技术领域
[0001] 本
发明涉及一种矿山用具，具体涉及一种用于
混凝土喷射的高强度低耗能的煤矿湿喷系统及湿喷方法。
背景技术
[0002] 传统湿喷砼机是利用压缩空气，按一定级配合
水灰比拌合好的混凝土料，通过输送管经喷射机的
喷嘴，以很高的速度喷射出去，从而在受喷面上形成混凝土支护层，是目前喷射混凝土施工作业中的主要设备。喷砼喷头作为混凝土的终端输出设备，必须具有防毒防漏，耐高压耐
腐蚀喷砼均匀的基本特性，而目前市场上的喷头多为细长管型，混凝土与
速凝剂混合不彻底，且喷出物料发散面过小，造成回弹率大，喷砼面容易坍塌。
发明内容
[0003] 本发明要解决的技术问题是克服现有湿喷工艺混凝土的初期强度较低，回弹率大，现场工作环境粉尘大等难题，提供一种强度高，耗能少的用于混凝土喷射的煤矿湿喷系统及湿喷方法。
[0004] 一种高强度低耗能的煤矿湿喷系统，包括依次顺序设置的配料机、
搅拌机、螺旋式定量配水输送车和湿喷机，所述搅拌机设置在所述配料机的下游，所述螺旋式定量配水输送车设置在所述搅拌机的出料口端，所述湿喷机设置在所述螺旋式定量配水输送车的出料口端。
[0005] 本发明所述的高强度低耗能的煤矿湿喷系统，其中所述配料机设置于地上，所述搅拌机、螺旋式定量配水输送车和湿喷机设置于井下，所述配料机的出料口端通过输送装置和所述搅拌机的进料口端相连；所述配料机包括过滤网和称量装置，所述运输装置为包括密闭运输箱的矿用运输车，所述湿喷机包括通过抗高压输料软管连接的主机和喷头，所述主机与压
风机相连，所述喷头与
蠕动泵相连；所述配料机为PCW800型配料机，所述搅拌机为MTC150-2型强制式单卧轴砼搅拌机，所述湿喷机为JSB6-G小型湿喷机。
[0006] 本发明所述的高强度低耗能的煤矿湿喷系统，其中所述喷头为中空管状结构，其尾部与所述抗高压输料软管相连，在所述抗高压输料软管上设置有橄榄球形的物料混合部，其短轴长度大于所述抗高压输料软管的直径；在所述物料混合部的前端设置有上下两个速凝剂添加管，所述速凝剂添加管的轴线与所述喷头的轴线之间的夹
角为锐角。
[0007] 本发明所述的高强度低耗能的煤矿湿喷系统，其中所述喷头为从尾部到前端直径逐渐增大的圆柱体，所述喷头尾部的直径与所述输料软管的直径相适应，在所述喷头的前端固定有喷头盖，所述喷头盖为与所述喷头的前端横截面的直径相适应的圆形板状结构，所述喷头盖的中间部分为无喷孔区，其面积占整个喷头盖面积的50～70%，在除所述无喷孔区外的喷头盖的其它部分上均匀设置有多个喷孔。
[0008] 本发明所述的高强度低耗能的煤矿湿喷系统，其中所述速凝剂添加管的轴线与所述喷头的轴线之间的夹角为30度；所述喷孔的直径为1cm。
[0009] 本发明所述的高强度低耗能的煤矿湿喷系统，其中所述螺旋式定量配水输送车包括车体、安装在所述车体上的
车轮和固定在所述车体上的配水输料装置，所述配水输料装置包括：
[0010] 配水输料室，其内部包括螺旋杆，所述螺旋杆由杆体和沿所述杆体的外表面设置的螺旋
叶片构成，所述杆体为中空管状结构，中部形成贯通所述杆体的注水通道，所述螺旋叶片的每相邻两个
螺旋齿之间形成
螺旋槽，在所述螺旋槽上均匀设置有多个供水流出的通孔，将所述注水通道与所述杆体的外部相连通，所述螺旋杆的前端通过抗高压输料软管与湿喷机的主机相连；
[0011] 驱动装置，其输出端通过输水管道与所述配水搅拌室中的螺旋杆的后端连接，所述驱动装置的输入端连接控制单元；
[0012] 水箱，与所述输水管道相连，所述输水管道的一部分贯穿所述水箱的底部，在所述水箱内的输水管道上设置有注水孔；
[0013] 储料斗，其底部的出料口与所述配水搅拌室顶部的进料口相连。
[0014] 本发明所述的高强度低耗能的煤矿湿喷系统，其中所述水箱包括注水箱和置于其上部的储水箱，所述输水管道的一部分贯穿在所述注水箱的底部，所述输水管道与所述注水箱两侧
接触的部分采用密封
轴承进行密封连接，在所述注水箱和储水箱之间设置有过滤装置；
[0015] 在所述储水箱内包括两根
电阻，其中一个所述电阻通过
电极线与所述驱动装置连接，另一个所述电阻通过电极线与所述控制单元相连；所述控制单元和所述驱动装置分别与电源相连；
[0016] 所述电阻距离所述储水箱的底部距离为2～3cm，距离所述储水箱的
侧壁距离在15cm以上，所述两个电阻之间的距离为15cm以上。
[0017] 本发明所述的高强度低耗能的煤矿湿喷系统，其中所述储料斗的底部设置有可抽出的物料
挡板；所述配水输料装置还包括储料斗缓冲板，其一端固定在所述配水输料室的顶部，另一端与所述储料斗的底部相铰接，所述储料斗可向所述储料斗缓冲板的方向翻转；在靠近所述储料斗的出料口一侧设置有承重机构，与所述储料斗相接触。
[0018] 本发明所述的高强度低耗能的煤矿湿喷系统，其中所述通孔的直径为1mm，每两个相邻所述通孔之间的距离为10～15mm；所述驱动装置为
电机，所述控制单元为
单片机。
[0019] 一种采用本发明所述高强度低耗能的煤矿湿喷系统进行的湿喷方法，包括如下步骤：
[0020] 步骤一、将原料置于配料机中，所述配料机中的称量装置对原料的各个组份进行准确称量，过滤网对尾砂进行过滤，使其粒径小于等于10mm，搅拌混合均匀，得到混合干料I；所述原料由如下重量百分比的物质组成：普通
水泥熟料63％；尾砂28％；
石膏2.6％；
芒硝0.45％；
明矾石2.1％；石灰0.55％，脲素1.5%，甲
醛1.8%；
[0021] 步骤二、将所述混合干料I装入密闭运输箱中，由矿用运输车将其运输至井下，将所述混合干料I卸入搅拌机中，加入所述混合干料I
质量的2%的高效
减水剂，充分混合搅拌得到混合干料II，所述搅拌机的转速为800Y/min～1400Y/min；
[0022] 步骤三、从所述搅拌机的出料口输送出来的所述混合干料II进入到螺旋式定量配水输送车，所述螺旋式定量配水车依据螺旋杆的转速，调节注水量及注水速率，完成定量配水，注水量与所述混合干料II的质量比为0.25～0.31:1，配水后得到混合湿料I；
[0023] 步骤四、所述混合湿料I进入湿喷机的主机，同时压风机向所述主机压风，将所述混合湿料I由抗高压输料软管压至喷头，在所述抗高压输料软管上设置有橄榄球形的物料混合部，在其前端设置有上下两个速凝剂添加管，
蠕动泵将速凝剂通过所述速凝剂添加管输送至所述物料混合部内，与所述混合湿料I混合得到混合湿料II，由所述喷头将所述混合湿料II喷射到墙面上，完成湿喷过程。
[0024] 本发明高强度低耗能的煤矿湿喷系统与
现有技术不同之处在于：
[0025] 本发明所述高强度低耗能的煤矿湿喷系统中的配料机包括称量装置和过滤装置，保证原料的定量加入，也保证了加入的尾砂的粒径在合理范围内，原料质量优良，不卡壳、不堵喷头；本发明所述系统将水、水泥、砂子、石子及各种添加剂实现机械化定量控制，减轻了工人的工作强度，保证了砼性能的
稳定性；外扩型喷头使湿喷砼喷射速度快，每小时可喷射6m3，工作效率提高，砼密实度高，强度均匀稳定，减小回弹率，椭球形的混合部和双速凝剂入口对冲，保证了砼与速凝剂的充分混合，
早期强度高，能起到临时支护、封闭围岩的作用，保证了施工安全。
[0026] 本发明所述系统将靠近喷头尾部的输料软管的内径扩大，使之呈橄榄球形球体，速凝剂添加管连接在所述橄榄球形球体的前端，速凝剂添加管的轴线与喷头的轴线呈锐角；此设计是为了增大混合空间，充分混合混凝土与速凝剂，且速凝剂添加管的轴线与喷头轴线设计成锐角后，速凝剂更容易被高速流动的混凝土
流体吸入喷
头管道，回弹少；蠕动泵能保证速凝剂的定量添加；所述喷头具有多个喷孔，使喷出的混泥土（等同于砼）更加均匀；本发明所述系统中的喷头设置有上下两个速凝剂入口，混泥土与速凝剂以相反的方向进入混合区域，形成对冲，能够充分混合，确保了砼性能的均匀性和稳定性，快速
凝固。
[0027] 本发明所述的喷头外扩型的喷头盖，且喷头喷孔处于圆形面的外侧，中部为无喷孔区部分，没有喷孔结构，使混泥土在高速的喷射状态下与巷道受喷面有一定角度散状喷出，可使喷射速度更大，分散性的喷射物料可使喷射回弹率更低，初喷强度更大，强度更高，二者结合能够减小混泥土回弹量，降低操作空间的粉尘含量；所述无喷孔区部分的面积占整个喷头盖面积的50～70%，比例所占太大，易堵住管道，比例太小，喷砼速度不大，达不到工艺要求。
[0028] 本发明所述系统中所述螺旋式定量配水输送车使用了特制的螺旋杆，在原有螺旋杆的
基础上将其杆件做成中空形状的管状，螺旋杆后部接水供应装置，注水通道与杆体外部连通；水进入杆体内部的注水通道，受水箱
水体的自重压
力，注水通道里面的水从通孔喷出，与干料混合，螺旋杆同时旋转，搅拌水泥；所述螺旋杆具有如下优点：（1）水由螺旋杆内部加入，避免上部加水，混凝土从整体搅拌分割成小部分搅拌，因此搅拌的更均匀；（2）大大减少上部拌料斗的体积，使得体积更小，
重心降低，结构更加紧凑；（3）适合于矿井巷道等工作面狭小的施工。
[0029] 所述螺旋式定量配水输送车通过水箱、电机、单片机、储料斗和螺旋杆的配合，可以定量稳定地完成配水过程，所述水箱包括储水箱和注水箱，二者之间的过滤装置可以滤除颗粒杂质，所述储水箱里的电阻和电机、单片机、水、电源形成一个回路，水箱高于螺旋杆，水在自重作用下往以一定速率往螺旋杆中注水；水面的高低决定连接到
电路中电阻值的大小，单片机依据
电流的大小按照设定的程序控制转速，从而改变混凝土在螺旋杆的运输时间，精确保证所有混凝土都配比相同的水量；同时可以在水箱里缺水时，自动停止工作，保证了设备的安全，以及产品的合格率，因为在缺水状态下运输出来的是干料，为不合格产品。
[0030] 所述储料斗底部设置有可抽出的物料挡板，在堵管等突发情况下关闭，保护装置，同时，在设备不用的时候关闭，保持螺旋杆干净；还包括出料口缓冲板，所述储料斗以所述铰接轴为轴转动，可以在不需要储料斗机械加料时向所述配水输料室人工加料；还设置有承重机构，将所述储料斗和其中的物料重量传导并分散，防止所述储料斗的重力过大，造成设备的破坏或使用寿命的减少。
[0031] 本发明所述湿喷方法保证了水、水泥、砂子、石子及各种添加剂定量控制，确保水灰比稳定，混合料均质性好，不存在砼强度
波动大的
缺陷，能更好的按设计要求完成施工；同时提高了湿喷砼喷射速度及湿喷砼质量，减轻了工人劳动强度，改善劳动条件，降低反弹率，基本消除喷砼现场的高粉尘现象，还现场施工人员以洁净的工作环境，减少对环境的污染等。
[0032] 下面结合
附图对本发明的高强度低耗能的煤矿湿喷系统作进一步说明。
附图说明
[0033] 图1为本发明所述高强度低耗能的煤矿湿喷系统的结构示意图；
[0034] 图2为本发明所述湿喷机物料混合部的结构示意图；
[0035] 图3为本发明所述喷头的结构示意图；
[0036] 图4为本发明所述螺旋式定量配水输送车的结构示意图；
[0037] 图5为本发明所述螺旋杆的局部结构示意图；
[0038] 图6为图5的侧视图。
具体实施方式
[0040] 如图1所示，一种高强度低耗能的煤矿湿喷系统，包括依次顺序设置的配料机1、搅拌机2、螺旋式定量配水输送车3和湿喷机，所述搅拌机2设置在所述配料机1的下游，所述螺旋式定量配水输送车3设置在所述搅拌机2的出料口端，所述湿喷机设置在所述螺旋式定量配水输送车3的出料口端。
[0041] 实施例2
[0042] 如图1所示，一种高强度低耗能的煤矿湿喷系统，包括依次顺序设置的配料机1、搅拌机2、螺旋式定量配水输送车3和湿喷机，所述搅拌机2设置在所述配料机1的下游，所述螺旋式定量配水输送车3设置在所述搅拌机2的出料口端，所述湿喷机设置在所述螺旋式定量配水输送车3的出料口端。
[0043] 所述配料机1设置于地上，所述搅拌机2、螺旋式定量配水输送车3和湿喷机设置于井下，所述配料机1的出料口端通过输送装置和所述搅拌机2的进料口端相连；所述配料机1包括过滤装置和称量装置，所述运输装置为包括密闭运输箱的矿用运输车，所述湿喷机包括通过抗高压输料软管8连接的主机4和喷头5，所述主机4与压风机6相连，所述喷头5与蠕动泵7相连；所述配料机1为PCW800型配料机，所述搅拌机2为MTC150-2型强制式单卧轴砼搅拌机，所述湿喷机为JSB6-G小型湿喷机。
[0044] 如图2和图3所示，所述喷头5为中空管状结构，其尾部与所述抗高压输料软管8相连，在所述抗高压输料软管8上设置有橄榄球形的物料混合部9，其短轴长度大于所述抗高压输料软管8的直径；在所述物料混合部9的前端设置有上下两个速凝剂添加管10，所述速凝剂添加管10的轴线与所述喷头5的轴线之间的夹角为锐角。
[0045] 所述喷头5为从尾部到前端直径逐渐增大的圆柱体，所述喷头5尾部的直径与所述输料软管8的直径相适应，在所述喷头5的前端固定有喷头盖11，所述喷头盖11为与所述喷头5的前端横截面的直径相适应的圆形板状结构，所述喷头盖11的中间部分为无喷孔区31，其面积占整个喷头盖11面积的50～70%，优选60%，比例所占太大，易堵住管道，比例太小，喷砼速度不大，达不到工艺要求。所述无喷孔区31上没有喷孔12结构，在除去中间部分所述无喷孔区31外的喷头盖11的其它部分上（即所述喷头盖11的周围）均匀设置有多个喷孔12，使混泥土在高速的喷射状态下与巷道受喷面有一定角度散状喷出，减小喷砼回弹率，二者结合能够减小混泥土回弹量，降低操作空间的粉尘含量。所述速凝剂添加管10的轴线与所述喷头5的轴线之间的夹角为30度；所述喷孔12的直径为1cm。本发明所述喷头5可以使混凝土混泥土更好的分散开来，更均匀地喷射到墙面上，可以减小反弹率，也可以更好地把握喷砼在巷道内壁上形成的厚度，所述橄榄球形的物料混合部9扩大了物料的混合空间，充分混合混凝土与速凝剂，且速凝剂添加管10的轴线与喷头5轴线设计成锐角后，速凝剂更容易被高速流动的混凝土流体吸入喷头管道。
[0046] 如图4～图6所示，所述螺旋式定量配水输送车包括车体13、安装在所述车体13上的车轮14和固定在所述车体13上的配水输料装置，所述配水输料装置包括：
[0047] 配水输料室，其内部包括螺旋杆15，所述螺旋杆15由杆体16和沿所述杆体16的外表面设置的螺旋叶片18构成，所述杆体16为中空管状结构，中部形成贯通所述杆体16的注水通道17，所述螺旋叶片18的每相邻两个螺旋齿之间形成螺旋槽，在所述螺旋槽上均匀设置有多个供水流出的通孔19，将所述注水通道17与所述杆体16的外部相连通，所述螺旋杆15的前端通过抗高压输料软管8与湿喷机的主机4相连；
[0048] 驱动装置20，其输出端通过输水管道21与所述配水搅拌室中的螺旋杆15的后端连接，所述驱动装置20的输入端连接控制单元；水箱，与所述输水管道21相连，所述输水管道21的一部分贯穿所述水箱的底部，在所述水箱内的输水管道21上设置有注水孔22；储料斗23，其底部的出料口与所述配水搅拌室顶部的进料口相连。所述驱动装置20为所述输水管路21和所述螺旋杆15的旋转提供动力，所述驱动装置20通过所述输水管路21与所述螺旋杆15连接，工作时，所述驱动装置20驱动所述输水管路21旋转，同时，所述输水管路21带动所述螺旋杆15转动，所述螺旋杆15的转
动能起到搅拌和运输的作用。
[0049] 所述水箱包括注水箱24和置于其上部的储水箱25，所述输水管道21的一部分贯穿在所述注水箱24的底部，所述输水管道21与所述注水箱24两侧接触的部分采用密封轴承26进行密封连接，防止漏水，在所述注水箱24和储水箱25之间设置有过滤装置；在所述储水箱25内包括两根电阻27，其中一个所述电阻27通过电极线与所述驱动装置20连接，另一个所述电阻27通过电极线与所述控制单元相连；所述控制单元和所述驱动装置20分别与电源相连；所述电阻27距离所述储水箱25的底部距离为2～3cm，距离所述储水箱25的侧壁距离在15cm以上，所述两个电阻27之间的距离为15cm以上。所述驱动装置20优选为电机，所述控制单元优选为单片机，其中一种连接方式具体为：两个电阻27，其中一个电阻27通过电极线与电机连接，所述电机还与电源的火线连接，另外一个电阻27通过电极线与所述单片机相连，所述单片机还与电源的零线连接，有水存在时，电源、电机、单片机和两个电阻形成一个回路，整个系统开始工作，当水量减少处于缺水状态，水不能与所述电阻27接触时，因为没有了连接回路的介质（水），回路被切断，自动停止设备的工作，保证了设备运行的安全，同时也避免了不合格产品的产生（缺水情况下，终端输出的是不含水的干料，为不合格产品）。
[0050] 所述储料斗23的底部设置有可抽出的物料挡板28；所述配水输料装置还包括储料斗缓冲板29，其一端固定在所述配水输料室的顶部，另一端与所述储料斗23的底部相铰接，所述储料斗23可向所述储料斗缓冲板29的方向翻转；在靠近所述储料斗23的出料口一侧设置有承重机构30，与所述储料斗23相接触；所述通孔19的直径为1mm，每两个相邻所述通孔19之间的距离为10～15mm。
[0051] 所述螺旋式定量配水输送车3的工作过程具体为：向所述水箱里注水，将混合干料卸入所述储料斗23中，抽出所述物料挡板28，让所述干料进入配水输料室，启动电源和电机，螺旋杆15开始旋转，同时注水，水由于压力从所述水箱中通过注水孔22进入输水管道21，水从通孔19流出，与所述干料混合制备湿料，螺旋杆15旋转把所述制备好的湿料输送出来送至输料软管进行下一步处理。
[0052] 实施例3
[0053] 一种采用本发明所述高强度低耗能的煤矿湿喷系统进行的湿喷方法，包括如下步骤：
[0054] 步骤一、将原料置于配料机1中，所述配料机1中的称量装置对原料的各个组份进行准确称量，过滤装置对尾砂进行过滤，使其粒径小于等于10mm，搅拌混合均匀，得到混合干料I；所述原料由如下重量百分比的物质组成：普通
水泥熟料63％；尾砂28％；石膏2.6％；芒硝0.45％；明矾石2.1％；石灰0.55％，脲素1.5%，甲醛1.8%；
[0055] 步骤二、将所述混合干料I装入密闭运输箱中，由矿用运输车将其运输至井下，将所述混合干料I卸入搅拌机2中，加入所述混合干料I质量的2%的高效减水剂，充分混合搅拌得到混合干料II，所述搅拌机2的转速为800Y/min～1400Y/min；采用密闭运输箱运输的作用是防止受潮和防止物料受空气等外在因素的影响；
[0056] 步骤三、从所述搅拌机2的出料口输送出来的所述混合干料II进入到螺旋式定量配水输送车3，所述螺旋式定量配水车3依据螺旋杆15的转速，调节注水量及注水速率，完成定量配水，注水量与所述混合干料II的质量比为0.25～0.31:1，配水后得到混合湿料I；
[0057] 步骤四、所述混合湿料I进入湿喷机的主机4，同时压风机6向所述主机4压风，将所述混合湿料I由抗高压输料软管8压至喷头5，在所述抗高压输料软管8上设置有橄榄球形的物料混合部9，在其前端设置有上下两个速凝剂添加管10，蠕动泵7将速凝剂通过所述速凝剂添加管10输送至所述物料混合部9内，与所述混合湿料I混合得到混合湿料II，由所述喷头5将所述混合湿料II喷射到墙面上，完成湿喷过程。
[0058] 以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种
变形和改进，均应落入本发明
权利要求书确定的保护范围内。
