濕噴混凝土技術(shù)在田興鐵礦巷道支護中的應(yīng)用

高 超 閆滿志 王文才

(河北鋼鐵集團礦業(yè)有限公司田興鐵礦)

濕噴混凝土技術(shù)在田興鐵礦巷道支護中的應(yīng)用

高 超 閆滿志 王文才

(河北鋼鐵集團礦業(yè)有限公司田興鐵礦)

介紹了濕噴法的施工材料及配比、施工流程及工藝，并在田興鐵礦東北回風(fēng)井井下巷道進行噴射試驗，結(jié)果表明，采用濕噴法，粉塵濃度降低近10倍，生產(chǎn)效率提高近3倍，回彈量得到有效控制，混凝土強度得到了保證，并將在其他巷道中推廣應(yīng)用濕噴技術(shù)，達(dá)到更好的經(jīng)濟效益。

噴射混凝土 濕噴法 巷道支護

噴射混凝土的施工方法一般分為干噴法和濕噴法。目前地下金屬礦山巷道支護多采取傳統(tǒng)的干噴法，雖然操作簡單，但是粉塵濃度大、回彈量大。濕噴法與其相比，具有粉塵濃度低、生產(chǎn)效率高、回彈率低、混凝土勻質(zhì)性好等優(yōu)勢，可以改善工人的施工環(huán)境，降低粉塵對工人的身體損害，同時提高施工進度，是巷道支護的發(fā)展新趨勢。

1 工程概況

田興鐵礦共有12條豎井、1條斜坡道，設(shè)計年采選鐵礦石2 000萬t，為目前國內(nèi)最大的在建地下鐵礦山，現(xiàn)各井均已進入平巷施工。田興鐵礦平巷噴護方式為素噴混凝土支護，為傳統(tǒng)的干噴混凝土法，施工中粉塵量大、回彈量多，工作環(huán)境嚴(yán)重惡化，并造成一定浪費。為改善作業(yè)環(huán)境，提高支護效率，降低成本，礦山?jīng)Q定采用濕噴混凝土技術(shù)。

東北回風(fēng)井-375 m平巷為此次濕噴試驗巷道。井下巖石成分較簡單，主要由顆粒較細(xì)的黑云斜長變粒巖及花崗巖組成，巖體硬度系數(shù)f=8～12。設(shè)計采用C30濕噴混凝土，厚100 mm。

2 濕噴混凝土原材料及配比

采用冀東P.O42.5R普通硅酸鹽水泥(袋裝)。該水泥早期強度高，后期強度可持續(xù)增長，質(zhì)量穩(wěn)定，外加劑適應(yīng)性好?？箟簭姸? d可達(dá)21 MPa，28 d 后強度達(dá)42.5 MPa；抗折強度3 d后達(dá)4 MPa，28 d后強度達(dá)到6.5 MPa。

砂石是指砂粒和碎石的混合物。骨料粒徑在0.15～5 mm的砂粒稱為細(xì)骨料,選用質(zhì)地堅硬、級配良好的中砂,細(xì)度模數(shù)為2.5～3.0,含泥量不超過3%。骨料粒徑大于5 mm的碎石稱為粗骨料,選用質(zhì)地堅硬、級配良好的碎石(或卵石),5～16 mm連續(xù)級配,針、片狀顆粒含量不大于15%，含泥量不大于1%[1]。

采用高效782型速凝劑，主要材料為礬泥、礬土、石灰石、碳酸鈉。摻量控制在3%～6%，初凝時間為1～3 min，終凝時間為3～6 min[2]。

選用JP-1型高效減水劑，主要材料為乙-萘磺酸甲醛縮合物鈉鹽。摻量控制在0.5%～1%，減水率達(dá)12%～25%，混凝土強度提高15%～30%，節(jié)約水泥10%～20%。

混凝土強度按公式

f=f0+1.645σ,

(1)

式中,f為混凝土配制強度,MPa;f0為設(shè)計的混凝土抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值,MPa;σ為混凝土標(biāo)準(zhǔn)差，MPa，可按表1取值。

表1 普通混凝土強度標(biāo)準(zhǔn)差σ選值 MPa

混凝土等級≤C15C20～C35≥C40強度標(biāo)準(zhǔn)差σ4.05.06.0

根據(jù)混凝土噴射機的輸送管直徑，確定粗骨料的最大粒徑為15mm連續(xù)級配，砂率為42%，水泥用量一般控制在430～540kg/m3，水灰比控制在0.44～0.60，坍落度控制在80～130mm，速凝劑摻量一般取水泥用量的3%，減水劑摻量為0.8%。通過大量的井下現(xiàn)場試驗，確定C30噴射混凝土最優(yōu)配比，見表2[3]。

表2 現(xiàn)場試驗濕噴混凝土最優(yōu)配比

3 濕噴混凝土工藝

目前常用的濕噴設(shè)備一般包括無機械手及行走系統(tǒng)的濕噴機和帶機械手及行走系統(tǒng)的濕噴車兩類。在試驗的最初階段采取濕噴機。其噴漿原理就是用泵把混凝土輸送到噴槍噴嘴處，利用帶速凝劑的壓縮空氣把混凝土噴射到受噴工作面。

3.1 噴前準(zhǔn)備

(1)噴射混凝土前，檢查掘進斷面尺寸，用撬棍清除危石，鑿除欠挖部分。

(2)先用高壓水從拱頂自上往下將基巖面清洗干凈，再用高壓風(fēng)將巖面吹干。若基巖面有滲水部位，先對其進行注漿封堵，或安裝孔口管引出淋水。

(3)按照設(shè)計要求每米埋設(shè)1根110mm長的鋼筋作為噴射厚度控制標(biāo)志，鋼筋外漏長度為設(shè)計厚度。

(4)檢查風(fēng)、水、電等管線，對噴濕機進行試運行，確保作業(yè)區(qū)通風(fēng)良好、照明完善。

3.2 噴射流程

濕噴法的噴射流程和干噴法有明顯的差別，最主要是配合比中水和速凝劑的用量及其摻入的環(huán)節(jié)不同，濕噴流程見圖1。

圖1 濕噴工藝流程

3.3 噴射作業(yè)

3.3.1 輸料管清理

骨料進入攪拌機前進行篩選，不得使用粒徑超標(biāo)的骨料，用水清洗輸料管，避免發(fā)生堵管現(xiàn)象。

3.3.2 風(fēng)壓控制及數(shù)據(jù)收集

先對濕噴機送風(fēng)，檢查并調(diào)整風(fēng)壓，控制在0.2～0.4MPa，然后在運行濕噴機，最后再供料。原料摻入比例按塌落度試驗的最優(yōu)配比，噴射時隨時注意收集塌落度、外加劑摻入量等數(shù)據(jù)，為后續(xù)配比的優(yōu)化做保證。

3.3.3 速凝劑摻量及控制

混凝土料由攪拌機連續(xù)供應(yīng)給濕噴機，根據(jù)混凝土配比摻量要求及濕噴機的噴射檔位，調(diào)整速凝劑的添加量，噴射速度宜控制在10m3/h左右,均勻噴射。按濕噴工藝流程，速凝劑在噴嘴處經(jīng)高風(fēng)壓滲入混凝土中，以達(dá)到更好的速凝效果。

3.3.4 噴槍與巖面距離及噴射角度

根據(jù)塌落度及風(fēng)壓大小控制噴槍到巖面的距離，通常取0.6～1.2m，可以使巖面的混凝土均勻性更佳。噴槍角度宜垂直正對工作面，連續(xù)平穩(wěn)地噴射,噴槍與巖面角度不易低于75°，否則高壓風(fēng)會將上部剛噴射好的混凝土吹落，增加回彈量。

3.3.5 噴混凝土順序及方式

噴射時先將低洼處大致噴平，然后按照先墻后拱、自下而上的順序進行噴射。噴槍對著受噴巖面作均勻順時針旋轉(zhuǎn)噴射，以一圈壓半圈的方式橫向移動，噴射長度不應(yīng)超過40cm，高10～15cm。

3.3.6 分層噴射

為達(dá)到最佳的效果，采用分層噴射，一次噴射厚度頂拱控制在50～60mm，邊墻控制在60～80mm；分層噴射時，應(yīng)在前一層混凝土終凝后進行后一層噴射。對于含水層巖石段，可先初噴一層10～20mm厚的細(xì)骨料混凝土，然后再分層噴射至設(shè)計要求。

3.3.7 噴射檢驗

噴射作業(yè)完畢后，用清水將濕噴機和輸料管內(nèi)的積料清除干凈?；炷两K凝2h后，進行養(yǎng)護，在下次施工前檢測上次的噴射混凝土厚度是否滿足設(shè)計和規(guī)范要求。若出現(xiàn)質(zhì)量問題，應(yīng)及時鑿除，沖洗干凈后進行重噴。

4 應(yīng)用效果

通過對東北回風(fēng)井井下濕噴試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計，對2種噴射方法做出比較，見表3[4]。

表3 2種混凝土噴射技術(shù)指標(biāo)比較

由表3得知，濕噴法使粉塵濃度大幅降低，生產(chǎn)效率提高近3倍，回彈量得到有效控制，混凝土強度得到了保證，綜合成本雖然比干噴法略高，但是從作業(yè)安全、工程質(zhì)量、工程進度綜合對比，濕噴法具有顯著的優(yōu)勢。

5 結(jié) 語

根據(jù)井下大量的濕噴試驗，對混凝土配比進行不斷調(diào)整、優(yōu)化，最終確定了符合東北回風(fēng)井巷道地質(zhì)條件的噴射方案。通過對巷道噴護質(zhì)量進行聯(lián)查，支護厚度及混凝土強度達(dá)標(biāo)，表面無明顯的水跡，防水效果較好。雖然提高了綜合成本，但是巷道的空氣質(zhì)量和工程的施工進度得到了改善，為向現(xiàn)代化礦山發(fā)展邁出了堅實的一步。此次無機械手人工操作的應(yīng)用在現(xiàn)場試驗積累了寶貴的經(jīng)驗，也為其他巷道推廣濕噴技術(shù)打下了基礎(chǔ)，同時也將在其他巷道中繼續(xù)試驗機械手及行走系統(tǒng)的濕噴技術(shù)。

[1] 王清江.隧道濕噴混凝土施工技術(shù)[J].國防交通工程與技術(shù)，2010(3):63-67.

[2] 侯家福.高效782速凝劑的應(yīng)用[J].煤炭技術(shù)，2002(6):80-81.

[3] 李保軍.隧道濕噴混凝土施工技術(shù)[J].鐵道建筑技術(shù)，2011(2):143-144.

[4] 韓 斌,武拴軍,李宏業(yè).高效機械化濕噴混凝土技術(shù)及其在地下礦山的應(yīng)用[J].金屬礦山，2009(5):23-26.

2014-11-04)

高 超(1986—)，男，助理工程師，063701 河北省灤縣。