為驗證新型薄噴機在礦井施工環(huán)境中的適應性問題，對薄噴粉體噴射機的工作原理、主要結構進行設計和計算，并選定平煤二礦典型巷道對新型設備的噴射特性與施工效果進行工業(yè)試驗驗證。現(xiàn)場試驗結果表明，新型噴射機不僅關鍵特性優(yōu)良，而且可對巷道巖面進行快速有效封閉施工，改進后的新設備提高了薄噴工藝的施工效率與封閉效果。

　　［關鍵詞］薄噴技術；設計；連續(xù)噴射；工業(yè)試驗

　　薄噴技術是煤礦井巷支護和封閉的新工藝［1-2］。薄噴材料固化成膜性好，具有較大的抗拉強度和較好的彈性變形特性等優(yōu)點［3-4］，在煤礦井巷薄噴支護和封閉具有較好的應用效果。在使用舊式封閉罐式噴射設備工作過程中，輸送粉體物料的穩(wěn)定性不佳。當罐中粉料多時，輸送物料量偏多；在粉料少時，輸送料量偏少。每次裝料時必須停機、停氣；設備效率低，難以滿足大量材料施工與連續(xù)噴射要求。由于薄噴材料為粉狀，噴射施工時設備要求出料連續(xù)、穩(wěn)定，可靠的噴射機具對材料成膜質量的影響較大［5］。為解決薄噴以上問題，針對連續(xù)式粉體噴射設備關鍵混合器結構進行重新設計，并對實際噴射支護效果進行工業(yè)性試驗驗證。

　　1薄噴機具設計

　　薄噴機主機結構如圖1所示。該設備主要由底盤、支撐架、驅動部、聯(lián)軸器、料斗、螺桿、閘閥、混合器等組成，主要利用混合器進行粉體材料的噴射和輸送，運用螺旋軸進行物料的撥送，控制元件進行氣路系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和控制，以及霧化水和粉體逆向、均勻混合技術。（1）混合器。混合器利用文丘里管進行物料的噴射和輸送。采用射流的原理，由噴出流體的無規(guī)則流動，撞擊射流兩側的靜止空氣（及粉體材料），并帶動它們一起向前運動，所以射流本身就具有形成負壓抽吸作用。混合器利用此原理，運用壓縮空氣混合和噴射粉體物料。混合器主要包括噴嘴、下料管和混合管，結構如圖2所示。噴嘴噴射出的高速壓縮氣體，在下料管處產(chǎn)生負壓以抽吸下料管內(nèi)的粉料，同時氣體和粉料在混合管內(nèi)進行強混合，高速氣流攜帶粉料向前運動［6-7］。噴嘴可調(diào)節(jié)噴嘴口距離混合管的距離，進而調(diào)節(jié)噴射物料的輸送能力。（2）螺旋軸。為了防止料斗內(nèi)粉體物料拱料，影響物料的輸送的連續(xù)，設計有螺旋軸進行輔助送料。通過螺旋軸的旋轉使粉料向下料管內(nèi)移動，使下料管保持滿狀態(tài)。為了驗證螺旋軸輸送的效果，設計2種結構，一種等螺距，一種變螺距，如圖3所示。變螺距螺旋軸結構，靠近下料口位置螺距減小，另外一端螺距增大，使粉料在運動過程中速度不斷降低，同時使物料被連續(xù)擠壓輸送。試驗證明變螺距的螺旋軸輸送效果好，粉料輸送密實，同時螺旋軸可以起到明顯的破拱作用。（3）氣路系統(tǒng)。氣路系統(tǒng)設有控制和調(diào)節(jié)元件，根據(jù)設定壓力自動調(diào)節(jié)控制閥以調(diào)節(jié)進氣流量。在下料管上端設有控制蝶閥，一是控制氣路系統(tǒng)和物料系統(tǒng)的連通和分離；二是防止開始時壓氣不穩(wěn)定造成料斗返氣。在前端噴槍等出現(xiàn)突發(fā)狀況時可快速將物料關閉，保障料斗內(nèi)不返氣。（4）噴槍。噴槍對水和粉料的混合效果影響較大，區(qū)別于常見的噴射混凝土噴槍，新噴槍的結構采用水和物料的逆向混合技術，整體進行輕量化設計。噴嘴結構采用成品錐形霧化噴嘴，可依據(jù)供水的壓力變化調(diào)節(jié)水的噴射量，防止水體流量急增急減。為了減輕噴槍重量，進行了輕量化的設計。噴槍采用尼龍材質，不僅結構強度大而且重量輕，人工可輕松操作，同時不易生銹、方便清理。噴槍結構如圖4所示。（5）驅動部分。在地面試驗時，采用電機連接減速器驅動螺旋軸。電機配套變頻控制器調(diào)節(jié)電機的轉速，檢驗螺旋軸的輸送效果。為了保持設備動力的單一性和井下應用的方便，下井樣機采用氣動馬達連接減速器驅動螺旋軸。全氣動噴射設備，無須采用電氣開關、連接電纜等，提高了設備的安全性，同時大大提高了施工效率。

　　2薄噴機具的工業(yè)試驗

　　2.1試驗條件

　　選定平煤二礦庚組下部某巷道作為工業(yè)試驗地點，巷道為半煤巖巷開拓，設計為梯形斷面，巷寬5.4m、中高3.1m，斷面面積16.7m2，其中煤層平均厚度約1.94m。首先啟動供風與供水系統(tǒng)，然后啟動自動攪拌設備，按比例將粉料和水進行混合，攪拌均勻后將漿料置于螺旋擠壓泵料倉中即可開始開機進行噴漿操作，并在操作中對以下關鍵參數(shù)進行測算。

　　2.2設備關鍵部件性能檢驗

　　2.2.1混合器選型與輸送能力測試為驗證混合器技術和結構設計的可靠性，對混合器進行了樣件試驗。試驗過程中分別設計和加工了準38mm、準50mm2種規(guī)格膠管配套的混合器，以便比較選擇。不同管徑的工作能力對比如表1所示。均達到12m/d以上，且噴射施工時幾乎無粉塵，正常工作時無噪音，表明噴射器其設計尺寸和結構均滿足實際施工需求。2.2.2連續(xù)式噴射機關鍵技術指標測算（1）噴射能力。在工業(yè)試驗中，薄噴機單次上料在30～60kg，每次攪拌約需要5min，噴射施工持續(xù)15～20min，噴射能力實測>450kg/h，單次最大可噴涂面積100m2/h，送料連續(xù)、均勻，達到技術指標。（2）輸送性能。試驗管路采用不同長度的防爆管，噴漿設備額定工作壓力（風壓）在0.5MPa以下，實測輸送距離與壓降的關系如圖5所示。實測可得，物料在輸送距離為3m時壓力降為0.4MPa，在5m時壓力為0.3MPa，壓降隨距離變化其損失基本不變，壓力值可滿足物料的噴射需求。（3）施工速度。噴射過程快速、穩(wěn)定，可完成1~2m2/mm的噴涂施工，按照現(xiàn)有斷面面積測算，進尺時間約在20min/m，按照每班正常施工7h計算，每班的進尺約為21m。2.2.3噴射工藝參數(shù)測算（1）噴射厚度。按照10m/min的速度勻速平移，并輔之以順時針或逆時針緩慢繞動，可保證噴射的厚度與均勻性，可獲得較均勻的噴射厚度。利用埋點法進行實測，堆積厚度在3~5mm。（2）粉塵濃度。試驗中測試的速噴薄襯材料為漿體，噴射施工中粉塵濃度<10mg/m3，達到了計劃指標，作業(yè)場所環(huán)境得到了良好的保護。（3）回彈率。速噴薄襯材料在噴涂作業(yè)過程基本無回彈，即使在頂板施工中也幾乎無滴落現(xiàn)象，回彈率≤1%，達到了計劃指標。

　　2.3機具施工效果考察

　　由噴射效果可以看出，噴出漿體能夠在煤體表面及金屬支護物上形成致密包覆層，有效隔絕空氣與潮濕淋水。表明采用連續(xù)式薄噴機進行薄噴支護封閉后，隔絕了巷道壁面的水體溢出，使巷道金屬支護構件得到了有效的封閉和保護。此次工業(yè)性試驗驗證了連續(xù)式噴射機與薄噴支護工藝，其生產(chǎn)能力與適用性符合煤礦井下特定的使用條件。新型速噴一體機集成了制漿和噴漿功能于一身，通過速噴材料井上預制并混合，真正實現(xiàn)了濕噴操作，確保了速噴材料的質量穩(wěn)定和均一，避免了拌料的粉塵污染并減少井下施工的工作強度，拌料系統(tǒng)的生產(chǎn)速度顯著高于輸送噴漿速度，保證了噴漿施工的持續(xù)與穩(wěn)定。

　　3結論

　　（1）針對現(xiàn)有薄噴設備難以滿足材料施工量大與噴射不連續(xù)的問題，對薄噴粉體噴射機關鍵結構，包含螺旋軸、氣路系統(tǒng)與噴槍進行了重新設計，得到了一種物料可連續(xù)輸送并施工的新型薄噴施工機具。（2）工業(yè)性試驗數(shù)據(jù)表明，新型噴射機施工速度快、噴射質量優(yōu)良，符合平煤二礦井下施工要求，新設備的施工特性和噴射效果得到了充分認可，可進行接下來的推廣使用。

　　［參考文獻］

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　　［6］吳健偉.粉煤灰氣力輸送噴射器的設計與應用［J］.應用能源技術，2010（10）:40-42.

　　［7］魏同成.混合器與文丘里管的設計［J］.化工設計，1993（6）:23-27.

　　作者：孫海良 董輝輝 吳建生