CN117735905B - 一种井下煤矿建筑的高强度喷涂材料及其制备装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种井下煤矿建筑的高强度喷涂材料，包括按重量计的以下组分：水泥浆料20‑30份，煤渣5‑10份，矿渣5‑10份，沙子8‑15份，耐碱玻璃纤维3‑8份，聚丙烯纤维2‑7份，碳化硅细粉4‑12份，添加剂2‑5份；本发明还公开了一种井下煤矿建筑的高强度喷涂材料的制备装置，包括破碎设备、研磨设备、搅拌设备和混合设备。该喷涂材料强度高，具有优异的抗酸、抗盐、抗碱和抗水性能，粘附力强，添加煤矿厂容易得到的煤渣和矿渣，造价低廉，并且制备装置能够实现连续式的制备过程，大大提高纤维材料的分散均匀性。

Description

一种井下煤矿建筑的高强度喷涂材料及其制备装置

技术领域

本发明涉及建筑喷浆材料技术领域，尤其涉及一种井下煤矿建筑的高强度喷涂材料及其制备装置。

背景技术

煤矿是人类主要的能源材料之一，具有易开采、储量大、利用率高等特点，当前我国开采的煤矿按照开采方式可以分为井工煤矿和露天煤矿，我国露天煤矿开采的煤炭含量占全国煤开采量的50％以上，是重要的煤炭资料来源。

煤矿井下开采时，首先用钻机钻孔按技术要求放入火药排布，然后雷管爆破崩出一定的拱形。按照设计要求再次用锚杆钻机打孔，吊装锚杆，锚索，挂网等支护技术要求操作，然后马上对棚顶四壁等进行防水防风增加强度进行喷浆，严防碎石落下。

目前喷涂的浆料强度不够，易出现裂缝，重量大，易出现脱落的情况，并且现有的浆料在制备过程中大多采用常规的搅拌罐，即将各个配料按顺序添加至搅拌罐内搅拌，但是针对纤维材料的添加，纤维材料不易分散均匀，进而影响材料质量。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种井下煤矿建筑的高强度喷涂材料及其制备装置，该喷涂材料强度高，具有优异的抗酸、抗盐、抗碱和抗水性能，粘附力强，添加煤矿厂容易得到的煤渣和矿渣，造价低廉，并且制备装置能够实现连续式的制备过程，大大提高纤维材料的分散均匀性。

为解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：

一种井下煤矿建筑的高强度喷涂材料，包括按重量计的以下组分：水泥浆料20-30份，煤渣5-10份，矿渣5-10份，沙子8-15份，耐碱玻璃纤维3-8份，聚丙烯纤维2-7份，碳化硅细粉4-12份，添加剂2-5份。

优选地，所述水泥浆料的辅料成分按质量份计为：苯丙乳液13份、丁苯乳液13份、早强剂6份、消泡剂3份、膨胀剂3份以及增稠剂10份。

优选地，所述添加剂为增粘剂和增韧剂，所述增粘剂为水性增粘乳液、水性增粘树脂和水性增粘粉中的一种或两种以上组合，所述增韧剂为聚合物增韧环氧树脂、无机超细粒子增韧聚合物和无机纳米粒子增韧环氧树脂中的一种或两种以上组合。

本发明还公开了一种井下煤矿建筑的高强度喷涂材料的制备装置，包括破碎设备、研磨设备、搅拌设备和混合设备，所述研磨设备的进料端和出料端分别对接破碎设备和搅拌设备，所述搅拌设备固定安装在混合设备的顶部，所述搅拌设备内转动连接有竖向搅拌轴，所述混合设备的顶部固定安装有料泵，所述竖向搅拌轴的下端延伸出搅拌设备并与料泵的进料管间通过旋转接头对接，竖向搅拌轴位于搅拌设备内部的下端设有吸料口，竖向搅拌轴中空设置，所述混合设备内转动连接有中空轴，所述中空轴的上端与料泵的出料管之间通过旋转接头对接，所述混合设备的顶部安装有用于装填耐碱玻璃纤维和聚丙烯纤维的料箱，混合设备内固定安装有供中空轴穿过的摊铺箱，所述料箱和摊铺箱之间连通有下料通道，所述下料通道内安装有分散机构，所述中空轴位于摊铺箱内一段上固定有摊铺板，所述摊铺箱的底部均布有多个纤维吹出孔，所述中空轴的下端对接有可升降的摊铺管，所述摊铺管的底部设有多个出料孔，摊铺管的底部还沿其长度方向固定连接有推料板，所述混合设备内位于推料板的下方固定有摊铺盘，所述摊铺盘上设有径向排料口，所述混合设备内位于摊铺盘的下方转动安装横向搅拌轴。

优选地，所述破碎设备内安装有一对破碎辊，所述研磨设备的出料端内安装有开闭组件，所述搅拌设备的顶部另设有进料口，所述混合设备的底部设有出料口。

优选地，所述竖向搅拌轴和横向搅拌轴的周向侧壁上均设有多个搅拌板。

优选地，所述混合设备的侧壁上安装有用于带动横向搅拌轴转动的电机，所述混合设备的顶部固定安装有支架，所述支架上转动连接有横向传动轴，所述横向传动轴和横向搅拌轴的末端上均固定有皮带轮，两个所述皮带轮上套设有皮带，所述混合设备的顶部转动连接有竖向传动轴，所述竖向传动轴和竖向搅拌轴上均固定有蜗轮，所述横向传动轴上串接有与蜗轮啮合的蜗杆，所述中空轴和竖向传动轴间通过一对齿轮传动连接。

优选地，所述摊铺箱的底部固定安装有液压缸，所述中空轴的下端密封套设有套管，所述液压缸的伸缩端与套管之间通过连接板固定连接。

优选地，所述分散机构包括转动连接在下料通道内的一对分散辊，一对所述分散辊的侧壁均布有多个错位设置的分散针尖。

优选地，所述摊铺箱的顶部设有布气盘，所述布气盘的底部设有与多个纤维吹出孔一一对应的多个吹气孔，所述混合设备的侧壁上安装有与布气盘连接的气泵。

本发明的有益效果为：

1.本喷涂材料的强度高，具有优异的抗酸、抗盐、抗碱和抗水性能，通过添加增粘剂，粘附力强，不易蠕动变形，添加有耐碱玻璃纤维和聚丙烯纤维，不仅减轻了附着重量，还提高了整体性，配合添加的增韧剂和碳化硅细粉，大大提高了浆料强度，不易出现裂纹和脱落，并且添加的煤渣和矿渣在煤矿厂容易得到，造价低廉。

2.通过安装破碎设备、研磨设备、搅拌设备以及混合设备，能够直接添加煤矿厂得到的煤渣和矿渣，将其研磨成细粉后自动加入搅拌设备中，与水泥浆料以及其它配料搅拌充分，随后自动泵入混合设备中与纤维材料进行混合，可实现连续式的制备过程。

3.通过安装分散机构、摊铺箱以及摊铺管，间歇启动料泵，即可将搅拌设备中的浆料泵出，经过吸料口、竖向搅拌轴、料泵、出料管、中空轴以及套管，最终泵入摊铺管内，通过多个出料孔挤在摊铺盘上，中空轴带动摊铺管转动，进而可将浆料均匀的摊铺在摊铺盘上，随后料箱内的纤维材料通过下料通道内的分散机构充分打散后落入摊铺箱内，中空轴同时带动摊铺板转动，将纤维材料均匀的摊铺在摊铺箱内，间歇启动气泵，即可通过布气盘上的多个吹气孔向箱内吹气，摊铺的纤维料通过对应的多个纤维吹出孔吹出，均匀的吹落在摊铺的浆料中，气泵和料泵配合启动，即可实现分层式的添加过程，避免直接添加出现的不均现象。

4.通过安装液压缸、推料板以及横向搅拌轴，每当纤维料均匀落在一层浆料上后，只需启动液压缸带动推料板下移接触摊铺盘，转动一圈，即可将浆料通过排料口排出，横向搅拌轴带动搅拌板转动，即可实现进一步的分散过程，分层添加的过程也能够大大提高分散效果，同时减少混合时间。

5.通过安装皮带、皮带轮、蜗杆、蜗轮以及一对齿轮，启动电机，通过一系列的传动，可实现横向搅拌轴、竖向搅拌轴、摊铺板、摊铺管同时工作过程，实现连续式制备，制备效率高。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中的A处结构放大示意图；

图3为本发明提出的摊铺管侧视图；

图4为本发明提出的摊铺箱内顶面仰视图；

图5为本发明提出的摊铺盘俯视图；

图6为本发明提出的分散机构结构示意图。

图中：1破碎设备、2破碎辊、3研磨设备、4开闭组件、5搅拌设备、6竖向搅拌轴、7搅拌板、8料泵、9料箱、10出料管、11齿轮、12分散辊、13下料通道、14摊铺箱、15中空轴、16摊铺板、17纤维吹出孔、18液压缸、19气泵、20推料板、21摊铺管、22出料孔、23排料口、24摊铺盘、25皮带、26皮带轮、27横向传动轴、28横向搅拌轴、29电机、30混合设备、31蜗轮、32蜗杆、33吸料口、34竖向传动轴、35套管、36吹气孔、37分散针尖。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”，“水平的”，“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

实施例

一种井下煤矿建筑的高强度喷涂材料，包括按重量计的以下组分：水泥浆料20份，煤渣5份，矿渣5份，沙子8-份，耐碱玻璃纤维3份，聚丙烯纤维2份，碳化硅细粉4份，添加剂2份。

进一步的，水泥浆料的辅料成分按质量份计为：苯丙乳液13份、丁苯乳液13份、早强剂6份、消泡剂3份、膨胀剂3份以及增稠剂10份。

进一步的，添加剂为增粘剂和增韧剂，增粘剂为水性增粘乳液，增韧剂为聚合物增韧环氧树脂。

实施例

一种井下煤矿建筑的高强度喷涂材料，包括按重量计的以下组分：水泥浆料25份，煤渣8份，矿渣7份，沙子12份，耐碱玻璃纤维5份，聚丙烯纤维5份，碳化硅细粉8份，添加剂3份。

进一步的，水泥浆料的辅料成分按质量份计为：苯丙乳液13份、丁苯乳液13份、早强剂6份、消泡剂3份、膨胀剂3份以及增稠剂10份。

进一步的，添加剂为增粘剂和增韧剂，增粘剂为水性增粘树脂，增韧剂为无机超细粒子增韧聚合物和无机纳米粒子增韧环氧树脂。

实施例

一种井下煤矿建筑的高强度喷涂材料，包括按重量计的以下组分：水泥浆料30份，煤渣10份，矿渣10份，沙子15份，耐碱玻璃纤维8份，聚丙烯纤维7份，碳化硅细粉12份，添加剂5份。

进一步的，水泥浆料的辅料成分按质量份计为：苯丙乳液13份、丁苯乳液13份、早强剂6份、消泡剂3份、膨胀剂3份以及增稠剂10份。

进一步的，添加剂为增粘剂和增韧剂，增粘剂为水性增粘粉，增韧剂为聚合物增韧环氧树脂、无机超细粒子增韧聚合物和无机纳米粒子增韧环氧树脂的混合物。

参照图1-6，为了制备以上实施例的喷涂材料，还公开了一种井下煤矿建筑的高强度喷涂材料的制备装置，包括破碎设备1、研磨设备3、搅拌设备5和混合设备30，研磨设备3的进料端和出料端分别对接破碎设备1和搅拌设备5，搅拌设备5固定安装在混合设备30的顶部，搅拌设备5内转动连接有竖向搅拌轴6，破碎设备1内安装有一对破碎辊2，研磨设备3的出料端内安装有开闭组件4，搅拌设备5的顶部另设有进料口，混合设备30的底部设有出料口，煤渣以及矿渣通过皮带输送机直接输送至破碎设备1中，通过一对破碎辊2挤压破碎，再送入研磨设备3中研磨成粉，一定量后，打开开闭组件4落入搅拌设备5中，通过进料口添加水泥浆料、沙子、碳化硅细粉以及添加剂，通过竖向搅拌轴6带动搅拌板7进行充分搅拌。

混合设备30的顶部固定安装有料泵8，竖向搅拌轴6的下端延伸出搅拌设备5并与料泵8的进料管间通过旋转接头对接，竖向搅拌轴6位于搅拌设备5内部的下端设有吸料口33，竖向搅拌轴6中空设置，混合设备30内转动连接有中空轴15，中空轴15的上端与料泵8的出料管10之间通过旋转接头对接，中空轴15的下端对接有可升降的摊铺管21，摊铺管21的底部设有多个出料孔22，启动料泵8，将搅拌的浆料通过吸料口33泵出，经过中空的竖向搅拌轴6、料泵8、出料管10、中空轴15以及套管35，最终泵入摊铺管21内，通过多个出料孔22挤在摊铺盘上，中空轴15带动摊铺管转动一圈，进而可将浆料均匀的摊铺在摊铺盘24上。

混合设备30的顶部安装有用于装填耐碱玻璃纤维和聚丙烯纤维的料箱9，混合设备30内固定安装有供中空轴15穿过的摊铺箱14，料箱9和摊铺箱14之间连通有下料通道13，下料通道13内安装有分散机构，分散机构包括转动连接在下料通道13内的一对分散辊12，一对分散辊12的侧壁均布有多个错位设置的分散针尖37，一对分散辊12转动，通过分散针尖37将落下的纤维材料充分打散。

中空轴15位于摊铺箱14内一段上固定有摊铺板16，中空轴15同时带动摊铺板16转动，将纤维材料均匀的摊铺在摊铺箱14内，摊铺箱14的底部均布有多个纤维吹出孔17，摊铺箱14的顶部设有布气盘，布气盘的底部设有与多个纤维吹出孔17一一对应的多个吹气孔36，混合设备30的侧壁上安装有与布气盘连接的气泵19，启动气泵19，即可通过布气盘上的多个吹气孔36向箱内吹气，摊铺的纤维料通过对应的多个纤维吹出孔17吹出，均匀的吹落在摊铺的浆料中。

摊铺管21的底部还沿其长度方向固定连接有推料板20，摊铺箱14的底部固定安装有液压缸18，中空轴15的下端密封套设有套管35，液压缸18的伸缩端与套管35之间通过连接板固定连接，每当纤维料均匀落在一层浆料上后，只需启动液压缸18，通过连接板带动推料板20下移接触摊铺盘24，在中空轴15的带动下转动一圈，即可将浆料通过排料口23排出。

混合设备30内位于推料板20的下方固定有摊铺盘24，摊铺盘24上设有径向排料口23，混合设备30内位于摊铺盘24的下方转动安装横向搅拌轴28，竖向搅拌轴6和横向搅拌轴28的周向侧壁上均设有多个搅拌板7，横向搅拌轴28带动搅拌板7转动，即可实现进一步的分散过程。

进一步的，混合设备30的侧壁上安装有用于带动横向搅拌轴28转动的电机29，混合设备30的顶部固定安装有支架，支架上转动连接有横向传动轴27，横向传动轴27和横向搅拌轴28的末端上均固定有皮带轮26，两个皮带轮26上套设有皮带25，混合设备30的顶部转动连接有竖向传动轴34，竖向传动轴34和竖向搅拌轴6上均固定有蜗轮31，横向传动轴27上串接有与蜗轮31啮合的蜗杆32，中空轴15和竖向传动轴34间通过一对齿轮11传动连接，可实现横向搅拌轴28、竖向搅拌轴6、摊铺板16、摊铺管21同时工作过程，实现连续式制备，制备效率高。

煤渣以及矿渣通过皮带输送机直接输送至破碎设备1中，通过一对破碎辊2挤压破碎，再送入研磨设备3中研磨成粉，一定量后，打开开闭组件4落入搅拌设备5中，通过进料口添加水泥浆料、沙子、碳化硅细粉以及添加剂，通过竖向搅拌轴6带动搅拌板7进行充分搅拌。

启动料泵8，将搅拌的浆料通过吸料口33泵出，经过中空的竖向搅拌轴6、料泵8、出料管10、中空轴15以及套管35，最终泵入摊铺管21内，通过多个出料孔22挤在摊铺盘上，中空轴15带动摊铺管转动一圈，进而可将浆料均匀的摊铺在摊铺盘24上，随后料箱9内的耐碱玻璃纤维和聚丙烯纤维的混合纤维材料经过下料通道13，一对分散辊12转动，通过分散针尖37将落下的纤维材料充分打散，随后落入摊铺箱14内，中空轴15同时带动摊铺板16转动，将纤维材料均匀的摊铺在摊铺箱14内，启动气泵19，即可通过布气盘上的多个吹气孔36向箱内吹气，摊铺的纤维料通过对应的多个纤维吹出孔17吹出，均匀的吹落在摊铺的浆料中，气泵和料泵8配合间歇启动，即可实现分层式的添加过程，避免直接添加出现的不均现象。

每当纤维料均匀落在一层浆料上后，只需启动液压缸18，通过连接板带动推料板20下移接触摊铺盘24，在中空轴15的带动下转动一圈，即可将浆料通过排料口23排出，横向搅拌轴28带动搅拌板7转动，即可实现进一步的分散过程，分层添加的过程也能够大大提高分散效果，同时减少混合时间，混合好的浆料通过出料口排出。

启动电机29，通过皮带25以及皮带轮26的传动，再通过蜗杆32和一对蜗轮31的传动，可同时带动竖向搅拌轴6以及竖向传动轴34转动，再通过一对齿轮11带动中空轴15转动，可实现横向搅拌轴28、竖向搅拌轴6、摊铺板16、摊铺管21同时工作过程，实现连续式制备，制备效率高。

通过以上设备分别制备出三个实施例的喷涂材料，选用市场上常见品牌的喷涂料A为对比例，分别按20kg的量喷涂在同一个实验结构面板上，并对其性能进行检测，检测结果如下表所示：

三个实施例中的喷涂材料的性能检测结果

	实施例1	实施例2	实施例3	材料A
					耐压强度（Mpa）	47.2	50.3	52.8	30.5
抗酸、抗盐、抗碱、抗水综合等级	一级	一级	一级	二级
					200h后裂纹表现	无肉眼可见裂纹	无	无	存在2条清晰裂纹
喷涂后的掉落量（kg）	2.5	1.8	2.3	5

综上所述，本发明的三个实施例中的喷涂材料具有优异的抗酸、抗盐、抗碱和抗水性能，明显改善了水泥基喷涂材料的粘度，提高了材料强度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种井下煤矿建筑的高强度喷涂材料的制备装置，其特征在于，包括破碎设备（1）、研磨设备（3）、搅拌设备（5）和混合设备（30），所述研磨设备（3）的进料端和出料端分别对接破碎设备（1）和搅拌设备（5），所述搅拌设备（5）固定安装在混合设备（30）的顶部，所述搅拌设备（5）内转动连接有竖向搅拌轴（6），所述混合设备（30）的顶部固定安装有料泵（8），所述竖向搅拌轴（6）的下端延伸出搅拌设备（5）并与料泵（8）的进料管间通过旋转接头对接，竖向搅拌轴（6）位于搅拌设备（5）内部的下端设有吸料口（33），竖向搅拌轴（6）中空设置，所述混合设备（30）内转动连接有中空轴（15），所述中空轴（15）的上端与料泵（8）的出料管（10）之间通过旋转接头对接，所述混合设备（30）的顶部安装有用于装填耐碱玻璃纤维和聚丙烯纤维的料箱（9），混合设备（30）内固定安装有供中空轴（15）穿过的摊铺箱（14），所述料箱（9）和摊铺箱（14）之间连通有下料通道（13），所述下料通道（13）内安装有分散机构，所述中空轴（15）位于摊铺箱（14）内一段上固定有摊铺板（16），所述摊铺箱（14）的底部均布有多个纤维吹出孔（17），所述中空轴（15）的下端对接有可升降的摊铺管（21），所述摊铺管（21）的底部设有多个出料孔（22），摊铺管（21）的底部还沿其长度方向固定连接有推料板（20），所述混合设备（30）内位于推料板（20）的下方固定有摊铺盘（24），所述摊铺盘（24）上设有径向排料口（23），所述混合设备（30）内位于摊铺盘（24）的下方转动安装横向搅拌轴（28），所述摊铺箱（14）的顶部设有布气盘，所述布气盘的底部设有与多个纤维吹出孔（17）一一对应的多个吹气孔（36），所述混合设备（30）的侧壁上安装有与布气盘连接的气泵（19）。

2.根据权利要求1所述的一种井下煤矿建筑的高强度喷涂材料的制备装置，其特征在于，所述破碎设备（1）内安装有一对破碎辊（2），所述研磨设备（3）的出料端内安装有开闭组件（4），所述搅拌设备（5）的顶部另设有进料口，所述混合设备（30）的底部设有出料口。

3.根据权利要求1所述的一种井下煤矿建筑的高强度喷涂材料的制备装置，其特征在于，所述竖向搅拌轴（6）和横向搅拌轴（28）的周向侧壁上均设有多个搅拌板（7）。

4.根据权利要求1所述的一种井下煤矿建筑的高强度喷涂材料的制备装置，其特征在于，所述混合设备（30）的侧壁上安装有用于带动横向搅拌轴（28）转动的电机（29），所述混合设备（30）的顶部固定安装有支架，所述支架上转动连接有横向传动轴（27），所述横向传动轴（27）和横向搅拌轴（28）的末端上均固定有皮带轮（26），两个所述皮带轮（26）上套设有皮带（25），所述混合设备（30）的顶部转动连接有竖向传动轴（34），所述竖向传动轴（34）和竖向搅拌轴（6）上均固定有蜗轮（31），所述横向传动轴（27）上串接有与蜗轮（31）啮合的蜗杆（32），所述中空轴（15）和竖向传动轴（34）间通过一对齿轮（11）传动连接。

5.根据权利要求1所述的一种井下煤矿建筑的高强度喷涂材料的制备装置，其特征在于，所述摊铺箱（14）的底部固定安装有液压缸（18），所述中空轴（15）的下端密封套设有套管（35），所述液压缸（18）的伸缩端与套管（35）之间通过连接板固定连接。

6.根据权利要求1所述的一种井下煤矿建筑的高强度喷涂材料的制备装置，其特征在于，所述分散机构包括转动连接在下料通道（13）内的一对分散辊（12），一对所述分散辊（12）的侧壁均布有多个错位设置的分散针尖（37）。