CN103244148B - 一种煤矿湿法喷浆工艺 - Google Patents
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Abstract
一种煤矿湿法喷浆工艺,属于煤矿湿法喷浆技术领域。包括以下的步骤:1.1制备混合干料:将砂石混合料、水泥、粉煤灰、减水剂、纤维、速凝剂进行干混搅拌形成混合干料,并装袋备用;1.2干料运输:混合干料运至煤矿井下喷浆工作面;1.3制备湿浆:将混合干料倾倒入搅拌输送喷浆一体机中并同时加水进行搅拌,形成混合均匀的湿浆;1.4喷浆作业:利用柱塞式湿喷机(11)对需要喷浆的工作面进行连续快速的喷浆作业;1.5管道清洗:对柱塞式湿喷机(11)的喷浆管道进行清洗,保持管道内的清洁防止堵塞。本煤矿湿法喷浆工艺把干混、运输、搅拌、喷浆等工序紧密结合为一体,工序紧凑节约了人力、提高了效率,喷浆物料配比均匀一致,喷浆效果显著。
Description
技术领域
一种煤矿湿法喷浆工艺,属于煤矿湿法喷浆技术领域。
背景技术
巷道的锚杆-喷射混凝土支护是在科学的围岩自稳理论基础上发展起来的一种支护方式,喷射混凝土、锚杆与围岩共同组成有效地承载拱,改善了巷道的稳定性,提高了围岩的自稳能力,变被动支护为主动支护。目前,国内煤矿主要有干(潮)喷技术和湿法喷浆技术两种喷浆方式,干喷混凝土(干法喷浆)是把水泥、骨料和速凝剂按比例拌匀,加进喷射机后用压缩空气将物料通过软管,在喷嘴处加水,形成料束,高速推送到受喷工作面上;***是预先在砂石料堆中加水(砂含水率不大于8% ,石含水率不大于4%)后与水泥拌合,在加入喷射机时掺入速凝剂,用压缩空气将物料通过软管和喷嘴形成的料束高速推送到受喷工作面上。干(潮)喷技术均有工作面粉尘浓度高、料浆回弹率高、喷射混凝土强度低、效率低等弊端,已逐渐被淘汰。
相对于干(潮)喷技术,湿式喷射混凝土(湿法喷浆)的基本原理是将搅拌好的混凝土送入湿喷机,用压缩空气在喷嘴处与从计量泵压到喷嘴的雾化速凝剂混合,形成料束,喷到受喷面上,具有粉尘浓度极低、回弹率降低、生产效率高、喷浆质量好等一系列优点。因此,推行湿法喷浆,以提高喷射质量和喷射效率,改善煤矿井下工作环境,湿式喷射技术代表了喷射混凝土技术的发展方向。
目前,湿法喷浆在国外已全面应用,但在国内煤矿行业,推广应用尚处于初级阶段。其中,在湿喷机具方面,国内已开发了转子式和柱塞式等2种湿喷机,转子式湿喷机是利用风压输送湿料浆并喷射,限于风压,这种湿喷机输送距离较短,一般不超过30米,不利于井下掘进工作面的作业;而柱塞式湿喷机则是利用柱塞泵输送湿料浆,再用风压进行喷射,这种湿喷机输送距离远,最远可达200米,已在煤矿推广应用,喷射效果很好。
虽然,国内从事煤矿湿法喷浆研究的煤炭企业有很多,但都没有真正推广应用,其原因大致为:一是喷浆机喷射距离不足。转子式湿喷机,受制于矿井***风压的限制,喷射距离一般不超过30米,不能满足开拓巷道工作面布置扒矸机、输矸机等掘进设备的要求;二是配套***繁杂,效率不高。采用地下搅拌站输送,相当于大马拉小车,不仅增加井下设备占用,而且提高了管路清洗的难度;三是用工多,成本高。很多应用单位在研究湿法喷浆工艺时,仍采用现场拌料、现场搅拌,用工多,劳动量大,成本较高;四是准备时间长,影响整体掘进速度。现场拌料,增加了装卸料工序,准备时间长,造成喷浆效率不高,影响整体掘进速度。五是没有解决好湿喷机配套问题。即使采用柱塞式湿喷机,解决了距离问题,但是没有解决搅拌输送问题,仍然不能发挥湿喷工艺的优越性,导致湿喷工艺不能正常使用。
因而,由于煤矿的工况条件不同于底面铁路、公路隧道施工工况,煤矿生产掘进常伸入地下几百米,喷浆巷道较窄,空间狭小,且掘进设备占用场地较多,掘进工程量较大,不利于喷浆设备的布置和作业,原本在铁路、公路隧道施工中成熟的湿喷工艺在煤矿井下应用得不好,急需一种煤矿井下湿法喷浆的***性解决方案。
发明内容
本发明要解决的技术问题是:克服现有技术的不足,提供一种提高生产效率高、降低劳动强度、节省安装使用空间、工作环境良好、物料配比均匀的煤矿湿法喷浆工艺。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:该种煤矿湿法喷浆工艺,其特征在于:包括以下的步骤:
1、制备混合干料:在地面设置原料集中搅拌站,将粒径20~40mm的粗石子通过自击式制砂机粉碎,然后混合制成粒径10mm以下的砂石混合料;再将砂石混合料、水泥、粉煤灰、减水剂、纤维、速凝剂进行干混搅拌形成混合干料,并装袋备用;通过制砂机制成的砂石混合料为粒径可调、粒级分布连续可调,替代了原来的河沙和细石子,原料便宜易得,加工成本低,制备过程中免烘干,无须尾气治理,符合国家节能减排的政策,且制得的石子粒级均匀、形状规整、无泥等杂质,对混凝土的质量提供保障混合更均匀;
2、干料运输:利用装载工具把袋装的混合干料运至煤矿井下喷浆工作面;
3、制备湿浆:在煤矿井下喷浆工作面上设置搅拌输送喷浆一体机,将混合干料倾倒入搅拌输送喷浆一体机中并同时加水进行搅拌,形成混合均匀的湿浆;所述的搅拌输送喷浆一体机包括上料段、搅拌段和湿喷机,搅拌段的出料口与湿喷机的进料口连接;
4、喷浆作业:将经搅拌的湿浆通过搅拌输送喷浆一体机的出料口直接输送到柱塞式湿喷机的进料口中,再利用柱塞式湿喷机对需要喷浆的工作面进行连续快速的喷浆作业;
5管道清洗:喷浆完毕后,对柱塞式湿喷机的喷浆管道进行清洗,保持管道内的清洁防止堵塞。
步骤1所述的砂石混合料、水泥、粉煤灰、减水剂、纤维、速凝剂按重量比1~6:1:0~1:0~0.02:0~0.03:0~0.05混合。
所述的减水剂为木质素磺酸钠盐减水剂、萘系减水剂或聚羧酸减水剂中的一种、两种或两种以上混合物。
所述的纤维为钢纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维或碳纤维中的一种、两种或两种以上混合物。
步骤3所述的搅拌输送喷浆一体机上料段为上料装置,向上倾斜安装在支架左侧,包括加料斗、带动加料斗移动的上料皮带和为上料皮带提供动力的液压动力***;搅拌段为搅拌装置,水平设置在支架右侧,包括搅拌机壳体、安装在搅拌机壳体内的搅拌叶片和搅拌转轴;上料装置的出料端与搅拌装置左端的进料口衔接,搅拌装置右端的出料口连接湿喷机的进料口。
所述的搅拌叶片设有多个,并围绕搅拌转轴外圈固定安装,搅拌叶片之间的夹角为30~60度。
所述的搅拌转轴设有两组,两组搅拌转轴之间通过传动机构连接提供动力的电机,并通过传动机构带动两组搅拌转轴同步转动。
所述的搅拌机壳体左侧的进料口上方设有加水口,加水口设有多个,且等间距设置,加水口处通过柱塞泵供水并计量。
步骤5所述的湿喷机的喷浆管道采用弹性橡胶球或丝网球进行管道清洗,弹性橡胶球或丝网球的直径与喷浆管道内径相适应,清洗时,压力驱动弹性橡胶球或丝网球把物料从管道内顶出,完成清洗。
与现有技术相比,本发明的所具有的有益效果是:
1、原料选择最优化,节能减排,保证质量:原料采用水泥和石子,水泥用325水泥,石子采用普通石料加工厂的粗石子(30mm左右),利用自击式制砂机破碎,制成10mm以下的砂石混合料替代原来的河沙和细石子,机制砂工艺的显著优点一是原料便宜易得,二是加工成本低,免烘干,无须尾气治理,符合国家节能减排的政策,三是制得的石子粒级均匀、形状规整、无泥等杂质,对混凝土的质量提供保障;
2、降低污染、减少劳动强度:采用袋装干混料,在工作面不须反复上料、卸料,只在上料拆袋时有少许的粉尘污染,而搅拌、喷浆过程的污染较少,因此,井下工作环境得到大幅改善,避免在喷浆工作面进行干料制备等工序带来的粉尘和噪音污染;同时又减少了井下拌料工序,明显减少了工人数量,减轻了井下工人劳动强度;
3、降低回弹率,喷浆质量好:由于干物料预先混合,配比一致,又采用湿喷工艺,因此,降低了喷浆料回弹率,减少了材料消耗,提高了喷浆质量;
4、提高喷浆效率,加快巷道施工速度:当平板矿车移到工作面,喷浆作业即可进行,而不再需要人工拌料工序,喷浆准备时间大幅缩短,每班喷浆总时间不会超过4个小时,可以在巷道掘进作业中,减少喷浆作业占用时间,实现快速掘进;
5、减少煤矿地面及井下场地占用面积:地面只需一间仓库储存袋装料即可,而不需要专门的卸料场和上料装置;井下也不须专门的拌料场,减少了场地占用;在地面建立干混搅拌站,可以方便地进行配方调整,可以进一步改进喷浆质量,使喷浆厚度从现在的150-160mm减少到100-120mm,可以减少原料费用;
6、成本降低,节约大量成本:根据上面的实施整体解决方案前后的成本比较分析,成本有一定程度的降低,完成同样的喷浆作业,每年总成本比现有喷浆工艺减少180.003万元;如果考虑新工艺在稳定运行后,喷浆效率提升,巷道维护成本降低等后期衍生效益,以及社会效益和环保效益,综合效益相当可观;
7、该煤矿湿法喷浆工艺,把干混、运输、搅拌、喷浆等工序紧密结合为一体,工序紧凑,通过搅拌输送喷浆一体机实现搅拌、输送顺序完成,自动上料对物料进行加水搅拌形成湿浆之后,可直接将湿浆输入湿喷机当中用于直接喷浆,省去了中间输送物料的环节,也避免了物料产生离析或混合不均匀等现象,也节约了运输时间,提高了工作效率,更好的有利于快速掘进技术的实施;
8、采用柱塞式湿喷机,不但解决了喷浆距离的问题,也结合搅拌输送一体机解决了输送问题,充分发挥湿喷工艺的优越性。
附图说明
图1是煤矿湿法喷浆工艺流程图。
图2是搅拌输送喷浆一体机结构主视图示意图。
图3是搅拌输送喷浆一体机的两组搅拌叶片安装位置示意图。
其中:1、加料斗 2、上料皮带 3、电机 4、搅拌机壳体 5、搅拌叶片 6、加水口 7、出料口 8、支架 9、脚轮 10、搅拌转轴 11、湿喷机。
具体实施方式
图1~3是本发明的最佳实施例,下面结合附图1~3对本发明做进一步说明。
参照附图1~3:该种煤矿湿法喷浆工艺,包括以下的步骤:
1、制备混合干料:在地面设置原料集中搅拌站,将粒径20~40mm的粗石子通过自击式制砂机粉碎,与机制砂混合制成粒径10mm以下的粒径可调、粒级分布连续可调且制备过程免烘干的砂石混合料;再将砂石混合料、水泥、粉煤灰、减水剂、纤维、速凝剂进行干混搅拌形成混合干料,并装袋备用;每袋的重量约为25kg;
所用的水泥为325水泥,砂石混合料、水泥、粉煤灰、减水剂、纤维、速凝剂按重量比1~6:1:0~1:0~0.02:0~0.03:0~0.05混合。机制砂为石灰岩经破碎后的产物,粒径为0~20mm,添加量为水泥添加量的100%~600%;粉煤灰为普通电厂粉煤灰,添加量为水泥添加量的0~100%;减水剂为木质素磺酸钠盐减水剂、萘系减水剂或聚羧酸减水剂中的一种、两种或两种以上混合物,添加量为水泥添加量的0~2.0%;纤维为钢纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维或碳纤维中的一种、两种或两种以上混合物,纤维添加量为水泥的添加量的0~3%;速凝剂为无机盐类或有机物类速凝剂,添加量为水泥添加量的0~5%。
2、干料运输:用卡车运至矿井仓库存放,再用8辆电动平板矿车把一次喷浆所用的400袋袋装干物料运至煤矿井下喷浆工作面搅拌输送喷浆一体机处。
3、制备湿浆:在煤矿井下喷浆工作面上设置搅拌输送喷浆一体机,将混合干料倾倒入搅拌输送喷浆一体机中并同时加水进行搅拌,形成混合均匀的湿浆;所述的搅拌输送喷浆一体机包括上料段、搅拌段和湿喷机,搅拌段的出料口7与湿喷机11的进料口连接;
把袋装的混合干料倾倒入到连续搅拌输送喷浆一体机中,搅拌输送喷浆一体机自动上料,然后进入搅拌工序,在混合干料进入搅拌工序步骤时同步加入相应配比的水进行搅拌,形成混合均匀的湿浆;搅拌输送喷浆一体机在工作时,首先将混合干料加入加料斗1中,由液压动力***提供动力,通过上料皮带2带动加料斗1向上移动,到达搅拌装置左侧上方的进料口处,向进料口输送混合干料的同时,通过柱塞泵向加水口6内加水,然后通过搅拌转轴10带动搅拌叶片5转动,对混合干料和水进行搅拌混合,搅拌叶片5在对物料进行混合的同时还具有推进作用,最终将搅拌后的物料向右边的出料口7处推进,物料即可直接进入湿喷机11的进料口中进行喷浆操作。
搅拌输送喷浆一体机包括支架8和上料用的加料斗1,支架8为金属框架,支架8底部设有可方便设备整体移动的脚轮9,支架8上部左侧设有倾斜设置的上料装置,右侧设有水平设置的搅拌装置,上料装置的出料端与搅拌装置的进料口处衔接,搅拌装置右端的出料口7连接搅拌装置湿喷机11的进料口。
上料装置包括加料斗1、带动加料斗1移动的上料皮带2和为上料皮带2提供动力的液压动力***,上料皮带2倾斜的安装在支架8左侧上部。采用加料斗1与上料皮带2组合对固体物料计量,加料斗1前侧下方有一闸板阀门,阀门开口大、皮带转速快,则加料速度快。
搅拌装置包括搅拌机壳体4、安装在搅拌机壳体4内的搅拌叶片5和搅拌转轴10,搅拌机壳体4左侧的进料口上方设有加水口6,加水口6设有多个,且等间距设置,加水口6处通过柱塞泵供水并计量。搅拌叶片5设有多个,搅拌叶片5之间的夹角为30~60度,多个形成一组围绕搅拌转轴10外圈设置,并沿搅拌转轴10轴向设置多组,并固定安装在搅拌转轴10上。搅拌转轴10可设有一组或者两组,两组搅拌转轴10之间通过传动机构连接提供动力的电机3,并通过传动机构带动两组搅拌转轴10同步转动。传动机构为皮带传动机构、链轮链条传动机构或齿轮传动机构。
4、喷浆作业:将经搅拌的湿浆通过搅拌输送喷浆一体机的出料口7直接输送到柱塞式湿喷机11的进料口中,再利用柱塞式湿喷机11对需要喷浆的工作面进行连续快速的喷浆作业。
5、管道清洗:喷浆完毕后,对柱塞式湿喷机11的喷浆管道进行清洗,保持管道内的清洁防止堵塞。湿喷机11的喷浆管道采用弹性橡胶球或丝网球进行管道清洗,弹性橡胶球或丝网球的直径与喷浆管道内径相适应,清洗时,压力驱动弹性橡胶球或丝网球把物料从管道内顶出完成清洗。
在实际操作时,搅拌输送喷浆一体机与湿喷机一侧顺序放置,搅拌输送喷浆一体机的出料口7连接湿喷机11的进料口处,装有物料的平板矿车最靠前的一辆在轨道上与搅拌输送喷浆一体机的搅拌装置的加料斗1相平齐,以便于上料。两人负责上料,1人负责加水及操作搅拌输送喷浆一体机、湿喷机、牵引平板矿车,1人负责喷浆。
人工把袋装干物料连续倾入到连续搅拌输送机中,***在加料的同时自动定比例加水,连续输送至湿喷机中,进行喷浆,喷射量3m3/h。当第一个矿车卸料完毕,第二个矿车按顺序停靠在搅拌机旁,以便于上料。1.5h喷完,清洗湿喷机,转移矿车,清理现场。
与现场拌料的普通湿法喷浆工艺和潮法喷浆相比,本发明的优点如下表1所示:
表1 三种喷浆工艺工作效率和喷浆效果
。
在喷浆工作面,湿喷机11与搅拌输送一体机布置在轨道较宽的一侧。若不满足条件,可在巷道掘进的时候,每隔100m左右向一侧多开拓0.5m,开拓长度4~5m,便于放置机器;有条件的话,也可利用井下岔道处的停车场,作为喷浆作业场地。对于局部有坡度的巷道,则要每隔100米左右开拓一处5×1.5米的硐室或平台放置即可。
由于湿喷机11较重,可以设计成轮轨移动方式。每隔100m左右,利用巷道的锚索或者锚杆安装临时吊装葫芦,把喷浆设备移上或移下轨道,到达指定位置后,再次安装吊装葫芦从轨道上移下来。用平板矿车把喷浆料运至喷浆工作面时,最前一辆矿车前沿与加料斗1平齐,以利于上料。每加完一车料,空车推离工作面,后续矿车移到搅拌输送一体机上料位置。喷浆完毕后,所有矿车全部撤出。喷浆时,需工人四名,其中:两人负责上料,一人负责操作湿喷机、搅拌机和加水,一人负责喷浆。
成本核算
按2012年淄博矿业集团济北矿区开拓总进尺15000m,需喷浆材料8万吨,采用本方案后,喷浆班人数为4人,每班喷浆3米,井下共需56人。
(1)材料成本:水泥1.6万吨,散装水泥价格240元/吨,水泥成本:384万元;石子6.4万吨,价格30元/吨,石子成本:192万元;速凝剂800吨,价格2000元/吨,速凝剂成本:160万元;材料总成本为:384+192+160=736万元。
(2)人工费用:集中搅拌站人均年收入5万元,费用计:5×15=75万元;喷浆工人均年收入8万元,费用计:8×56=448万元;地面辅助工人年收入按5万元,济北矿区每个矿配置1人,则地面人工费为:5×5=25万元;人工费用合计为:558万元。
(3)搅拌站运营成本:设备以及机车按10年折旧,年设备折旧费:309.35÷10=30.935万元;厂房按30年折旧,124÷30=4.13万;包装袋320万个,每个0.35元,包装袋成本:112万元;维修费用:15万元;电费:0.65×200KW×20×300=78万元;运输费用:三矿按照火车计算,运输量按70%计算,吨运价为15.87元。两矿按汽车计算,运输量为30%计算,吨运价为30元。15.87×5.6+30×2.4=160.872万元;搅拌站运营总成本为:30.435+4.13+112+15+78+160.872=400.937万元。
(4)喷浆设备折旧:喷浆机和搅拌机各配置14台,总费用(5+13.7)×14=261.8万元,按10年折旧,每年折旧26.18万元。
(5)井下运输费用:不管湿喷或干喷,都需要把物料从井口向工作面运输,费用可按一样处理,因此这一块的费用不作统计。所以,本方案运营总成本为:1721.117万元。
已知现有喷浆工艺总成本为:1901.12万元,从本发明的成本核算结果可以看出,采用本方案后,完成同样的喷浆作业,每年总成本比现有喷浆工艺减少180.003万元。如果考虑新工艺在稳定运行后,喷浆效率提升,巷道维护成本降低等后期衍生效益,以及社会效益和环保效益,综合效益相当可观。
该煤矿湿法喷浆工艺,把干混、运输、搅拌、喷浆等工序紧密结合为一体,工序紧凑,井下作业不需反复的装、卸料,既节约人力、提高了效率,又不需专门的卸料场地,喷浆过程环境污染很小,喷浆物料配比均匀一致,喷浆效果显著,是适应煤矿快速掘进,解决困扰煤矿湿法喷浆难题的首选工艺。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非是对本发明作其它形式的限制,任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型,仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (6)
1.一种煤矿湿法喷浆工艺,其特征在于:包括以下的步骤:
1.1制备混合干料:在地面设置原料集中搅拌站,将粒径20~40mm的粗石子通过自击式制砂机粉碎,然后混合制成粒径10mm以下的砂石混合料;再将砂石混合料、水泥、粉煤灰、减水剂、纤维、速凝剂进行干混搅拌形成混合干料,并装袋备用;
1.2干料运输:利用装载工具把袋装的混合干料运至煤矿井下喷浆工作面;
1.3制备湿浆:在煤矿井下喷浆工作面上设置搅拌输送喷浆一体机,将混合干料倾倒入搅拌输送喷浆一体机中并同时加水进行搅拌,形成混合均匀的湿浆;所述的搅拌输送喷浆一体机包括上料段、搅拌段和湿喷机,搅拌段的出料口(7)与湿喷机(11)的进料口连接;
1.4喷浆作业:将经搅拌的湿浆通过搅拌输送喷浆一体机的出料口(7)直接输送到柱塞式湿喷机(11)的进料口中,再利用柱塞式湿喷机(11)对需要喷浆的工作面进行连续快速的喷浆作业;
1.5管道清洗:喷浆完毕后,对柱塞式湿喷机(11)的喷浆管道进行清洗,保持管道内的清洁防止堵塞;
采用加料斗(1)与上料皮带(2)组合对固体物料计量,加料斗1前侧下方有一闸板阀门,阀门开口大、皮带转速快,则加料速度快;
步骤1.3所述的搅拌输送喷浆一体机上料段为上料装置,向上倾斜安装在支架(8)左侧,包括加料斗(1)、带动加料斗(1)移动的上料皮带(2)和为上料皮带(2)提供动力的液压动力***;搅拌段为搅拌装置,水平设置在支架(8)右侧,包括搅拌机壳体(4)、安装在搅拌机壳体(4)内的搅拌叶片(5)和搅拌转轴(10);上料装置的出料端与搅拌装置左端的进料口衔接,搅拌装置右端的出料口(7)连接湿喷机(11)的进料口;
所述的搅拌叶片(5)设有多个,并围绕搅拌转轴(10)外圈固定安装,搅拌叶片(5)之间的夹角为30~60度;
所述的搅拌转轴(10)设有两组,两组搅拌转轴(10)之间通过传动机构连接提供动力的电机(3),并通过传动机构带动两组搅拌转轴(10)同步转动。
2.根据权利要求1所述的一种煤矿湿法喷浆工艺,其特征在于:步骤1.1所述的砂石混合料、水泥、粉煤灰、减水剂、纤维、速凝剂按重量比1~6:1:0~1:0~0.02:0~0.03:0~0.05混合。
3.根据权利要求1或2所述的一种煤矿湿法喷浆工艺,其特征在于:所述的减水剂为木质素磺酸钠盐减水剂、萘系减水剂或聚羧酸减水剂中的一种、两种或两种以上混合物。
4.根据权利要求1或2所述的一种煤矿湿法喷浆工艺,其特征在于:所述的纤维为钢纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维或碳纤维中的一种、两种或两种以上混合物。
5.根据权利要求1所述的一种煤矿湿法喷浆工艺,其特征在于:所述的搅拌机壳体(4)左侧的进料口上方设有加水口(6),加水口(6)设有多个,且等间距设置,加水口(6)处通过柱塞泵供水并计量。
6.根据权利要求1所述的一种煤矿湿法喷浆工艺,其特征在于:步骤1.5所述的湿喷机的喷浆管道采用弹性橡胶球或丝网球进行管道清洗,弹性橡胶球或丝网球的直径与喷浆管道内径相适应,清洗时,压力驱动弹性橡胶球或丝网球把物料从管道内顶出,完成清洗。
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