計算，每年可節(jié)約開支115 800 元。每班次卸沙車數(shù)由10 車增加至15 車，與以往相比，每月可多成巷25%，一月可創(chuàng)造效益3450 元，一年可創(chuàng)造效益41 400 元。

新式噴漿系統(tǒng)卸沙速度較人工卸沙更加穩(wěn)定，拌料能力較原上料機有了大幅度提高，迎頭噴漿連續(xù)性好，噴漿質量較原有裝備提升10%。噴漿完成后巷道成型好，減少后路復噴工作量，一月可節(jié)約成本3105 元，一年可節(jié)約成本37 260 元。使用該裝備每年有效增效194 460 元。

4 結語

新式噴漿系統(tǒng)有效地解決了勞動強度大的問題，節(jié)省了大量的人力，人員無需在礦車內卸沙，避免人員上下沙車摔倒等可能造成人員受傷的意外事故，大大提高了作業(yè)人員的安全系數(shù)，大大減少了井下人工作業(yè)所帶來的粉塵，實現(xiàn)了清潔生產(chǎn)。