ZBS3/6/4-5.5型煤矿用双液注浆泵不同于国内常见泵的结构形式，是一种单缸双作用活塞泵，具有结构简单、质量轻、体积小、工作可靠等优点。主要适用于隧道开凿与维护、矿井工程、修建水坝、大型桥梁和高层建筑的基础处理工程以及各类地下工程的压力灌浆[1-3]。受设计理念及生产加工工艺的约束，批量生产的注浆泵在施工中注浆压力始终<4MPa，超过此压力后，就会出现局部泄漏，甚至密封垫全部突出，致使短时间内超压施工作业无法开展[4-8]。因此，对煤矿用双液注浆泵的密封结构进行设计改进十分必要。针对原有密封结构存在的问题，突破设计及生产加工的局限性，提出几种密封方案，利用先进的CNC技术改进加工制造工艺，实现密封结构设计改进的目的。
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一、煤矿用双液注浆泵密封结构及工作原理
ZBS3/6/4-5.5型煤矿用双液注浆泵主要由减速机和泵头2部分组成。泵头承受注浆压力，其结构如图1所示。泵头活塞在缸筒内做往复运动，缸筒左右两腔交替出现负压和正压，与之相通的吸排浆口一吸一排双向做功，4个阀座和卡在其中的4个钢球相当于4个单向阀。吸浆时，和吸浆管相连的阀打开，同时和排浆管相连的阀关闭，确保浆料在大气压作用下从吸浆管吸入缸筒；排浆时，两阀情况相反，使浆料在活塞压力作用下由排浆管排出。
由图1可知，受压端面共有2部分，均由2mm厚的成型硫化橡胶垫进行密封，一个是带有钢球座的排浆密封，另一个是较为复杂的最下层的吸浆密封，共有6个密封断面。在引进该注浆泵技术的初期，经简单技术消化，就开始小批量生产，用扳手等力矩整体组装后，初期水压试验在3MPa下时，无泄漏现象发生，一旦超过3MPa，不断从上下两密封面的四周溢水，且橡胶密封垫突出甚至撕裂。显而易见，该密封方式并不适合超压(4MPa)下的注浆能力，必须加以改进。
二、密封结构改进方案分析
1、方案一
选用密封体粗糙度为1.6m的面密封。受传统设计思路影响，认为2种粗糙度很低的面与面密封效果最好。因此在最初设计制造中，将泵头中上下受压端面的4个密封接触面在平面磨床上进行精加工(图2(a))，使其表面粗糙度达到1.6m，密封材料选用2mm厚的成型硫化橡胶，并严格在采用扳手等力矩锁紧条件下整体组装。在水压试验台进行注水压力模拟试验，压力达到3.2MPa后，开始出现浆液泄漏，并出现橡胶密封垫受压突出甚至撕裂现象，由此看来，该密封设计方式达不到要求。
2、方案二
采用受压端面为网纹滚花的面密封。基于方案1密封效果差的情况，逆向分析该问题：既然粗糙度低的面密封行不通，那么密封面粗糙度很高的情况下，利用橡胶密封垫结构面中产生许多压痕可能实现较好的密封效果，橡胶密封垫就不易突出甚至被撕裂。于是，在加工制造过程中，将泵头中上下受压端面的4个密封接触面在车床上采用专用磨制车刀，车削成类似网纹滚花刀，在轴的表面进行加工(图2(b))。样机完成后，在短时间便在较低压力下进行水压试验，各项运行参数正常，但在压力突然升高时，面与面之间冒汗现象比较严重，最终形成多个细流喷射出去。试验后打开受压端面，发现此方案失败的主要原因：虽然橡胶密封垫在螺栓的压力作用下产生微小变形，但是由于受压端面的凹痕轨迹是连续的，如果有一个点出现泄漏，那么就会在整个受压面中产生连续细流，在注浆压力较小的情况下，浆液泄漏极少，压力一旦升高，由于端面受压不平衡就会伴随多个泄漏点出现，多处冒汗现象随之发生，进而产生多个细流喷射，该密封方案行不通。
