薄噴封閉技術(shù)在西曲礦北三下組煤集中運(yùn)料巷的應(yīng)用

馮琦勇

（山西西山煤電股份有限公司西曲礦，山西 太原 030200）

礦井生產(chǎn)面臨復(fù)雜的地質(zhì)條件，需解決因采深、開采強(qiáng)度產(chǎn)生的高應(yīng)力、采動(dòng)影響、復(fù)合松軟頂板、大斷面巷道等條件帶來的圍巖控制關(guān)鍵問題。同時(shí)，因巷道裸露巖石、煤體風(fēng)化及支護(hù)材料銹蝕等導(dǎo)致的巷道失修、局部垮冒現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，給礦井安全生產(chǎn)帶來極大的隱患。薄噴封閉材料具有良好的成膜性、封閉阻隔性、延展性、滲透性、環(huán)保性、阻燃性，可通過噴射于煤巖體表面而被應(yīng)用于煤礦巷道等地下工程中，作為表面封閉、加固，防風(fēng)化、銹蝕及腐蝕使用。

1 噴射混凝土技術(shù)與薄噴技術(shù)對(duì)比

1.1 噴射混凝土技術(shù)目前存在的主要問題

（1）被動(dòng)承載支護(hù)作用?；炷羾娚鋵庸袒笮纬伞皻んw”結(jié)構(gòu)，只有在圍巖發(fā)生形變后，“殼體”才能夠施加反作用力，支護(hù)作用有限，實(shí)際真正起到支護(hù)作用的是錨網(wǎng)、錨索、鋼帶、工字鋼、U 型鋼等其他聯(lián)合支護(hù)方式。

（2）粘結(jié)作用不佳。射進(jìn)圍巖裂隙，粘結(jié)破碎巖（煤）塊，增大殘余破碎強(qiáng)度，實(shí)際上由于噴射骨料顆粒較大，難以進(jìn)入5 mm 以下裂隙，粘結(jié)效果不佳，且粘結(jié)強(qiáng)度小。

（3）噴層無延展性，易變形開裂?；炷羾妼訜o變形延伸能力，巷道動(dòng)壓影響及緩慢變形時(shí)，容易引起噴層開裂、剝落形成新的安全隱患。

（4）粉塵大，回彈高，輔助運(yùn)輸量大，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大。噴射作業(yè)用人多，勞動(dòng)強(qiáng)度大，粉塵嚴(yán)重超標(biāo)，危害礦工身體健康，尤其是進(jìn)風(fēng)巷道作業(yè)，污染新鮮風(fēng)流。

（5）封閉作用有限。噴射混凝土噴層固化后，含有導(dǎo)水、導(dǎo)氣孔。導(dǎo)水孔使其不能對(duì)包裹的金屬支護(hù)物進(jìn)行有效防銹蝕封閉。導(dǎo)氣孔的存在不能有效對(duì)空氣中的氧氣及帶壓有害氣體（瓦斯）進(jìn)行有效封閉，不能有效避免煤層氧化及有害氣體擴(kuò)散。

1.2 薄噴封閉技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

（1）噴涂速度快。對(duì)巷道掘進(jìn)作業(yè)影響小，可以節(jié)省巷道施工中噴漿作業(yè)所用工時(shí)。

（2）粘結(jié)力強(qiáng)?？梢钥焖倮喂陶辰Y(jié)巖石、金屬材質(zhì)、塑料、木材等不同材料。

（3）密閉性好。能夠有效隔水，防止瓦斯溢出，噴層有較好的柔韌性、抗彎折、成膜性，抗剪切強(qiáng)度高，噴涂施工時(shí)無粉塵，回彈率低。

（4）節(jié)能環(huán)保。材料為無毒無味純粉末狀，便于施工，物理凝固不發(fā)熱、阻燃、抗靜電，綠色施工，安全環(huán)保。

（5）移動(dòng)方便。氣動(dòng)噴漿機(jī)體積小、重量輕，節(jié)省運(yùn)輸費(fèi)用，并且占地面積小。

（6）安全可靠。氣動(dòng)噴漿機(jī)以氣源為動(dòng)力，無需電源，設(shè)備投資成本低，可節(jié)省費(fèi)用，施工安全可靠。

2 薄噴技術(shù)應(yīng)用

針對(duì)西曲礦北三下組煤集中運(yùn)料巷4 段處于構(gòu)造段，因長(zhǎng)期未噴漿造成巷道煤體風(fēng)化、支護(hù)材料銹蝕等問題，確定將北三下組煤集中運(yùn)料巷4 段作為試驗(yàn)巷道。

2.1 地面薄噴試驗(yàn)

由于西曲礦首次使用薄噴封閉技術(shù)[1-5]，為了解其性能效果，2020 年3 月16 日下午首先在地面進(jìn)行了初步試驗(yàn)，試驗(yàn)地點(diǎn)為地面西車場(chǎng)。試驗(yàn)過程如下：使用了一袋25 kg 薄噴料對(duì)壩墻進(jìn)行了噴漿，噴漿面積約15 m2，厚度約1～2 mm，1 h 后噴漿料表面結(jié)膠。3 月17 日下午對(duì)薄噴效果進(jìn)行復(fù)查，噴漿料已徹底凝固，粘結(jié)效果良好。

2.2 井下薄噴試驗(yàn)

經(jīng)過地面試驗(yàn)后，于2020 年4 月1 日—20 日在西曲礦井下北三下組煤集中運(yùn)料巷4 段進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)。試驗(yàn)過程如下：對(duì)巷幫進(jìn)行了初次噴漿，試驗(yàn)巷道為9 號(hào)煤架棚巷道，現(xiàn)場(chǎng)使用3 袋15 kg薄噴料，巷幫噴漿面積約38 m2，從設(shè)備到位開始計(jì)算共用時(shí)75 min，噴漿90 min 后漿料無表干。后期先后對(duì)初噴段兩幫進(jìn)行了1 次復(fù)噴，其中對(duì)勾木后方垮落處等進(jìn)行了2 次復(fù)噴。對(duì)煤巖體、勾木、棚子等的封閉達(dá)到了預(yù)期效果。

3 試驗(yàn)效果分析

3.1 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)效果

根據(jù)前期試驗(yàn)效果分析，薄噴封閉技術(shù)相對(duì)傳統(tǒng)混凝土噴漿具有明顯優(yōu)勢(shì)，遂在全礦范圍內(nèi)進(jìn)行推廣使用。先后在北三回風(fēng)巷噴漿545 m，南四泄水巷集控硐室附近噴漿密閉1 道，共用870 kg 噴漿料噴了約200 m2面積，使用效果良好，無漏風(fēng)、滾幫、漏渣等情況?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用當(dāng)中，相較于噴射混凝土技術(shù)，薄噴封閉技術(shù)具有顯著優(yōu)勢(shì)：（1）噴漿機(jī)體積小、重量輕，只需1 人就可長(zhǎng)距離拉動(dòng)，不需要軌道；（2）氣動(dòng)噴漿機(jī)以氣源為動(dòng)力，無需電源；（3）粘結(jié)力強(qiáng)，能夠快速牢固粘結(jié)巷幫的巖石、煤體、板梁和棚子；（4）噴漿施工時(shí)基本無粉塵，回彈率極小。

3.2 經(jīng)濟(jì)效益分析

（1）薄噴封閉技術(shù)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況，共用870 kg 噴漿料噴了約200 m2面積，每平方米用量按4.5 kg 計(jì)算，漿料成本約26 元/kg，每平方米所需噴料費(fèi)用為117 元；每小班3 人約可噴涂150 m2，按初噴1 次，復(fù)噴2次計(jì)算，工人工資按每班300 元/人計(jì)算，噴涂每平方米所需人工費(fèi)用為18 元/m2。合計(jì)總費(fèi)用為135 元/m2。

（2）傳統(tǒng)混凝土噴漿

按每平方米用水泥100 kg，單價(jià)0.43 元/kg，合計(jì)43 元/m2；每平方米用沙料0.43 m3，單價(jià)110元/m3，合計(jì)47.3 元/m2；每平方米使用速凝劑14.3 kg，單價(jià)0.95 元/kg，合計(jì)13.6 元/m2?？傆?jì)材料成本103.9 元/m2。每小班8 人約可噴涂28 m2，工人工資按每班300 元/人計(jì)算，噴涂每平方米所需人工費(fèi)用為85.7 元/m2。合計(jì)總費(fèi)用為189.6 元/m2。

通過以上對(duì)比可知：ZMKJ 薄噴料的材料成本比傳統(tǒng)混凝土噴漿略高，但加上人工成本費(fèi)后要比傳統(tǒng)混凝土噴漿低54.6 元/m2。預(yù)計(jì)在2020 年通過全礦范圍的使用，全年共計(jì)可節(jié)省成本約52 萬元。

4 結(jié)語

相較于以往的噴射混凝土技術(shù)，通過薄噴封閉技術(shù)在西曲礦北三下組煤集中運(yùn)料巷的應(yīng)用試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了用人少、勞動(dòng)強(qiáng)度低、回彈率低、粉塵少、噴漿速度快、不用電源、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、封閉效果好等諸多經(jīng)濟(jì)技術(shù)效果，可推廣應(yīng)用到其他類似條件的礦井當(dāng)中。