綠色環(huán)保快速薄噴技術在煤礦巷道的應用實踐

趙磊 張立文 李磊 王洋洋

摘要：巷道埋深大，垂直應力大，在高應力作用下，不僅巖石的力學性能，即抗壓、抗拉及抗剪的能力很弱，而且節(jié)理裂隙發(fā)育，穩(wěn)定性不好。巷道圍巖中各種粒度的砂巖、砂質泥巖或泥質砂巖極易風化，而且圍巖中的泥質成分容易吸水，使圍巖變軟，甚至泥化、崩解和膨脹。采用聚合物防風化砂漿對巷道進行封閉，該材料是高分子聚合物和無機材料及細骨料復合而成。產品外觀為灰色。加水施工硬化后有較好的粘結性和抗伸拉性，同時有很好的成膜性，因此也具有風化防水抗?jié)B作用。

Abstract： The roadway has a large buried depth and large vertical stress. Under high stress， not only the mechanical properties of the rock， namely compressive， tensile and shear resistance， are low， but also the development of joint cracks are not good. The sandstone， sandy mudstone or shaly sandstone of various sizes in the roadway surrounding rocks is easily weathered， and muddy components in the surrounding rocks are easily absorbed， making the surrounding rocks soft， even muddy， disintegrating and expanding. The roadway is sealed with a polymer weatherproof mortar. The material is a composite of high polymer， inorganic material and fine aggregate. The appearance of the product is gray. After the water is hardened， it has good adhesion and stretchability， and it has good film forming properties. Therefore， it also has weathering， waterproof and impervious effects.

關鍵詞：圍巖風化；聚合物防風化砂；預濕機；薄噴技術

Key words： weathering of surrounding rock；polymerization technology；prewetting machine；thin spray technology

中圖分類號：TD26 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）27-0176-02

0 引言

噴射混凝土作為礦山井巷、公鐵路遂道、地下工程及水電硐室的一種輔助支護手段，從20世紀初開始，逐漸得到了廣泛應用。隨著新奧法的推廣和普及，噴漿已為煤礦井下巷道支護普遍采用。為了達到更好的支護效果，盡快封閉巷道、防止圍巖風化、金屬網及錨桿銹蝕，噴漿已成為巖層巷道支護必不可少的一種手段。目前煤礦巷道噴漿支護還有很多無法克服的缺點，尤其是深部礦井巷道及大變形巷道，這些缺點更加突出。因此，迫切需要研究一種新型的噴漿材料，既能達到傳統(tǒng)噴漿的作用效果，并且能夠快速施工，大幅提高掘進速度；施工時無粉塵、不回彈，綠色環(huán)保且節(jié)省材料；柔性好、不易開裂，既使開裂也不片落傷人，安全可靠。

1 圍巖工程環(huán)境

趙固一礦西六盤區(qū)外水倉北鄰西翼軌道運輸大巷，東為西二回風巷，西為北翼膠帶運輸聯絡巷，南為已回采的12041工作面，在二1煤層中掘進。工作面標高-589～

-594m。老頂為中粒砂巖，厚度12.5～14.1m，灰色，厚層狀，波狀及交錯層理發(fā)育，成分以石英為主，次為長石，層面富含白云母碎片及植物頸部化石，顆粒分選磨圓差，局部裂隙發(fā)育，裂隙面富含鈣質薄膜及黃鐵礦散晶，泥硅質膠結。直接頂為砂質泥巖，厚度1.0-2.9m，灰黑色，具波狀層理，層面含白云母片及植物頸部化石，夾煤線及粉砂巖薄層。直接底為泥巖，厚度8.3～9.2m，灰褐色，厚層狀，波狀層理，層面含白云母片，含植物根部化石，局部具菱鐵質結合及煤條帶，夾粉砂巖薄層，下部含砂質夾硅質泥巖薄層，滑面附著白色次生礦物。老底為L9灰?guī)r，厚度1.9-2.3m，灰色，塊狀，含少量蜓科化石，及海百合頸部化石，遇酸劇烈起泡，堅硬，裂隙充填方解石脈。巷道掘巷過程中，易風化，頂板壓力顯現，尤其掘進1個月后，兩幫開始收斂變形，頂板出現斷錨索較多，并伴隨著巷道底鼓等動力現象。

2 巷道控制技術難點分析

①巷道埋深大，垂直應力大，在高應力作用下，不僅巖石的力學性能，即抗壓、抗拉及抗剪的能力很弱，而且節(jié)理裂隙發(fā)育，穩(wěn)定性不好。巷道圍巖中各種粒度的砂巖、砂質泥巖或泥質砂巖極易風化，而且圍巖中的泥質成分容易吸水，使圍巖變軟，甚至泥化、崩解和膨脹。

②煤礦井下潮濕，金屬網及外露的錨桿錨索構件極易銹蝕，致使金屬網對圍巖的約束力降低，錨桿、錨索預應力喪失。

3 圍巖變形控制對策

采用聚合物防風化砂漿對巷道進行封閉，該材料是高分子聚合物和無機材料及細骨料復合而成。產品外觀為灰色。加水施工硬化后有較好的粘結性和抗伸拉性，同時有很好的成膜性，因此也具有風化防水抗?jié)B作用。封閉材料的封閉原理如下[1]：

①利用水泥砂漿的水化產生一定強度，組成防風化材料的基礎（框架）。

②利用復配的粘接劑等有機材料形成的膠體包膜封閉基礎材料的裂隙，形成密實的密閉材料。

③利用復配的有機疏水材料的疏水性能，使材料具有一定的抵抗水的溶蝕的作用，從而提高抗風化材料在潮濕多水環(huán)境下的密閉性能。

④利用復配的界面劑降低體系內不同材料的界面缺陷，提高封閉材料與巖石或煤層的粘結力。

4 現場實踐應用

4.1 施工設備

預濕機。為克服粉塵蔓延，噴漿機前加裝預濕機，預濕機由防爆電機、螺旋輸送設備、噴淋水路以及上料斗組成，下方安裝于礦用軌道同距車輪，前方與噴漿機對接。加裝預濕機能有效的控制粉塵，進一步改善噴漿工作環(huán)境。圖1為礦用螺旋攪拌配料上料機[2-3]。

4.2 施工流程如圖2

4.3 施工工藝

①先將噴漿機、預濕機及材料等送達作業(yè)地點，提前對作業(yè)地點設備管路等進行防護。

②噴漿機與預濕機對接，預濕機出料口正對噴漿機下料處。

③接通噴漿機和預濕機電源和水路。

④將材料提前放在預濕機下料口附近，把編織袋拆開部分以便上料。

⑤以上工作完成后開始準備噴漿，首先將材料倒入預濕機進料口，開啟預濕機，要求上料連續(xù)不斷，材料運行中開啟水閥，并調整水料比，要求預濕機出料口材料成潮濕狀。

⑥預濕的材料進入噴漿機后開啟噴漿機，開始噴涂受噴面。噴漿射手根據情況調整水量。

⑦噴漿結束后，用水對預濕機進行清洗，防止材料硬化后粘結在設備表面。

5 效果評價

①噴涂材料粘結強度高，與煤巖壁及金屬網達到2MPa以上，附著力強，抗老化，能有效的防止煤巖層風化、防止金屬網銹蝕；

②具有較高的抗拉強度，達到2MPa以上；

③拉斷伸長率可提高2倍以上；

④收縮較小，且具有良好的抗裂和變形性能；

⑤噴涂材料達到無毒，減少環(huán)境污染，利于操作人員的身體健康；

⑥噴涂材料阻燃，抗靜電，安全性強；

⑦煤巖層裸體表面噴層厚度達到2mm以上；

⑧噴層均勻、封堵完整、無漏洞，不透水；

⑨噴層粘結力強，不脫落；

⑩實現每小班平均噴涂巷道20m，施工速度快，回彈量極小。

6 結論

薄噴技術從根本上改變了傳統(tǒng)的噴射支護工藝，使得工藝實施過程中施工粉塵大幅降低，顯著改善了施工工作環(huán)境，為施工人員的身體健康提供了用力的保障；薄噴由于攪拌均勻、噴射穩(wěn)定以及材料構成的改變，使得噴射支護過程易于掌握和控制，有效的降低了施工勞動強度，提高了施工速度；薄噴工藝系統(tǒng)適應性強，操作簡單，移動靈活，加之材料構成的改變，減少了大量的輔助運輸及其它輔助工作量，對緩解礦井井下運輸具有實際意義；薄噴封閉性好、表面光滑，有利于礦井通風。薄噴技術為礦井的高產高效及加快巷道的開拓與維護速度提供了保證。它不僅具有顯著的經濟效果，而且具有良好的社會效益，具有廣泛的應用前景。

參考文獻：

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[2]陳易通.混凝土機械[M].中國建材工業(yè)出版社，2002，7：281-293.

[3]李云江，樊炳輝.國內外濕噴機的發(fā)展現狀[J].中國設備工程，2003，1：29-30.