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1、中国矿业大学09届本科生毕业设计绪论锚喷支护在煤矿巷道支护中，获得愈来愈广泛的应用。锚喷支护的发展，同时促进了喷射混凝土技术与机具的研究与发展。由早期喷射水泥砂浆，发展到干式喷射混凝土、潮式喷射混凝土和湿式喷射混凝土。相应开发了干喷机、潮喷机和湿喷机。由于喷射混凝土技术先进、经济合理、安全可靠，其应用范围日趋扩大。为充分发挥喷浆机的效能，改善作业环境，减轻工人劳动强度，提高喷射混凝土的质量，降低成本，我国非常重视机械化配套设备的研制。喷射混凝土机械正向着高效、安全、环保、实用和自动化方向发展。1.1混凝土喷浆机的概述混凝土喷浆机（shotcrete machine）利用压缩空气将混凝土沿管道连
2、续输送，并喷射到施工面上去的机械。分干式喷浆机和湿式喷浆机两类，前者由气力输送干拌合料，在喷嘴处与压力水混合后喷出；后者由气力或混凝土泵输送混凝土混合物经喷嘴喷出。广泛用于地下工程、井巷、隧道、涵洞等的衬砌施工。在国外，端士阿利瓦（ALIVA）公司于1992年研制出干式转子式混凝土喷浆机。1947年，联邦德国BSM公司研制成双罐式干式混凝土喷浆机。以后，英国，前苏联，日本等相继研制出各种干式混凝土喷浆机。 我国从60年代开始着手研制混凝土喷射设备。先后研制出冶建-65型（冶金工业部建筑研究院），PH30-74型（扬州机械厂），HLP-701型（煤炭科学研究院）等各种干工混凝土喷浆机。 全套图纸
3、，加1538937061.2干式混凝土喷浆机的主要优点是:输送距离长，设备简单，耐用。但由于它是使干拌和混凝土喷嘴外与水混和，故而施工粉尘，回弹均较大，干喷作业产生的粉尘危害工人健康，尤其是窗小巷道工程中。粉尘污染更为严重。 从60年代起在，在西方发达国家中，湿喷技术开始逐渐推行，各种湿式混凝土喷浆机也陆续开发出来，所谓湿喷，其基本原理是将加水搅拌好的成品混凝土加入湿式喷浆机，输送至喷嘴处，经掺加速凝剂后形成料束喷至施工面。 1.3混凝土喷浆机的现状:1.3.1双罐式混凝土喷浆机双罐式喷浆机以WG225 型, 冶建65 型为代表, 由受料斗、上下罐体, 上下钟形阀等拨料机构、气控装置、油水分离
4、器和车架组成(图1) 。上罐体的上口与受料斗连结, 其上口的开闭由上钟形阀控制, 上、下罐连接在一起。其下口开闭由下钟形阀控制, 其底面由拨料机构相连, 拨料机构由分配盘和蜗轮、蜗杆减速器组成。工作原理: 关闭下钟形阀, 打开上钟形阀, 装料斗的拌合料落入上罐。关闭上钟形阀, 上罐充气, 待上下罐气压平衡, 下钟形阀自动打开, 拌合料落入下罐。上下罐交替落料, 供喷浆机连续喷射, 喷射生产能力4 m3/ h , 骨料粒径25 mm , 工作风压016 MPa , 电动机功率3 kW。这种喷浆机上、下罐交替连续出料, 工作稳定可靠, 性能良好, 输送距离长, 只是体积大, 笨重, 操作费力, 有
5、反风、粉尘较大, 立井喷射使用较多。图1 双罐式混凝土喷浆机1 受料斗; 2 上罐体; 3 下罐体; 4 上钟形阀; 5 下钟形阀; 6 分配盘; 7 上钟形阀气缸; 8 下钟形阀气缸; 9 控制阀; 10喉管; 11喷浆机进风管; 12速凝剂注入管;13速凝剂罐风阀门; 14输料管; 15电动机; 16油水分离器; A接压力继电器1.3.2螺旋输送式混凝土喷浆机螺旋输送式喷浆机以LHP2701 型、KHP230G型、PS21 型为代表。以其体积小, 重量轻, 装料点低, 结构简单而著称。螺旋式喷浆机由料斗、螺旋轴输送口、锥体管、电动机减速器、车架、输送软管和喷枪组成(图2)图2 螺旋输送式混
6、凝土喷浆机。1 料斗; 2套筒; 3锥体; 4中空螺旋轴; 5螺旋叶片; 6活接头; 7电动机; 8 减速机; 9车架其工作原理是: 由装入料斗的拌合料在电机驱动下, 经减速器带动螺旋轴旋转, 螺旋轴的螺旋叶片带动混凝土拌合料到锥体管, 压缩空气经油水分离后, 进入螺旋输送轴轴心, 在锥体管处因体积突然减小而造成负压, 使螺旋叶片带来的拌合料受到两个推动力作用, 一是负压吸走, 二是螺旋叶片推动输送软管输送, 经喷枪加水搅拌而喷射到岩面, 该机喷射能力为35 m3/ h 。这种喷浆机的主要问题是螺旋叶片磨损严重, 需经常更换, 曾经试焊硬质合金、碳化等, 但问题仍不能很好解决, 尚不能成为成熟
7、产品, 因而改产转子式喷浆机。1.3.3 鼓轮式混凝土喷浆机鼓轮式喷浆机是陕西建工局机具研究所开发研制的。它以GHP2250 为代表机型, 1975 年在铜川基建公司二处施工的下石节煤矿进行工业性试验, 获得较好效果。该机由料斗、鼓轮、传动机构和电动机组成。鼓轮是主要工作部件, 有8 个横卧的料槽, 料槽的前方是出料弯头, 后方有与出料弯头对应的进风弯头。鼓轮与外壳的弹性衬垫之间为衬板是易损件, 可定期更换, 以丝杆调节(图3) 。图3 鼓轮式混凝土喷浆机1 受料斗; 2 壳体; 3鼓轮; 4出料弯头; 5进风弯头; 6进料口; 7端面密封圈; 8端环; 9 压紧环; 10调节螺栓; 12轴承
8、座工作原理: 鼓轮的料槽以8 r/ min 的速度不停旋转, 料斗的拌合料不断落入料槽并依次装满料槽。当料槽转过180, 与出料口和进风口对正时, 混合料被压风吹送至出料弯头, 进入输料软管, 喷枪, 加水后喷到岩面。1.3.4甩浆机甩浆机由甩浆机构、回转机构和行走部组成。甩浆机构是安装在机架上的电动机, 通过三角胶带传动减速, 带动主动滚筒, 主动滚筒带动输送胶带。被动滚筒可以上下调节, 一是使输送胶带松紧合适, 甩浆均匀, 二是调节胶带包角和甩出砂浆的仰角。工作时, 拌合的砂浆或湿混凝土装入料斗, 由料斗直接落入输送胶带, 通过胶带的传动, 把砂浆或混凝土甩到岩面上(图4) 。1电机; 2
9、三角胶带; 3主动滚筒; 4被动滚筒; 5调节滚筒; 6输送胶带; 7料斗; 8支架; 9机架; 10手把; 11中心轴; 12转架; 13轴承座; 14底盘; 15心轴; 16行走轮轴回转机构由轴承座的轴、转架、中心轴组成。它使甩浆机构可绕转架的中心轴上、下摆动70, 轴承座固定在底盘上, 可绕轴心水平转动360, 操作人员可上、下、水平几个方向转动自由。行走部是轨轮式。甩浆机的甩浆能力为212 m3/ h , 有效甩浆距离715 m , 甩浆输送胶带带速达1216 m/ s。由于甩浆力量较大,大部石子被弹回, 影响喷射混凝土强度, 因而甩浆机的推广被其它具有较好喷射性能的机型所替代。1.3
10、.5转子式混凝土喷浆机转子式喷浆机以转、PZ25 型为代表。它由主机、传动机构、风路系统、电器系统、机架组成(图5) 。主机是转子喷浆机的主体, 由旋转体、密封胶板、定量下料机构、料斗、出料弯头、上、下壳体组成。定量下料机构由定量隔板和定量叶片组成, 隔板可上下移动, 以调整喷射能力。旋转体有14 个气杯, 14 个料杯, 料杯倾斜10, 由浇注在结合板上的扇形密封橡胶板密封。图5为转子型混凝土喷浆机1 上壳体; 2下壳体; 3旋转体; 4入料口; 5出料弯头; 6 进风管; 7密封胶板; 8 料斗; 9拨料板; 10搅拌器; 11定量板; 12 油水分离器; 13电动机; 14减速器 工作原
11、理: 混合料从料斗口落入旋转料腔内, 料腔转动180, 至主风管下口时, 压风即将混合料压入出料弯头。在料腔越过主吹风管后, 余气即可由座体上的排气孔排出旋转体。立式电动机通过联轴节、减速器带动旋转体, 混合料不断落入料腔, 连续由出料弯头送到输料管, 经软管、喷枪喷到岩面, 形成工作循环。转子式喷浆机生产能力大(68 m3/h) , 机械化程度高, 结构紧凑, 体积小, 操作比其它机种方便、省力, 是目前国内混凝土喷浆机的最主要机种, 已有较多的生产厂家。目前该机的问题: 密封板易磨损, 反风, 粉尘较大, 料杯粘料等, 各生产厂家和研究所都在寻找改进办法, 并有一定的成效。除以上介绍之外,
12、 尚有并列双罐喷浆机, 单罐式螺旋湿式喷浆机, 单罐喷浆机, 特别是湿喷浆机还不成熟, 推广较难。国外科技期刊介绍的虽有柱塞式双作用挤压泵送式、挤压软管式喷浆机, 但真正用于生产实际却寥寥无几。这里不多赘述。1.4湿式混凝土喷浆机种类和特点:1.4.1、风送罐式湿喷机风送罐式湿喷机, 首先在50年代, 由美国Eim co 公司研制成功。我国相继研制成功了PS 型、L SP-II 型、SP-77 型及HL F 型喷浆机。在HL F 型基础上, 鹤壁矿务局开发了YS-1型湿喷机。该机在鹤壁四矿使用, 效果较好, 无脉冲、无离析、出料连续均匀。这些机型结构基本相同。以双罐式加喂料螺旋使用较多, 2个
13、输送罐交替工作实现连续喷射, 各罐内装有搅拌叶片, 将混合料拌成混凝土, 用压气将混凝土压入软管经喷嘴喷射到岩面上。该类型设备可输送骨料粒径25 mm 的混凝土, 生产能力2.3 6 m 3/h , 风压0.3 0.4M Pa, 水平输送距离30100 m。但普遍存在机体庞大, 设备笨重, 上料高度高, 维修操作复杂, 容易堵管和产生脉冲, 限制了其使用。1.4.2、风送转子式湿喷机在转子式干喷机的基础上, 山东煤研所开发了ZSP-1型湿喷机, 采用三级搅拌, 机内水化, 旋转体料腔为开腔结构, 从根本上解决了湿式喷射混凝土的粘结问题。该机结构简单、操作方便、喷射效率高。生产使用表明: 粉尘浓
14、度15 m g/m 3, 回弹率13.6% , 取得明显的双降效果。1.4.3、螺旋式湿喷机(1) 河南煤研所研制PX-4型湿喷机实现混凝土稀薄液流的输送。该机采用螺旋式结构, 操作简单、方便, 工作风压0.20.3M Pa, 水灰比0.40.5, 粉尘少, 回弹小。但螺旋叶片易磨损, 容易粘料。(2) 攀枝花冶金矿山公司井巷公司开发的LHP-78型螺旋式湿喷机, 用螺旋叶片把搅拌好的混凝土挤成圆柱状再进入混合室,由散料器分散后用压气送入输送管而喷射到岩石上。其特点是采用混凝土自料密封, 结构简单, 机矮体轻, 但存在螺旋叶片磨损快, 对混凝土水灰比要求严格的缺点。1.4.4、活塞泵式湿喷机我
15、国煤炭系统从德国引进USI-139型湿喷机在川煤五处使用, 获得粉尘少、回弹小的双降效果。上海煤研所开发了SHP-1型湿喷机, 采用液压传动, 浓密流静压输送的双缸活塞泵结构。该机主要特点: 料流均匀, 不发生脉冲, 减少离析, 保证喷射质量; 粉尘浓度低,一般为10 mg/m 3; 由于采用控制喷射速度,搅拌充分, 液体速凝剂在喷枪里呈喷雾状与混凝土均匀混合而减少回弹率, 一般为11.8%。在福建邵武煤矿使用效果较好。但存在机型大、活塞泵磨损快、难以清洗的问题。1.4.5、挤压泵式湿喷机南京煤研所开发的JSP-5/10型湿喷机和北京军区工程兵部工程人防处开发的QPJ-5型湿喷机, 均利用挤压
16、辊滚动将与其贴合的挤压胶管压扁, 并在自身弹性恢复力的作用下产生负压, 将料斗中湿料吸入管内,同时前面被压缩的胶管体积不断缩小, 产生挤压力, 使混凝土沿输料管运动, 达到泵送的目的。机器反向回转时可清洗管道。这2种类型设备生产能力大, 效率高, 结构简单, 操作方便, 工作平稳, 无脉冲。但输送距离较短, 软管容易磨损, 速凝剂添加装置复杂。1.4.6、螺杆泵式湿喷机马鞍山矿山研究院开发了WSP 型湿喷机, 在张家洼矿山公司小官庄铁矿进行工业试验, 喷射混凝土180m3。结果表明: 粉尘浓度小于7.5 m g/m3，回弹率12%14% , 混凝土搅拌均匀, 出料连续, 无脉冲, 保证了喷射混
17、凝土强度。相继开发了WSP-2型湿喷机、WSP-3型湿喷机。其中,WSP23型湿喷机集上料、搅拌、速凝剂添加及喷射等功能为一体,依靠螺杆泵转子与定子相互接触的空间来输送混凝土, 设有风力助推机构, 改善了供水系统, 简化了速凝剂添加机构, 提高了转子寿命。该机在安庆铜矿、开阳磷矿使用, 取得良好效果。1.5、国产湿式混凝土喷浆机:（1）SPZ-6型湿式混凝土喷浆机SPZ-6型湿式混凝土喷浆机是由北京矿冶研究总院研制成功的一咱气送转子式湿式混凝土喷浆机。它的工作原理与瑞士阿利瓦280机型相似，其转子由电动机经减速器带动旋转。该机设备投资少，生产率高，重理轻，机动性好。SPZ-6型湿式混凝土喷浆机
18、分别在北京城建大柳树工地及甘肃金川有色金属公司进行了工业实验，取得了优良的效果，并于1996年12月通过了中国有色金属工业总公司的技术鉴定。（2）TK-961型湿式混凝土喷浆机TK-961型湿式混凝土喷浆机是铁道科学研究院西南分院近年来研制的一种转子活塞 式湿喷机，如图18所示。该机利用一组活塞将湿拦料推送至机器顶部的混合室，经与空气混合后，通过软管输送到喷嘴，在喷嘴处掺加速凝剂后喷出。该机的主要优点是无余气排放，送料连续性好，且对混凝土的和易性要示主沆。据报道，已在宝成支线，渝长高速公路等工程中应用。并获国家专利。图6 TK-961型湿式混凝土喷浆机（3） 叶轮式湿式混凝土喷浆机叶轮式湿式混
19、凝土喷浆机是安庆市恒特工程机械研究所研制的一种湿喷机。这采用了一种叶轮喂料装置（专利号ZL96202768.5），具有工作可靠，使用寿命长，适应骨料粒径范围大等优点。目前已生产出AH型系列产品。（4）PB-120型混凝土泵送、湿喷两用机PB-I20型混凝土泵送、湿喷两用机是山东科技大学机器人研究中心研制的一种小型拖式混凝土施工设备(见图1-9)，它既可用于湿式喷射混凝土，又可用于混凝土的泵送。可以广泛用于地基灌注桩、隧洞、巷道、矿山、铁路、水电、城建、交通等工程中的施工中。PBI20型混凝土泵送、湿喷两用机主要由输送系统、控制系统、液压系统和润滑系统等5部分组成。采用电动机作动力；由单片机进行
20、控制；具有双缸液压驱动和S分配阀结构。与国内常见混凝土泵相比，它的泵量连续可调，理论排量范围5rn3h一20rn3h；具有堵管检测和自动排障功能；控制上采用智能化检测、控制系统和抗干扰设计，可靠性好；增加了可用于湿式喷砼的速凝剂计量泵及喷射装置等。 图1-9 PBT20型混凝土泵送、湿喷两用机1、行走系统2、油冷却器3、车罩4、油箱5、液压系统6、电器系统7、分配系统 8、联轴器9、推送系统lO、车架与国内常见湿喷机相比，它采用液压驱动方式，排量大(20)，输送距离远(200m)、位置高 (60m)，磨损小，寿命长；采用稠密流输送混凝土，不容易堵管，风耗小、风压稳定；具有容积补偿功能，出料的连
21、续性好；本机在工作中适应混凝土的骨料及坍落度变化范围大，可以喷射钢纤维，性能可靠，操作简便，维护费用低。在国内，目前由于种种原因，干喷机仍是主要的喷射作业设备。但是随着人们环保意识的增强以及对喷射混凝土质量 要求的提高，已有越来越多的湿式混凝土喷浆机进入使用。在一些国际招标的大型水利工程中，如二滩水电站，黄河小浪底工程，三峡工程等，均是采用湿式混凝土喷浆机作业。国内目前使用的各种湿式混凝土喷身机多是从国外引进的设备。近几年来。国内一些单位也开始开发研制出几种湿式混凝土喷浆机，但生产规模尚有待于扩大。概括起来。1.5.湿式混凝土喷浆机主要优点是：（1）大大降低了机旁和喷嘴外的粉尘浓度，消除了对工
22、人健康的危害。（2）生产率高。干式混凝土喷浆机一般不超过5。而使用湿式混凝土喷浆机，人工作业时可达10；采用机械手作业时，则可达20。（3）回弹度低。干喷时，混凝土回弹度可达15%-50%。采用湿喷技术。回弹率可降低到10%以下。（4）湿喷时，由于水灰比易于控制，混凝土不化程度高，故可大大改善喷射混凝土的口质，提高混凝土 的匀质性，而干喷时，混凝土的水灰比是由喷射手根据经验及肉眼观查来进行调节的，混凝土的品质在很大程度上取决于机手操作正确与否。1.6湿式混凝土喷浆机推广应用中需解决的一些问题 :目前，由于湿喷技术具有明显的优势，湿式混凝土喷浆机有各工程中的应用亦越来越多。但是，由于存在着一些尚
23、待解决的问题，对湿式混凝土喷浆机的推广应用起到了一定的阻碍作用，以至于在我国，目前主要的喷射混凝土作业方式仍是干喷。 （1）湿式混凝土喷浆机多采用液体速凝剂。进口及合资产品售价较高（达6000-8000元/t），而国产液体速凝剂尚无生产。相对应的干喷所粉状速凝剂售价低（1000多元/t）。 （2）劳动力成本低及人们的环保意识尚待提高。 （3）湿式混凝土喷浆机作业时，设备投资较为复杂，操作及维修不及干喷机方便。 （4）使用湿式混凝土喷浆机作业时，设备投资较高。 以上种种因素造成湿喷混凝土施工成本高于干喷混凝土施工成本，使湿式混凝土喷浆机在国内的推广受到一定程度的限制。但是，随着环保意识的加强，以
24、及人们对喷射混凝土施工质量更高的要求，湿式混凝土喷浆机必将越来越多地取代干式混凝土喷浆机而成为喷射混凝土作业的主要机具。1.7湿式混凝土喷浆机的发展趋势：今后总的发展方向是优化设备结构性能, 提高设备的可靠性、耐久性和适应性; 向环保型、实用型和潮湿型发展; 不断降低粉尘浓度、减少回弹率、提高一次喷层厚度、增加喷射混凝土强度; 完善配套设备, 实现综合机械化配套的喷射混凝土的施工作业线和自动化水平。(1) 干喷机以转子型喷浆机经济实用为研究的重点, 进一步降低粉尘浓度, 减少回弹率, 提高喷层强度、混合料的水灰比和密封的程度, 橡胶密封采用浮动支承紧贴转子以减少漏风。喷枪加水充分, 混合料在软
25、管中悬浮输送, 防止粘管、堵管。改进转子料杯、料腔结构形状, 上、下加套高分子聚酯树脂套对潮湿料不粘不堵。增加电子堵塞报警装置, 及时发现堵塞, 便于处理。提高零部件通用性, 便于装卸维修, 增加橡胶密封件寿命(2) 风动式湿喷机以转子式喷浆机为主,泵送式湿喷机以挤压泵湿喷机和螺杆泵湿喷机为研究重点, 不断提高易损件如挤压胶管和橡胶密封件的寿命, 加强湿喷技术基础理论与混凝土可泵性的研究, 对液体速凝剂、早强性水泥、易溶性粉状速凝剂及其添加方式的研究。(3) 重视配套设备的研制。上料装置、喷浆机械手、速凝剂添加装置过去虽有研究, 并有样机下井, 但由于煤矿巷道断面较小, 配套设备难于布置或与其
26、他作业发生干扰, 因而使得已形成作业线无法付诸使用。要根据不同作业条件, 研制由简单实用搅拌、输送上料机具和电子遥控的喷浆机械手组成的机械化、自动化的喷射作业线, 改善作业环境, 减轻工人劳动条件, 大幅度提高劳动生产率。1.8. 设计混凝土喷浆机的意义:我国作为一个多山、多矿产和多水利建设的大国，在国民建设与军事建设中都需要大量使用混凝土喷浆机。根据专家预测，为了可持续发展的需要， 2l世纪将是向地下空间大发展的世纪，届时人类将向地下要更多的交通、娱乐、工作、活动，甚至居住的空间，今后对混凝土喷浆机的需求也就会越来越多。所以对喷浆机的研究就显得非常的重要。作为学生，我们的实践还比较少，所以对
27、喷浆机的研究和设计还不够全面，但是通过本次的设计可以使我们对喷浆机有更深刻的了解，我国的喷浆机的发展方向有一定的认识，对我以后的学习和工作会有很大的帮助。同时也锻炼了我系统思考的能力。本次设计的混凝土喷浆机主要用于煤矿井下的混凝土锚喷支护。混凝土锚喷支护，是20世纪六十年代新发展起来的混凝土被敷支护工艺。现在这种工艺，在建筑（特别是地下工程）、煤炭、冶金、铁路和水电等系统的井巷、隧道、涵洞等工程衬砌施工中，已取得广泛的应用，并取得了良好的效果。在煤矿井巷工程中，锚喷支护因其技术先进，经济合理和安全可靠而被国家列入推广项目之一，同时又促使煤炭系统得锚喷技术发展不断加快，从硬岩至软岩，从巷道到硐室
28、，从平巷到斜巷，从井巷工程到地面边坡稳定，应用范围日益广泛。据统计国有重点煤矿年锚喷巷道达到17002000km ，占煤矿掘进巷道总长的20%23% ，为煤炭工业的发展节约了大量资金。将一定比例的水泥、沙子及小石子均匀搅拌后，输送到喷浆机中，借助于压缩空气为动力，使拌合料连续地沿着输送管路被吹送到喷嘴处，与来自压力水箱的压力水混合成为半湿的混凝土，以每秒约80100米的速度喷射到工作面上，使之达到衬砌的效果，这种作业称作混凝土喷射支护。因为喷射中加的是干拌合料，所以这种机械称作干式喷浆机。重要的施工工作面，在喷射混凝土前还锚以钢筋，喷射后，使钢筋、工作面及混凝土结为一个整体，因此把这种加锚杆的
29、喷敷工艺称之为锚喷支护。喷射时，喷嘴一般距离工作面1米左右，一边喷射，一边慢慢地画圈移位。混凝土一次喷射层的厚度可达38厘米。为了使混凝土能较快地凝结，常常在干拌合料进入喷浆机前加入一定数量（约为水泥用量的3%）的速凝剂。用混凝土这样的方法进行衬砌施工与现浇混凝土相比，有以下优点：（1）可以减薄衬砌厚度1/21/3，因为混凝土喷射到工作面上后，密实度很高，不管在强度及防渗水等方面都比较好，同时适应了爆破后的表面，所以可节约混凝土达40%左右；（2）不再需用模板，故节约了大量的木材及钢材；（3）减少了岩石采掘量1015%；（4）施工方法简单，可节省劳动力约50%；（5）因为省去了支模、浇灌、拆模
30、等工序，故提高衬砌速度23倍以上；（6）总衬砌成本降低约30%左右。但是，这种干式喷射衬砌，也存在着以下一些问题，如：（1）灰尘大、施工人员工作条件恶劣；（2）喷射时，有一部分拌合料回弹落地，造成一部分损失（这部分通常用来铺地坪了）；（3）要用高标号（一般为500号）水泥等。现在，对于较大的井巷、隧道，已进一步采用了机械手代替人力直接掌握喷枪，使施工人员既远离了工作面，又降低了劳动强度。为了解决干式喷浆机灰尘大和降低回弹量，现在国内外普遍采用湿式喷浆机，据统计目前湿式喷浆机占到了总量的70%以上2 方案的确定2.1设计总则：1、 煤矿生产，安全第一；2、 面向生产，力求实效，以满足客户最大实际
31、需求；3、 贯彻执行国家、部、专业的标准以及相关规定；4、 技术比较先进，提高生产效率2.2主要参数：生产能力： 5；输送物料： 混凝土，其最大骨粒直径小于20mm；最大输送距离： 水平50 m，垂直20 m；输送管内径： 50mm；适用混凝土坍落度： 815cm；适用混凝土水灰比： 0.430.5；2.3选择方案：2.3.1喷射混凝土工艺的选择干式喷射混凝土是国内外发展较早、使用较广的一种喷射混凝土工艺，使用的主要设备是干式混凝土喷浆机（简称干喷机），各种材料按照设计配比要求进行拌和拌和好的松散混凝土直接喂入（通过机械或人工上料）喷浆机料斗由空压机提供的压缩空气裹携物料通过输料管送到喷头处在
32、此处加入水与物料混合在风压作用下喷射到受喷面上。干喷机具有输送距离长、工作风压低、喷头脉冲小、工艺设备简单、对渗水岩面适应性好，以及混合料可以存放较长时间等特点。但是干喷机施工粉尘大、回弹率高、作业时产生的粉尘危害工人健康，尤其是窄巷道工程中，粉尘污染更为严重，更重要的是拌合料与水的混合不充分，影响了喷射质量。干喷混凝土工艺：如图21所示水砂石搅拌机上料机或人工上料空压机水输料管喷头速凝剂喷浆机水泵图21干喷混凝土工艺湿式混凝土喷浆机（简称湿喷机）是把各种材料按照设计配比要求进行充分搅拌，拌和好的混凝土直接喂入（通过机械或人工上料）湿喷机的强力振动料斗，由空压机提供的压缩空气裹携物料通过输料管
33、输送到喷头处，在此处加入速凝剂与物料混合，在风力作用下喷射到受喷面上而进行喷射的设备。由于混凝土是在拌合机中进行拌制的，因此搅拌质量高，所以回弹量可降至10%（喷壁）以下，喷射后的混凝土强度可提高2560%，而空气中的粉尘含量可降低到以下，达到了国家规定的卫生标准，保护了操作人员的健康。湿喷混凝土的特点：1 回弹少 与干喷相比一般可减少十个百分点以上，节约原料消耗。2 粉尘小 干喷作业时粉尘浓度可达50mg/以上；湿喷作业时粉尘浓度在10mg/以内，大大减少了粉尘对人的伤害。3 喷射层均质性好，强度高 在同样强度要求下，湿喷与干喷相比可节约水泥用量810%。4 利于钢纤维添加和均匀密实。5 易
34、损件消耗少，使用寿命长。综上所述:所设计的喷浆机以湿式混凝土喷浆机作为设计对象。湿喷混凝土工艺：如图22所示水水泥砂石搅拌机上料机或人工上料湿喷机砼料输送单元速凝剂定量输送单元空压机速凝剂(液体或粉状)输料管喷头 图22湿喷混凝土工艺2.3.2螺旋输送式混凝土湿喷机的工作原理 螺旋式混凝土喷浆机 由螺旋喂料器将料斗卸下的干拌合料均匀地推送至吹送室，罐内装搅拌好的混凝土。然后由螺旋喂料器空心轴和吹送管引入的压缩空气将干拌合料沿输送管吹送至喷嘴（图23）。图23 2.3.3螺旋输送式混凝土湿式喷浆机系统功能螺旋输送式混凝土湿喷机是利用压缩空气, 将按一定级配和水灰比拌和好的混凝土料，通过输送管经喷
35、浆机的喷嘴，并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。由于混凝土喷射技术具有节约混凝土和钢材、木材，节省劳动力，提高施工效率，降低工程费用等特点，因此混凝土喷浆机的应用越来越普遍。目前已被广泛的应用于铁路、公路、水利、建筑、煤炭等建筑工程的施工中，成为了解决隧道、道路护坡、建筑基坑、地下工程的临时和永久支护理想的施工作业机械。2.3.4湿式混凝土喷浆机的工作过程(1) 动力传送动力传送由传送系统完成。驱动电动机输人的动力通过减速增扭装置减速增扭后，带动输送装置旋转，输送装置料腔内的混凝土拌和料在连续旋转下，就会源源不断地输送到喷射出口装置中，
36、并在喷射出口装置内一定风压下，通过输送管道由喷头装置喷射到施工面上。(2) 凝土拌和料的输送混凝土拌和料的输送由给料系统完成。一定级配的混凝土拌和料由输人筛选装置进行输人筛选后，控制混凝土料最大骨粒径 15mm，在振动电机的强制振动下注人输送装置内，由上风路装置导人的一定压力的压缩空气推动下，送至喷射出口装置；在喷射出口装置内，再由下风路装置导人的一定压力的压缩空气推动下，混凝土拌和料进人喷头装置，在喷头装置内与雾化速凝剂充分混合后一起喷向受喷面。(3) 气流输送气流输送由压风输送系统完成。主风路导人的压缩空气，通过压力控制装置定压调节后，经气流分配装置分成上风路、下风路、辅助风路三部分。上风
37、路压缩空气通过上风路装置流经输送装置料腔，将料腔内的混凝土拌和料送人喷射出口装置；下风路压缩空气直接进人喷射出口装置，在喷射出口装置内携带料流经输送管路由喷头装置喷向受喷面；辅助风路压缩空气，把计量输人装置泵取的液态速凝剂，在雾化装置内雾化并送人喷头装置。(4) 速凝剂的添加速凝剂的添加由速凝剂计量添加系统完成。速凝剂储备装置内的液态速凝剂，由计量输入装置按调定的输出量，将液态速凝剂由速凝剂储备装置泵人雾化装置，在雾化装置内与辅助风路输送的压缩空气混合雾化后送至喷头装置，再在喷头装置内与混凝土拌和料充分混合后一起喷向受喷面。(5) 电器控制电器控系统制有点其控制完成。该系统由动力输人主电路部分
38、、盘面控制电路部分等组成。本机采用380V、50Hz三相交流电源供电，各驱动电机采用直接驱动方式，驱动电动机、计量输人装置电动机设有过载短路保护装置，增设了远程控制装置。盘控部分可实现各电动机的启动、停止操作，完成设备调试及正常的作业需要。本系统还设有风路过压保护装置，当输送的混凝土拌和料出现堵塞故障或风压达到07MPa时，风路故障指示灯亮，电源自动断电动机停止工作；待故障排除后，再进入正常的作业状态。(6) 行走与固定作业行走与固定作业由行走系统来实现。行走系统是给料系统、传动系统、压风输送系统、速凝剂计量添加系统、电器控制系统固定和支撑部分。其前轮总成可实现转向；采用浮动支撑保证前、后四个
39、车轮始终与地面接触，可实现在坑凹不平的地面上行走或固定作业；配置手动拉杆，以适应人工推拉的需要。工作示意图如下图： 2.3.5湿式混凝土喷浆机动力源及传动装置的选择使用液压马达作为动力源，就要配以液压回路，造成机构复杂，维护麻烦，不如直接选取合适功率的电动机，使用减速器达到减速增扭的目的，结构简单，维护方便，因此选用电动机作为动力源，减速器为传动装置。选取低转速的电动机，使传动比不致过大。由于该机的使用环境在井下，故选择隔爆型异步电动机。减速器是电动机和工作机之间的独立的闭式传动装置，用来降低转速和增大转矩。减速器常用形式有展开式和分流式。分流式结构复杂，但由于齿轮相对于轴承对称布置，与展开式
40、相比载荷沿齿宽分布均匀，轴承受载较均匀，适用于变载荷的场合。而展开式结构简单，但齿轮相对于轴承的位置不对称，因此要求轴有较大的刚度，高速级齿轮布置在远离转矩输入端，这样轴在转矩作用下产生的扭转变形和在弯矩作用下产生的弯曲变形可部分地抵消，这样以减缓沿齿宽载荷分布不均匀的现象，用于载荷比较平稳的场合，适用于本机型。2.3.6 湿式混凝土喷浆机转子结构的选择转子为本机的关键部件，设计时采用U型料腔结构，以扇形料腔代替传统的圆形料腔，使料孔的容积效能最大，提高了转子的截面利用率，在同样的转速和转子外径的情况下，由于减少了孔与孔之间的死角面积，使得进风和出料更加连续均匀，有利于消除出料的脉冲现象，不存
41、在闭气闭死的现象，从而有利于降低回弹和粉尘。 此外，适当加大转子直径、减小转子高度，并使料孔横截面上小下大，以利于湿料在料腔内的流动。2.3.7 湿式混凝土喷浆机结合板和衬板的选择转子式喷浆机的工作原理和结构特征是：带有衬板的转子以一定的转速旋转，而结合板压在衬板上固定不动，结合板上连接有进风管和出料弯头，当转子中装有物料的各个料腔转动到与出料弯头相通时，在压气的作用下，物料通过出料弯头和输料管输送到喷嘴，并在喷嘴处加水喷射出去。在此过程中，由结合板和衬板组成的密封副起到了密封压气和物料的作用。由于结合板和衬板之间有相对运动，存在摩擦磨损，导致漏风跑尘，严重时密封完全失效，必须更换。衬板和结合
42、板的材质性能是影响其使用寿命的重要因素。衬板要选择耐磨性好的金属材料，既要有很高的硬度，也要有一定的韧性。因为衬板是在结合板重压之下运转，如果又硬又脆就会被压裂，目前较好的衬板是采用抗磨合金材料。结合板材质既要耐磨性好，抗撕裂、抗疲劳、抗冲击，又要有一定的弹性，目前较好的结合板材质是聚氨酯。另外，结合板压紧力的大小及均衡与否，对结合板的磨损至关重要，若压紧力过大，相应磨损增加；若过小，起不到密封作用；若压紧力不均衡，造成磨损不一致，将大大影响结合板的使用寿命，而且也是造成结合板处漏风跑尘的原因之一。2.3.8速凝剂添加系统的选择1、系统方案为了将来在应用中方便,把速凝剂添加系统和湿喷机（湿喷机
43、+计量泵模块式组合）分开来，是能实现一机多用，即能湿喷又能干喷。如果用户希望采用干喷技术，把速凝剂添加系统去掉，只用湿喷机即可；若用户希望采用湿喷技术，把速凝剂添加系统通过碰头与湿喷机连接起来即可。2、定量泵选择混凝土水灰比的影响因素我国正处于经济飞速发展阶段，经济建设对混凝土的需求量十分巨大，混凝土的生产已直接影响着我国经济的飞速发展。当今，混凝土的商品化进一步提出了提高混凝土经济性的必要性。影响混凝土经济性最重要因素是水泥用量，要求在混凝土性能不变前提下，用较少水泥生产出符合要求的混凝土。因此，水泥混凝土的水灰比就显得尤为重要。况且，在当今混凝土的级配计算中，都是以水灰比为基础参数而展开的
44、。它决定了混凝土强度和密实性，影响混凝土抗渗性、抗冻性、抗蚀性、抗碳化性等。捷克的J詹姆鲍尔作过水灰比与混凝土之间关系的实验，结果表明，水灰比不仅影响硬化浆体和混凝土的强度、耐久性，还影响硬化浆体总空隙率和物理力学性能，胶结性水化产物的组成和性质，以及硬化水泥浆体结构等综合性能。所以，水灰比对混凝土性能来说，是至关重要的。控制影响水灰比的各个因素，以及怎样在混凝土性能不降低的情况下，合理地减小水灰比，提高经济性也变的重要起来。影响水灰比的主要因素有施工要求、拌合条件、材料、添加剂和温度五类，施工要求包括强度要求、塌落度要求、流动性要求等等，都直接影响着水灰比。在施工要求相同的情况下，其他各因素
45、是怎样影响水灰比的呢？3、拌合条件对水灰比的影响拌合条件包括搅拌机内型、搅拌参数、搅拌时间、搅拌工艺，这些都影响水灰比。混凝土的性能主要受混凝土空间物理结构和水泥粘结强度的决定，拌合条件直接影响混凝土空间物理结构，影响混凝土空间结构的均匀性，从而影响到混凝土的性能。改善拌合条件，提高混凝土空间结构的均匀性，可使水泥浆更好地发挥粘结作用。在相同的施工要求下，用好的拌合条件，不但可以提高效率，而且可以减小水灰比，提高经济性。搅拌机的类型对水灰比有影响，如果搅拌机的料流循环体积占拌合总体积的百分率越大，在相同搅拌容积和搅拌时间，搅拌均匀性就越好。从百分率比较，行星搅拌机双叶片双卧轴搅拌机双卧轴搅拌机
46、鼓式搅拌机，所以，搅拌效果也是如此关系,循环面积百分率越大，拌合料循环空间越大，水泥循环的空间就越大，早期水化反应率也越大，拌合出来的混凝土空间结构也就越均匀，混凝土的强度也就越大，因而相同强度要求下，对水灰比要求较小。搅拌参数（包括轴向倾角，径向倾角，叶片排列，相位角，等等）是为了使拌合材料能在循环空间内更好地循环拌合以提高混凝土空间结构均匀性，从而可以减少附加水泥的用量，在水不变情况下，增大了水灰比。从表1中可以看到，如果搅拌参数匹配不好，相同的搅拌条件和水灰比，但强度却相差很大，标准差也较大。 搅拌时间是通过延长拌合材料在空间中的循环时间，提高混凝土各成分空间均匀性，以提高混凝土的性能。
47、在其他条件相同情况下，选用合理的搅拌时间，可减小水泥用量，相对增大水灰比，从而提高经济性。水灰比对强度和渗透系数的影响用5种不同水灰比的掺聚丙烯纤维的基准无砂大孔混凝土和透水性聚丙烯纤维增强混凝土(配比同基准试件，另加入聚丙烯纤维09kgm3)试件进行试验。其中基准无砂大孔混凝土水泥用量330kgm3，石子采用5315mm碎石，用量1 980kgm3，灰骨比1：6。水灰比对强度和透水系数的影响结果如表1。表1 水灰比对强度和渗透系数的影响编号水灰比基准无砂大孔混凝土透水性纤维增强混凝土抗压强度MPa渗透系数(cms)抗压强度MPa渗透系数(cms)123450250300350400451091451771891110534043503880320025015619226529223204890410037003280246 注：为