绿色环保快速薄喷技术在煤矿巷道的应用实践

赵磊 张立文 李磊 王洋洋

摘要：巷道埋深大，垂直应力大，在高应力作用下，不仅岩石的力学性能，即抗压、抗拉及抗剪的能力很弱，而且节理裂隙发育，稳定性不好。巷道圍岩中各种粒度的砂岩、砂质泥岩或泥质砂岩极易风化，而且围岩中的泥质成分容易吸水，使围岩变软，甚至泥化、崩解和膨胀。采用聚合物防风化砂浆对巷道进行封闭，该材料是高分子聚合物和无机材料及细骨料复合而成。产品外观为灰色。加水施工硬化后有较好的粘结性和抗伸拉性，同时有很好的成膜性，因此也具有风化防水抗渗作用。

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.

关键词：围岩风化；聚合物防风化砂；预湿机；薄喷技术

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

中图分类号：TD26 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）27-0176-02

0 引言

喷射混凝土作为矿山井巷、公铁路遂道、地下工程及水电硐室的一种辅助支护手段，从20世纪初开始，逐渐得到了广泛应用。随着新奥法的推广和普及，喷浆已为煤矿井下巷道支护普遍采用。为了达到更好的支护效果，尽快封闭巷道、防止围岩风化、金属网及锚杆锈蚀，喷浆已成为岩层巷道支护必不可少的一种手段。目前煤矿巷道喷浆支护还有很多无法克服的缺点，尤其是深部矿井巷道及大变形巷道，这些缺点更加突出。因此，迫切需要研究一种新型的喷浆材料，既能达到传统喷浆的作用效果，并且能够快速施工，大幅提高掘进速度；施工时无粉尘、不回弹，绿色环保且节省材料；柔性好、不易开裂，既使开裂也不片落伤人，安全可靠。

1 围岩工程环境

赵固一矿西六盘区外水仓北邻西翼轨道运输大巷，东为西二回风巷，西为北翼胶带运输联络巷，南为已回采的12041工作面，在二1煤层中掘进。工作面标高-589～

-594m。老顶为中粒砂岩，厚度12.5～14.1m，灰色，厚层状，波状及交错层理发育，成分以石英为主，次为长石，层面富含白云母碎片及植物颈部化石，颗粒分选磨圆差，局部裂隙发育，裂隙面富含钙质薄膜及黄铁矿散晶，泥硅质胶结。直接顶为砂质泥岩，厚度1.0-2.9m，灰黑色，具波状层理，层面含白云母片及植物颈部化石，夹煤线及粉砂岩薄层。直接底为泥岩，厚度8.3～9.2m，灰褐色，厚层状，波状层理，层面含白云母片，含植物根部化石，局部具菱铁质结合及煤条带，夹粉砂岩薄层，下部含砂质夹硅质泥岩薄层，滑面附着白色次生矿物。老底为L9灰岩，厚度1.9-2.3m，灰色，块状，含少量蜓科化石，及海百合颈部化石，遇酸剧烈起泡，坚硬，裂隙充填方解石脉。巷道掘巷过程中，易风化，顶板压力显现，尤其掘进1个月后，两帮开始收敛变形，顶板出现断锚索较多，并伴随着巷道底鼓等动力现象。

2 巷道控制技术难点分析

①巷道埋深大，垂直应力大，在高应力作用下，不仅岩石的力学性能，即抗压、抗拉及抗剪的能力很弱，而且节理裂隙发育，稳定性不好。巷道围岩中各种粒度的砂岩、砂质泥岩或泥质砂岩极易风化，而且围岩中的泥质成分容易吸水，使围岩变软，甚至泥化、崩解和膨胀。

②煤矿井下潮湿，金属网及外露的锚杆锚索构件极易锈蚀，致使金属网对围岩的约束力降低，锚杆、锚索预应力丧失。

3 围岩变形控制对策

采用聚合物防风化砂浆对巷道进行封闭，该材料是高分子聚合物和无机材料及细骨料复合而成。产品外观为灰色。加水施工硬化后有较好的粘结性和抗伸拉性，同时有很好的成膜性，因此也具有风化防水抗渗作用。封闭材料的封闭原理如下[1]：

①利用水泥砂浆的水化产生一定强度，组成防风化材料的基础（框架）。

②利用复配的粘接剂等有机材料形成的胶体包膜封闭基础材料的裂隙，形成密实的密閉材料。

③利用复配的有机疏水材料的疏水性能，使材料具有一定的抵抗水的溶蚀的作用，从而提高抗风化材料在潮湿多水环境下的密闭性能。

④利用复配的界面剂降低体系内不同材料的界面缺陷，提高封闭材料与岩石或煤层的粘结力。

4 现场实践应用

4.1 施工设备

预湿机。为克服粉尘蔓延，喷浆机前加装预湿机，预湿机由防爆电机、螺旋输送设备、喷淋水路以及上料斗组成，下方安装于矿用轨道同距车轮，前方与喷浆机对接。加装预湿机能有效的控制粉尘，进一步改善喷浆工作环境。图1为矿用螺旋搅拌配料上料机[2-3]。

4.2 施工流程如图2

4.3 施工工艺

①先将喷浆机、预湿机及材料等送达作业地点，提前对作业地点设备管路等进行防护。

②喷浆机与预湿机对接，预湿机出料口正对喷浆机下料处。

③接通喷浆机和预湿机电源和水路。

④将材料提前放在预湿机下料口附近，把编织袋拆开部分以便上料。

⑤以上工作完成后开始准备喷浆，首先将材料倒入预湿机进料口，开启预湿机，要求上料连续不断，材料运行中开启水阀，并调整水料比，要求预湿机出料口材料成潮湿状。

⑥预湿的材料进入喷浆机后开启喷浆机，开始喷涂受喷面。喷浆射手根据情况调整水量。

⑦喷浆结束后，用水对预湿机进行清洗，防止材料硬化后粘结在设备表面。

5 效果评价

①喷涂材料粘结强度高，与煤岩壁及金属网达到2MPa以上，附着力强，抗老化，能有效的防止煤岩层风化、防止金属网锈蚀；

②具有较高的抗拉强度，达到2MPa以上；

③拉断伸长率可提高2倍以上；

④收缩较小，且具有良好的抗裂和变形性能；

⑤喷涂材料达到无毒，减少环境污染，利于操作人员的身体健康；

⑥喷涂材料阻燃，抗静电，安全性强；

⑦煤岩层裸体表面喷层厚度达到2mm以上；

⑧喷层均匀、封堵完整、无漏洞，不透水；

⑨喷层粘结力强，不脱落；

⑩实现每小班平均喷涂巷道20m，施工速度快，回弹量极小。

6 结论

薄喷技术从根本上改变了传统的喷射支护工艺，使得工艺实施过程中施工粉尘大幅降低，显著改善了施工工作环境，为施工人员的身体健康提供了用力的保障；薄喷由于搅拌均匀、喷射稳定以及材料构成的改变，使得喷射支护过程易于掌握和控制，有效的降低了施工劳动强度，提高了施工速度；薄喷工艺系统适应性强，操作简单，移动灵活，加之材料构成的改变，减少了大量的辅助运输及其它辅助工作量，对缓解矿井井下运输具有实际意义；薄喷封闭性好、表面光滑，有利于矿井通风。薄喷技术为矿井的高产高效及加快巷道的开拓与维护速度提供了保证。它不仅具有显著的经济效果，而且具有良好的社会效益，具有广泛的应用前景。

参考文献：

[1]邓爱民.商品混凝土[M].人民交通出版社，2000，2：234-246.

[2]陈易通.混凝土机械[M].中国建材工业出版社，2002，7：281-293.

[3]李云江，樊炳辉.国内外湿喷机的发展现状[J].中国设备工程，2003，1：29-30.