新型濕式薄噴材料在錨網(wǎng)支護(hù)巷道中的試驗(yàn)研究

中圖分類(lèi)號(hào)：TD353.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

摘要：目前，煤礦常用普通噴射混凝土來(lái)防治圍巖風(fēng)化，但在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中仍存在很多不足之處。為了保證煤礦安全生產(chǎn)，延長(zhǎng)巷道的使用壽命，必須研制出一種新的材料和工藝來(lái)防治圍巖風(fēng)化及金屬銹蝕。

關(guān)鍵詞：錨網(wǎng)支護(hù)巷道；聚合物水泥基復(fù)合材料；性能

一、前言

錨網(wǎng)支護(hù)是煤礦支護(hù)技術(shù)改革的一大進(jìn)步，在提高單進(jìn)和降低支護(hù)成本中起到了重要作用。但是，隨著巷道服務(wù)時(shí)間的增加，在巷道變形膨脹的作用下，錨桿受力逐漸增加，而在井下潮濕的特殊條件下，巷道表面巖層逐漸風(fēng)化，圍巖強(qiáng)度日趨降低。在錨桿作用力之下，風(fēng)化的圍巖極易被錨桿托盤(pán)壓壞，而托盤(pán)下的圍巖一旦破壞，錨桿的作用力將隨之降低甚至完全失效。更為嚴(yán)重的是，在井下潮濕環(huán)境下，錨桿、托盤(pán)及金屬網(wǎng)銹蝕嚴(yán)重，錨網(wǎng)等金屬支護(hù)材料的銹蝕使得錨桿支護(hù)極易發(fā)生松弛、拉壞等情況，使得錨桿預(yù)應(yīng)力逐漸損失，從而導(dǎo)致支護(hù)效果變差，嚴(yán)重影響了巷道的穩(wěn)定。因此，為了保證礦井生產(chǎn)安全，延長(zhǎng)巷道的使用壽命，必須對(duì)新掘進(jìn)巷道及時(shí)進(jìn)行封閉。

二、煤礦普通噴射混凝土存在的問(wèn)題

目前，在我國(guó)礦山建設(shè)領(lǐng)域支護(hù)、加固和解決圍巖風(fēng)化及錨桿金屬網(wǎng)銹蝕方面普遍采用的仍是普通混凝土和普通水泥砂漿，包括兩種施工方法：干噴和濕噴。干噴是目前礦山井下施工的主要方法，采用混凝土拌合料在噴槍出口處和高壓水混合后噴出，由于拌合料和高壓水濕釋時(shí)間短，噴速快，造成大量水泥干料來(lái)不及濕釋即噴出，造成施工現(xiàn)場(chǎng)粉塵能度大，施工環(huán)境惡劣，混凝土回彈率大，施工速度慢，成本高。濕噴能較好解決了粉塵能度問(wèn)題，但由于混凝土拌合物的稠度較大，噴射時(shí)對(duì)漿液的輸送難度很大，目前在設(shè)備方面還沒(méi)有找到更好的解決辦法。因此，為了解決這已日益嚴(yán)重的問(wèn)題，有必要探討研究采用其它技術(shù)途徑來(lái)解決巷道錨網(wǎng)支護(hù)后的金屬銹蝕、圍巖風(fēng)化等問(wèn)題。

三、聚合物水泥基噴涂材料試驗(yàn)研究

3.1聚合物水泥基噴涂材料的發(fā)展概況

聚合物水泥基材料，自1923年問(wèn)世以來(lái)，得到了迅速發(fā)展。20世紀(jì)80年代后，世界范圍對(duì)這一領(lǐng)域研究的興趣與日俱增，并取得了大量的成果。目前，在這一領(lǐng)域比較先進(jìn)的國(guó)家有美國(guó)、日本、俄羅斯和德國(guó)等。他們主要集中在聚合物混凝土、聚合物防水材料和聚合物乳液三個(gè)方面的研究，這些產(chǎn)品及材料主要應(yīng)用于土木及建筑工程領(lǐng)域。我國(guó)對(duì)聚合物水泥基復(fù)合材料的研究從20世紀(jì)50年代開(kāi)始，80年代正式應(yīng)用。

聚合物水泥基噴涂材料，是指將聚合物高分子膠結(jié)材料，摻加到水泥漿液中拌和均勻而成的聚合物水泥漿液。水泥漿液中添加活化處理的聚合物后，可高度均勻地散布在水泥之中，易于水泥中的混合材料及添加劑共同作用，達(dá)到同樣高的性能指標(biāo)。

3.2聚合物水泥基噴涂材料性能指標(biāo)

通過(guò)試驗(yàn)表明：在水泥漿體粘度相同的情況下，聚合物水泥基漿體可噴性得到明顯的改善；聚合物水泥漿體與圍巖的粘結(jié)性能大大改善；改性的水泥漿拉伸粘結(jié)強(qiáng)度比水泥漿體提高約100%～300%，14d剪切粘結(jié)強(qiáng)度最大可提高100%～140%。聚合物的最佳摻量（聚合物占水泥的質(zhì)量分?jǐn)?shù)）對(duì)聚合物改性水泥漿體影響很大，聚合物改性水泥漿體的干燥收縮與聚合物的品種、填料摻量和水灰比有關(guān)。

3.3濕式噴涂設(shè)備性能指標(biāo)

（1）設(shè)備能滿(mǎn)足噴射聚合物水泥基噴涂材料的需要；（2）適用于井下施工條件；（3）生產(chǎn)效率高，速度快，每班達(dá)到噴射20m，最高40m；（4）水平輸送距離大于30m，垂直距離達(dá)到6m，回彈率小于1%，設(shè)備重量輕，便于搬運(yùn)。

3.4其它技術(shù)指標(biāo)

（1）施工工藝簡(jiǎn)單，易于操作，工人勞動(dòng)強(qiáng)度低；（2）噴涂材料粘結(jié)強(qiáng)度高，與圍巖或煤壁達(dá)到4Mpa以上，與鋼筋網(wǎng)達(dá)到0.9Mpa以上，附著力強(qiáng)，抗老化，能有效的防止煤巖層風(fēng)化、防止金屬網(wǎng)銹蝕；（3）具有較高的抗折和抗拉強(qiáng)度，分別達(dá)到11.4Mpa、6.1Mpa，抗壓強(qiáng)度達(dá)到40MPa以上；（4）抗拉彈性模量降低大于37%以上；極限延伸率大，可提高2.45倍以上；（5）收縮較小，且具有良好的抗裂和變形性能；施工速度快，回彈量極小，無(wú)粉塵；現(xiàn)場(chǎng)噴漿效果：噴漿嚴(yán)實(shí)，堅(jiān)硬致密，表面光滑；（6）噴涂材料達(dá)到無(wú)毒，減少環(huán)境污染，利于操作人員的身體健康。

四、施工工藝研究

4.1工藝流程

（1）噴漿準(zhǔn)備、配料、攪拌及設(shè)備使用前的準(zhǔn)備工作

1）原材料的稱(chēng)重允許偏差：水泥和各種添加劑均為±2%；

2）作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)清理：①拆除作業(yè)面障礙物、清除開(kāi)挖面的浮石墻角的巖渣、堆積物；埋設(shè)控制噴射水泥基漿液厚度的標(biāo)志；②開(kāi)機(jī)司機(jī)與噴射手不能直接聯(lián)系時(shí)，應(yīng)配備聯(lián)絡(luò)裝置；作業(yè)區(qū)應(yīng)有良好的通風(fēng)和足夠的照明。

3）設(shè)備檢查：①ZB-200/4-22電動(dòng)注漿泵1臺(tái)；風(fēng)動(dòng)攪拌桶機(jī)2個(gè)，規(guī)格為直徑800mm，高度1000mm；平車(chē)1輛，高壓注漿管30米，自制噴槍2個(gè)。運(yùn)轉(zhuǎn)前，檢查注漿泵及配套設(shè)備，確保施工機(jī)具的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。②檢查風(fēng)水管，確保壓力正常；對(duì)所噴巷道電纜、管路、設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，電纜放下，電纜、電纜鉤、管路等用塑料布包上；提前運(yùn)料到噴漿地點(diǎn)，調(diào)整噴漿設(shè)備。

（2）清掃（清洗）煤巖壁、金屬網(wǎng)。

（3）噴料裝機(jī)、攪拌

噴涂漿液的攪拌采用風(fēng)動(dòng)攪拌桶攪拌，先攪拌水泥漿，后加添加劑。攪拌時(shí)間以漿液攪勻全部懸浮為準(zhǔn)。

（4）輸料、噴漿操作

1）噴涂工藝過(guò)程

將滿(mǎn)足要求的水泥、水、各種添加劑按配合比加入攪拌桶進(jìn)行攪拌，攪拌好的成品水泥漿液通過(guò)管道與注漿泵相接，然后開(kāi)泵按操作規(guī)程進(jìn)行噴射。主要包括：①按配比進(jìn)行攪拌噴漿料，達(dá)到噴漿標(biāo)準(zhǔn)要求。②開(kāi)動(dòng)設(shè)備進(jìn)行噴漿，先從一個(gè)方向噴一遍，接著再?gòu)牧硪环较驈?fù)噴一遍，頂部根據(jù)需要可復(fù)噴2-3次，把煤壁裂隙和金屬網(wǎng)四周?chē)娋鶆?。噴漿時(shí)堅(jiān)持先頂后幫，從上向下的順序進(jìn)行。③噴漿后及時(shí)清理現(xiàn)場(chǎng)雜物，沖刷設(shè)備和管路。

2）噴嘴的操作

①?lài)娮斓膰娚浣嵌龋寒?dāng)噴嘴嚴(yán)重偏離垂直方向時(shí)，噴射水泥漿液將會(huì)在受?chē)娒鏉L動(dòng)或不斷重迭。噴嘴的噴射角度應(yīng)盡量與受?chē)娒姹３执怪薄?/p>

②噴嘴距受?chē)娒婢嚯x：噴頭與受?chē)娒娴木嚯x以漿液回彈少、噴射有力為合宜。這一距離以1.5～2.5米較為適宜。

（5）復(fù)噴。

（6）停機(jī)、清洗噴射設(shè)備及管路，質(zhì)量檢查。

4.2噴涂方式

采用噴涂設(shè)備將漿液送入噴槍?zhuān)脟姌寣娡坎牧蠂娡吭诿簬r層及金屬網(wǎng)表面，形成一層均勻致密的噴層。

4.3噴涂設(shè)備

采用壓力∠20Mpa、流量∠2L/min的高壓噴射機(jī)，可用注漿泵代替，噴槍可購(gòu)置代用噴槍或自行設(shè)計(jì)，攪拌桶可風(fēng)動(dòng)或電動(dòng)。

4.4勞動(dòng)組織

（1）人員組成

一個(gè)噴射點(diǎn)可配備5人，一個(gè)人負(fù)責(zé)噴槍?zhuān)韮扇素?fù)責(zé)設(shè)備及供料，為保證均衡作業(yè)，2人輔助作業(yè)，噴槍的噴涂能力每小時(shí)可達(dá)40～50m2，考慮到井下作業(yè)條件差，每小時(shí)噴涂易控制在20～30m2之內(nèi)。

五、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益分析

若使用普通噴射混凝土，考慮20%回彈率，通常情況下1m3噴射混凝土材料組成用用量為水泥500kg，砂800kg，石子1000kg，速凝劑20kg左右。材料按照現(xiàn)在市場(chǎng)價(jià)，則噴射1m巷道的成本為181元。

根據(jù)試驗(yàn)，采用聚合物不泥基噴涂料，水泥用量約為每米巷道50kg/m，成本15元，聚合物及添加劑用量成本15元，平均30元，則噴涂1m巷道的成本為30元；如果按每平方米計(jì)算，則噴涂每平方米2～3元/m2。如考慮人員減少，速度加快，運(yùn)輸設(shè)備減少等待料的間接效益，則節(jié)省費(fèi)用將更多。

作者簡(jiǎn)介：

周詩(shī)建（1965-），男，本科，重慶市沙坪壩區(qū)，采煤副教授，現(xiàn)就職于重慶工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，主要從事煤礦開(kāi)采，安全管理教學(xué)和科研工作。