CN115490494B - 一种巷道用脱硫石膏胶凝材料及其喷射装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于巷道挖掘技术领域，具体涉及一种巷道用脱硫石膏胶凝材料及其喷射装置。由以下重量份数组成：脱硫石膏50‑60份，壳聚糖2‑3份，乙二胺四乙酸二钠15‑30份，环氧氯丙烷5‑10份，纳米纤维素10‑15份，纳米多孔二氧化硅8‑10份，聚苯乙烯微球7‑9份，NaOH 2‑3份。本发明制得胶凝材料与砂和粗骨料混合后制得浆料涂布巷道表层后不易开裂、抗压强度高；使用本发明的喷射装置可以边搅拌边喷涂，无需在交替喷涂时不断更换设备，提高工作效率。

Description

一种巷道用脱硫石膏胶凝材料及其喷射装置

技术领域

本发明属于巷道挖掘技术领域，具体涉及一种巷道用脱硫石膏胶凝材料及其喷射装置。

背景技术

在巷道开挖的过程中，巷道表面常有碎石掉落，裂缝渗水，岩石脱落等情况，为了避免掉落的碎石，影响施工或者砸到施工人员，会使用混凝土或者等其他浆料对开挖后的巷道表面涂抹。但是传统的混凝土浆料在涂抹后，容易产生开裂，裂缝，砸伤施工人员，而仅仅使用石膏涂抹，则硬度不够，仍然容易脱落，而一些现有的复合浆料，在喷涂浆料的过程中，还容易出现搅拌不均匀，难以涂抹，并且有时候会需要多种浆料的涂抹，而需要反复更换喷涂装置，需要消耗大量的时间和人力，特别是一些浆料凝固时间短，在交替喷涂时，需要不断更新搅拌设备，耗时耗费人力，更换设备时浆料还会出现大量的结块，影响喷涂效果，因此，现有技术需要进一步的改进。此外，在“双碳”背景下，较传统的混凝土等巷道表面涂抹材料相比，利用工业固废（脱硫石膏）作为涂抹材料不仅能够实现转废为宝，而且还能够减少碳排放，是一种值得提倡的方式。然而，脱硫石膏本身具有强度低、遇水软化、抗渗性差等特点，因此，非常有必要采用新的技术手段对脱硫石膏进行处理，使其满足现场使用要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种使用巷道用脱硫石膏胶凝材料与砂子、骨料混合后涂布巷道表层后不易开裂、抗压强度好的及其可快速搅拌浆料的喷射装置。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种巷道用脱硫石膏胶凝材料，由以下重量份数组成：脱硫石膏50-60份，壳聚糖2-3份，乙二胺四乙酸二钠15-30份，环氧氯丙烷5-10份，纳米纤维素10-15份，纳米多孔二氧化硅8-10份，聚苯乙烯微球7-9份，NaOH 2-3份。

一种制备所述的巷道用脱硫石膏胶凝材料的方法，由以下步骤组成：将脱硫石膏、纳米纤维素、NaOH、壳聚糖、去离子水搅拌均匀后，再加入纳米多孔二氧化硅、聚苯乙烯微球、乙二胺四乙酸二钠后，以30-40r/min的速度搅拌30-40min，再加入环氧氯丙烷后，以30-40r/min的速度搅拌30-40min，干燥后研磨成粉末。所述的脱硫石膏与去离子水的质量体积比为50-60mg:60-70ml。

一种喷涂所述的脱硫石膏胶凝材料的喷射机，包括平台，平台上设有一个上方开口的槽体和储料罐，该槽体上设有一可上下移动的分隔板，槽体上设有供分隔板上下移动的滑道，该分隔板可将槽体分隔为左槽体和右槽体，左槽体内设有第一搅拌器，右槽体内设有第二搅拌器，第一搅拌器在分隔板上移后，进入右槽体内并与第二搅拌器同步运动，第二搅拌器在分隔板上移后，进入左槽体内并与第一搅拌器同步运动，槽体通过第一压力泵连通第一管道，第一管道开口设有第一喷头，储料罐通过第二压力泵连通第二管道，第二管道开口设有第二喷头，第一喷头和第二喷头通过高度可调的支架固定第一喷头和第二喷头。

进一步的，所述的第一搅拌器和第二搅拌机结构相同，包括正反转电机，正反转电机底座固定在槽体底面，正反转电机上端设有卡板，正反转电机输出轴上固定套设转盘，转盘上设有两个限位孔，转盘与卡板之间滑动套设滑动盘，滑动盘上固定连接L型杆，L型杆下端连接搅动板，滑动盘上还滑动连接滑动杆，滑动杆上端贯穿转盘上的限位孔与滑动盘通过铰接件铰接，形成滑动杆下端可上下移动的结构，滑动杆下端连接搅拌板，该限位孔为四边形框体，该四边型框体的第一长边与转盘为一体，第二长边为圆弧形且长度比第一长边长，两个长边的两端分别通过第一连接杆和第二连接杆连接，第一连接杆长度大于第二连接杆，转盘正向转动时，滑动杆位于第一长边与第二连接杆之间夹角的位置处，滑动杆位于靠近电机输出轴的一侧，滑动杆分别在左槽体或者右槽体内转动，转盘逆向转动时，滑动杆位于第二长边与第一连接杆的位置处，滑动杆位于远离电机输出轴的一侧且滑动杆下端分别伸入相邻的左槽体或者右槽体内。

进一步的，所述的分隔板长度方向两端的上边沿延伸突出部，槽体外设有两个第一液压缸，第一液压缸伸缩杆连接突出部，所述的滑道为两个竖槽，竖槽的长度方向与凹槽底面垂直，分隔板长度方向的两端伸入竖槽内，形成分隔板可上下移动的结构。

进一步的，所述的铰接件包括两个夹板，两个夹板之间连接转轴，滑动杆的上端滑动套设转轴。

进一步的，所述的支架包括立杆，立杆上端铰接横杆一端，立杆下端固定连接平台上表面，横杆的另一端连接支撑板，支撑板的板面与横杆的长度方向平行，平台上还设有第二液压缸，第二液压缸一端铰接平台，第二液压缸的另一端铰接横杆。

一种使用中所述的胶凝材料的方法，由以下步骤组成：（1）在巷道掘进出渣后，清除碎石并冲洗喷射面，在喷射面每隔1-1.5m距离埋设一根喷层厚度标定钉，再在巷道内壁上喷涂一层聚乙烯醇水溶液；（2）将权利要求2中制得的胶凝材料与砂和粗骨料混合，搅拌均匀后，得第一浆料，另一半胶凝材料与水混合制的第二浆液，然后将第一浆料和第二浆料混合后的混合浆料，通过喷射机喷射至步骤（1）中的喷涂聚乙烯醇水溶液的巷道内壁上；（3）将混合浆料和聚乙烯醇水溶液每10-20min交替喷涂数次，然后养护15-20天。

进一步的，所述的喷层厚度为500-700mm。

本发明制得的脱硫石膏胶凝材料与砂和粗骨料混合后，再经过聚乙烯醇水溶液交替喷涂后，使用寿命长，不易开裂、耐水性好，涂布后的涂料之间分子间隙小，抗压强度好，可以有效防止巷道中的碎石，而胶凝材料在过程中极易出现结块和混合不均匀的情况，第一搅拌器和第二搅拌器的滑动杆可以相互伸到相邻的左槽体或者右槽体，保证混合均匀，而且本发明使用的胶凝材料凝固时间短，需要搅拌后及时喷出，直接使用可边搅拌，边喷涂的喷射机，可以快速喷射制备后的浆料，防止在运输等过程中结块，使用方便。

附图说明

图1为本发明中喷射机的结构示意图；

图2为转盘和正反转电机的结构示意图；

图3为转盘和滑动盘的位置关系图；

图4为转盘的结构示意图；

图5为分隔板的结构示意图；

图6为横杆的结构示意图；

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：

一种巷道用脱硫石膏胶凝材料，由以下重量份数组成：脱硫石膏50份，壳聚糖2份，乙二胺四乙酸二钠15份，环氧氯丙烷5份，纳米纤维素10份，纳米多孔二氧化硅8份，聚苯乙烯微球7份，NaOH 2份。

一种制备所述的巷道用脱硫石膏胶凝材料的方法，由以下步骤组成：将脱硫石膏、纳米纤维素、NaOH、壳聚糖、去离子水搅拌均匀后，再加入纳米多孔二氧化硅、聚苯乙烯微球、乙二胺四乙酸二钠后，以30-40r/min的速度搅拌30-40min，再加入环氧氯丙烷后，以30-40r/min的速度搅拌30-40min，干燥后研磨成粉末。所述的脱硫石膏与去离子水的质量体积比为50mg:60ml。

一种喷涂所述的脱硫石膏胶凝材料的喷射机，如图1-6所示，包括平台1，平台1上设有一个上方开口的槽体2和储料罐10，该槽体2上设有一可上下移动的分隔板3，槽体2上设有供分隔板3上下移动的分隔板3，槽体2上设有供分隔板3上下移动的滑道4，该分隔板3可将槽体2分隔为左槽体201和右槽体202，左槽体201内设有第一搅拌器5，右槽体202内设有第二搅拌器6，第一搅拌器5在分隔板3上移后，进入右槽体202内并与第二搅拌器6同步运动，第二搅拌器6在分隔板3上移后，进入左槽体201内并与第一搅拌器5同步运动，槽体2通过第一压力泵7连通第一管道8，第一管道8开口设有第一喷头9，储料罐10通过第二压力泵11连通第二管道12，第二管道12开口设有第二喷头13，第一喷头9和第二喷头13通过高度可调的支架23固定第一喷头9和第二喷头13。所述的第一搅拌器5和第二搅拌机6结构相同，包括正反转电机14，正反转电机14底座固定在槽体2底面，正反转电机14上端设有卡板17，正反转电机14输出轴上固定套设转盘15，转盘15上设有两个限位孔16，转盘15与卡板17之间滑动套设滑动盘18，滑动盘18上固定连接L型杆，L型杆下端连接搅动板，滑动盘18上还滑动连接滑动杆20，滑动杆20上端贯穿转盘15上的限位孔16与滑动盘18通过铰接件19铰接，形成滑动杆20下端可上下移动的结构，滑动杆20下端连接搅拌板21，该限位孔16为四边形框体，该四边型框体的第一长边161与转盘15为一体，第二长边162为圆弧形且长度比第一长边161长，两个长边的两端分别通过第一连接杆163和第二连接杆164连接，第一连接杆163长度大于第二连接杆164，转盘15正向转动时，滑动杆20位于第一长边161与第二连接杆164之间夹角的位置处，滑动杆20位于靠近电机输出轴的一侧，滑动杆20分别在左槽体201或者右槽体202内转动，转盘15逆向转动时，滑动杆20位于第二长边162与第一连接杆163的位置处，滑动杆20位于远离电机输出轴的一侧且滑动杆20下端分别伸入相邻的左槽体201或者右槽体202内。所述的分隔板3长度方向两端的上边沿延伸突出部301，槽体2外设有两个第一液压缸22，第一液压缸22伸缩杆连接突出部301，所述的滑道4为两个竖槽，竖槽的长度方向与凹槽底面垂直，分隔板3长度方向的两端伸入竖槽内，形成分隔板3可上下移动的结构。所述的铰接件19包括两个夹板191，两个夹板191之间连接转轴192，滑动杆20的上端滑动套设转轴192。所述的支架23包括立杆231，立杆231上端铰接横杆232一端，立杆231下端固定连接平台1上表面，横杆232的另一端连接支撑板233，支撑板233的板面与横杆232的长度方向平行，平台1上还设有第二液压缸24，第二液压缸24一端铰接平台1，第二液压缸24的另一端铰接横杆232。

使用时，在巷道掘进出渣后，清除碎石并冲洗喷射面，在喷射面每隔1-1.5m距离埋设一根喷层厚度标定钉，再在巷道内壁上使用喷射机从储料罐10内喷涂一层聚乙烯醇水溶液；然后将一半凝胶材料与砂和粗骨料放入左槽体201内，一半凝胶材料、砂和粗骨料的质量比为1:3:2，同时将另一半凝胶材料与与水混合放入右槽体202中，另一半凝胶材料和水的质量比为2:3，打开电机，第一搅拌器5和第二搅拌机6正向旋转，第一搅拌器5将左槽体201内的原料搅拌均匀，第二搅拌机6将右槽体202内的原料搅拌均匀，搅拌完全后，打开第一液压缸22，分隔板3向上移动，左槽体201与右槽体202之间连通，电机调节至逆向旋转，电机带动转盘15逆向转动，第一搅拌器5的滑动杆20微微抬起并伸入右槽体202内，第二搅拌机6的滑动杆20微微抬起并伸入左槽体201内，然后第一搅拌器5和第二搅拌机6的滑动杆20同步逆向转动，第一搅拌器5滑动杆20进入右槽体202内，第二搅拌机6滑动杆20进入左槽体201内，将左槽体201和右槽体202内的第一浆料和第二浆料混合均匀得混合浆料，然后通过第一喷头9喷射向巷道表面，而储料罐10内装有聚乙烯醇水溶液，通过第二喷头13喷出。每10-20min交替喷涂5次，每次喷涂层厚度为500-700mm即可。如果要调节第一喷头9和第二喷头13的位置，可以通过调节第二液压缸24的伸缩，调节第一喷头9和第二喷头13的位置。

实施例2：

一种巷道用脱硫石膏胶凝材料，由以下重量份数组成：脱硫石膏55份，壳聚糖2.5份，乙二胺四乙酸二钠17份，环氧氯丙烷8份，纳米纤维素12份，纳米多孔二氧化硅9份，聚苯乙烯微球8份，NaOH 2.5份。

一种制备所述的巷道用脱硫石膏胶凝材料的方法，由以下步骤组成：将脱硫石膏、纳米纤维素、NaOH、壳聚糖、去离子水搅拌均匀后，再加入纳米多孔二氧化硅、聚苯乙烯微球、乙二胺四乙酸二钠后，以36r/min的速度搅拌35min，再加入环氧氯丙烷后，以35r/min的速度搅拌37min，干燥后研磨成粉末。所述的脱硫石膏与去离子水的质量体积比为55mg:65ml。

实施例3：

一种巷道用脱硫石膏胶凝材料，由以下重量份数组成：脱硫石膏60份，壳聚糖3份，乙二胺四乙酸二钠30份，环氧氯丙烷10份，纳米纤维素15份，纳米多孔二氧化硅10份，聚苯乙烯微球9份，NaOH3份。

一种制备所述的巷道用脱硫石膏胶凝材料的方法，由以下步骤组成：将脱硫石膏、纳米纤维素、NaOH、壳聚糖、去离子水搅拌均匀后，再加入纳米多孔二氧化硅、聚苯乙烯微球、乙二胺四乙酸二钠后，以40r/min的速度搅拌40min，再加入环氧氯丙烷后，以40r/min的速度搅拌40min，干燥后研磨成粉末。所述的脱硫石膏与去离子水的质量体积比为60mg:70ml。

试验例1：

使用实施例1中的胶凝材料与其方法制得试件200×200×200mm，分别制得3个分别为实验组1、实验组2、实验组3，再取混凝土、砂、粗骨料和水的质量比为1:3:2:3制得试件为对比组，根据GB/T50081-2002，在标准条件下养护28天，对其抗压强度的测试；同时使用实施例1中的胶凝材料与其方法制得试件Φ50×100，分别制得3个分别为实验组1、实验组2、实验组3，再取混凝土、砂、粗骨料和水的质量比为1:3:2:3制得试件为对比组，在围压3MPa、孔隙水压1MPa下对其渗透率进行测试。两种性能参数测试结果如下：

组别	抗压强度/MPa	渗透率/×10-17m2
			实验组1	45	1.64
实验组2	40	2.56
			实验组3	42	2.41
对比组	21	16.54

试验例2：

使用实施例1中的胶凝材料与其方法制得试件200×200×200mm，分别制得3个分别为实验组1、实验组2、实验组3，再取混凝土制得试件为对比组，浸泡在水中1个月后观察情况。观察后，结果如下表：

组别	是否有开裂
		实验组1	无开裂
实验组2	无开裂
		实验组3	无开裂
对比组	表面疏松、存在细小裂纹

Claims (9)

1.一种巷道用脱硫石膏胶凝材料，其特征在于，由以下重量份数组成：脱硫石膏50-60份，壳聚糖2-3份，乙二胺四乙酸二钠15-30份，环氧氯丙烷5-10份，纳米纤维素10-15份，纳米多孔二氧化硅8-10份，聚苯乙烯微球7-9份，NaOH 2-3份。

2.一种制备权利要求1所述的巷道用脱硫石膏胶凝材料的方法，其特征在于，由以下步骤组成：将脱硫石膏、纳米纤维素、NaOH、壳聚糖、去离子水搅拌均匀后，再加入纳米多孔二氧化硅、聚苯乙烯微球、乙二胺四乙酸二钠后，以30-40r/min的速度搅拌30-40min，再加入环氧氯丙烷后，以30-40r/min的速度搅拌30-40min，干燥后研磨成粉末。

3.一种喷涂权利要求1中所述的脱硫石膏胶凝材料的喷射机，其特征在于，包括平台，平台上设有一个上方开口的槽体和储料罐，该槽体上设有一可上下移动的分隔板，槽体上设有供分隔板上下移动的分隔板的滑道，该分隔板可将槽体分隔为左槽体和右槽体，左槽体内设有第一搅拌器，右槽体内设有第二搅拌器，第一搅拌器在分隔板上移后，进入右槽体内并与第二搅拌器同步运动，第二搅拌器在分隔板上移后，进入左槽体内并与第一搅拌器同步运动，槽体通过第一压力泵连通第一管道，第一管道开口设有第一喷头，储料罐通过第二压力泵连通第二管道，第二管道开口设有第二喷头，第一喷头和第二喷头通过高度可调的支架固定第一喷头和第二喷头。

4.根据权利要求3所述的喷射机，其特征在于，所述的第一搅拌器和第二搅拌机结构相同，包括正反转电机，正反转电机底座固定在槽体底面，正反转电机上端设有卡板，正反转电机输出轴上固定套设转盘，转盘上设有两个限位孔，转盘与卡板之间滑动套设滑动盘，滑动盘上固定连接L型杆，L型杆下端连接搅动板，滑动盘上还滑动连接滑动杆，滑动杆上端贯穿转盘上的限位孔与滑动盘通过铰接件铰接，形成滑动杆下端可上下移动的结构，滑动杆下端连接搅拌板，该限位孔为四边形框体，该四边型框体的第一长边与转盘为一体，第二长边为圆弧形且长度比第一长边长，两个长边的两端分别通过第一连接杆和第二连接杆连接，第一连接杆长度大于第二连接杆，转盘正向转动时，滑动杆位于第一长边与第二连接杆之间夹角的位置处，滑动杆位于靠近电机输出轴的一侧，滑动杆分别在左槽体或者右槽体内转动，转盘逆向转动时，滑动杆位于第二长边与第一连接杆的位置处，滑动杆位于远离电机输出轴的一侧且滑动杆下端分别伸入相邻的左槽体或者右槽体内。

5.根据权利要求4所述的喷射机，其特征在于，所述的分隔板长度方向两端的上边沿延伸突出部，槽体外设有两个第一液压缸，第一液压缸伸缩杆连接突出部，所述的滑道为两个竖槽，竖槽的长度方向与凹槽底面垂直，分隔板长度方向的两端伸入竖槽内，形成分隔板可上下移动的结构。

6.根据权利要求5所述的喷射机，其特征在于，所述的铰接件包括两个夹板，两个夹板之间连接转轴，滑动杆的上端滑动套设转轴。

7.根据权利要求6所述的喷射机，其特征在于，所述的支架包括立杆，立杆上端铰接横杆一端，立杆下端固定连接平台上表面，横杆的另一端连接支撑板，支撑板的板面与横杆的长度方向平行，平台上还设有第二液压缸，第二液压缸一端铰接平台，第二液压缸的另一端铰接横杆。

8.一种使用权利要求2中的胶凝材料的方法，其特征在于，由以下步骤组成：（1）在巷道掘进出渣后，清除碎石并冲洗喷射面，在喷射面每隔1-1.5m距离埋设一根喷层厚度标定钉，再在巷道内壁上喷涂一层聚乙烯醇水溶液；

（2）将权利要求2中制得的胶凝材料与砂和粗骨料混合，搅拌均匀后，得第一浆料，另一半胶凝材料与水混合制的第二浆液，然后将第一浆料和第二浆料混合后的混合浆料，通过权利要求3中的喷射机喷射至步骤（1）中的喷涂聚乙烯醇水溶液的巷道内壁上；

（3）将混合浆料和聚乙烯醇水溶液每10-20min交替喷涂数次，然后养护15-20天。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述的喷层厚度为500-700mm。

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