煤礦高強(qiáng)混凝土濕噴成套技術(shù)研究與應(yīng)用

柴貴生

（同煤集團(tuán)煤炭運(yùn)銷總公司，山西 大同 037003）

煤礦高強(qiáng)混凝土濕噴成套技術(shù)研究與應(yīng)用

柴貴生

（同煤集團(tuán)煤炭運(yùn)銷總公司，山西 大同 037003）

煤礦高強(qiáng)混凝土濕噴技術(shù)是現(xiàn)代化煤礦安全、理想、新型的強(qiáng)化支護(hù)技術(shù)，通過(guò)對(duì)干噴法和濕噴法的比較分析，得出濕噴法的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)價(jià)值定將隨其應(yīng)用推廣獲得更大實(shí)現(xiàn)。

煤礦；高強(qiáng)混凝土濕噴；應(yīng)用

1 問(wèn)題的提出

1.1 噴射混凝土的研究現(xiàn)狀

噴射混凝土噴射方法分為兩種：干噴法和濕噴法。初始階段，人們一般使用干噴法。十幾年前，干噴法在施工中一直占據(jù)統(tǒng)治地位，特別在我國(guó)煤礦領(lǐng)域更是占據(jù)絕對(duì)地位。目前，濕噴工藝在世界各種行業(yè)內(nèi)，以其獨(dú)有優(yōu)勢(shì)已占據(jù)了主導(dǎo)地位，而且是一種發(fā)展趨勢(shì)，特別是近代濕拌噴射混凝土技術(shù)的發(fā)展，大大擴(kuò)展了噴射混凝土在地下工程中的使用范圍。過(guò)去有些不可能實(shí)現(xiàn)的工程項(xiàng)目，有了噴混凝土法后現(xiàn)在變得實(shí)際可行了。從現(xiàn)狀看，全世界70%的噴射混凝土量是采用濕噴法施工的，只有30%還用干噴法施工的。我國(guó)的煤礦，目前都用干噴技術(shù)，因?yàn)楦蓢娂夹g(shù)存在回彈率高、粉塵大、噴射強(qiáng)度得不到保證，目前的噴漿只能作為巖層的防風(fēng)化保護(hù)層，不能作為有效的支護(hù)手段等的問(wèn)題，這就使得濕噴技術(shù)在煤礦中有了廣闊的推廣市場(chǎng)。

1.2 噴射混凝土的干噴法和濕噴法比較分析

1.2.1 干噴法和濕噴法的工藝比較分析

噴射混凝土說(shuō)是一種特殊混凝土，其實(shí)只是多種現(xiàn)澆混凝土中的一種，與正常混凝土一樣，它的水灰比、水泥用量、混凝土料的稠度、二次處理等，都須遵守一定要求。初始階段，很多工程領(lǐng)域只會(huì)使用干噴法施工，先將水泥和骨料干拌后置入機(jī)器內(nèi)，后用壓縮空氣通過(guò)軟管把這些材料壓送出去，水泥水化作用所需的水在噴槍的噴嘴部位加入。表1為干噴法和濕噴法工藝比較。

表1 干噴法和濕噴法的工藝比較

1.2.2 影響噴射混凝土質(zhì)量的主要因素

一是濕噴工藝還是干噴工藝；二是混凝土的配合比；三是高效減水劑的使用；四是纖維（鋼纖維或合成聚合物纖維）的使用增加混凝土強(qiáng)度；五是摻和料（硅粉等）的使用：提高泵送性、和易性、增加強(qiáng)度、減少回彈；六是在速凝劑的選擇（見表2）方面?zhèn)鹘y(tǒng)粉狀鋁酸鹽速凝劑使混凝土最終強(qiáng)度降幅達(dá)30%～50%，屬于強(qiáng)堿性速凝劑，有強(qiáng)腐蝕性。使用液態(tài)無(wú)堿速凝劑，則可使混凝土最終強(qiáng)度保持在90%～110%之間，無(wú)腐蝕性；七是噴射施工方法上采用：手噴還是機(jī)械手噴射。人工操作使得噴嘴與巖面的距離和角度得不到很好的控制，機(jī)械手噴射則可以保證。

表2 濕噴法選擇無(wú)堿速凝劑的五大優(yōu)點(diǎn)

1.2.3 濕噴混凝土基本成分

水泥（散裝最好）、外加劑/摻和料、使用高性能減水劑、使用硅灰和鋼纖維，必要時(shí)需要其他高性能添加劑。骨料：骨料可就地取材，避免破碎骨料，最大為10 mm，最好是8 mm以下，圓形骨料最佳；沙子以河砂為最佳；但必須有良好的級(jí)配，骨料的級(jí)配會(huì)直接影響混凝土的和易性、需水量、回彈等。

2 主要研究?jī)?nèi)容、技術(shù)路線和創(chuàng)新點(diǎn)

2.1 主要研究?jī)?nèi)容

a.不同圍巖條件和施工條件的系列濕噴材料研究。研究濕噴的材料配比和高性能混凝土的制配，達(dá)到濕噴要求的性能參數(shù)。試驗(yàn)巷道圍巖力學(xué)性能測(cè)試，進(jìn)行圍巖穩(wěn)定性分類。確定不同類型圍巖要求的濕噴性能，包括凝固時(shí)間、初凝及終凝強(qiáng)度，研制適宜的材料配比。特殊地點(diǎn)例如過(guò)斷層破碎帶、冒落區(qū)、淋水段等，確定圍巖要求的濕噴性能，包括凝固時(shí)間、初凝及終凝強(qiáng)度，研制適宜的材料配比。

b.濕噴工藝研究。人員的培訓(xùn)，設(shè)備選型：初步選我國(guó)現(xiàn)在應(yīng)用的普通噴漿機(jī)，即可進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)濕噴試驗(yàn)。制定濕噴工藝正規(guī)操作程序。

c.濕噴效果評(píng)價(jià)及工程質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。濕噴與干噴的環(huán)境評(píng)價(jià)，對(duì)粉塵濃度對(duì)比監(jiān)測(cè)。濕噴與干噴的強(qiáng)度評(píng)價(jià)，對(duì)強(qiáng)度對(duì)比監(jiān)測(cè)。濕噴與干噴的粘結(jié)強(qiáng)度對(duì)比監(jiān)測(cè)；濕噴支護(hù)的力學(xué)分析，建立不同邊界條件與之匹配的支護(hù)噴層要求。濕噴與干噴的控制圍巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，利用超聲波進(jìn)行巷道松動(dòng)圈測(cè)試，采用雙“十”字布點(diǎn)法，進(jìn)行圍巖表面變形觀測(cè)。濕噴控制圍巖穩(wěn)定性最佳噴厚研究。

d.基于濕噴的鋼纖維混凝土噴射技術(shù)研究。特殊地點(diǎn)（例如淋水區(qū)、冒落區(qū)、破碎帶、軟巖、極軟巖、揭煤區(qū)域）需要高強(qiáng)度的臨時(shí)支護(hù)和永久支護(hù)強(qiáng)度，我國(guó)長(zhǎng)期未能實(shí)現(xiàn)濕噴，在干噴條件下很難實(shí)現(xiàn)鋼纖維混凝土噴射。因此需要加強(qiáng)和實(shí)現(xiàn)濕噴的鋼纖維混凝土噴射技術(shù)，在濕噴條件下，研究成功的可能性大大增加。濕噴工程質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 技術(shù)路線和創(chuàng)新點(diǎn)

技術(shù)路線（見圖1）

創(chuàng)新點(diǎn)如下：濕噴強(qiáng)度比現(xiàn)在的干噴混凝土強(qiáng)度提高1.5～3倍。濕噴可增加密實(shí)度，表面更加平整，降低回彈50%以上，能改變巷道干噴時(shí)粉塵彌漫狀況，減少職業(yè)病的發(fā)生，改善作業(yè)環(huán)境。根據(jù)試驗(yàn)巷道的斷面、坡度增強(qiáng)設(shè)備的適應(yīng)性，保證混凝土質(zhì)量，提高安全性，徹底解決人工噴射混凝土難題，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，改善作業(yè)環(huán)境。實(shí)現(xiàn)干噴法難以實(shí)現(xiàn)的鋼纖維混凝土噴射技術(shù)（通過(guò)濕噴可以實(shí)現(xiàn)），實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)、超高強(qiáng)混凝土噴射技術(shù)。實(shí)現(xiàn)特殊地點(diǎn)（例如淋水區(qū)、冒落區(qū)、破碎帶、軟巖、極軟巖、揭煤區(qū)域）高強(qiáng)度快速的噴體臨時(shí)支護(hù)和永久支護(hù)強(qiáng)度，提高施工速度，提高安全系數(shù)。

圖1 技術(shù)路線簡(jiǎn)圖

3 經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益分析

3.1 直接經(jīng)濟(jì)效益的對(duì)比分析

表3 典型配比1m3混凝土情況下的分析數(shù)據(jù)

從表3中看出，支護(hù)要求較高時(shí)，選用鋼纖維替代金屬網(wǎng)的支護(hù)效果可以達(dá)到永久支護(hù)要求，直接成本基本一樣，但是干噴時(shí)想加入鋼纖維卻不易實(shí)現(xiàn)。

表4 典型配比1m3混凝土情況下的分析數(shù)據(jù)

從表4看出，支護(hù)要求不高時(shí)，濕噴的成本比干噴要高出18%，一般濕噴混凝土的強(qiáng)度比干噴要高出30%～50%；在強(qiáng)度要求相同時(shí)，濕噴可以減少噴厚，節(jié)約成本近12%～32%左右。上述加入鋼纖維時(shí)，更可大大降低直接成本。

3.2 社會(huì)效益的對(duì)比分析

濕噴時(shí)的粉塵小甚至無(wú)粉塵，大大減少環(huán)境污染。無(wú)粉塵可減少粉塵對(duì)人體的危害，減少矽肺病的發(fā)生，保障職工身心健康；濕噴技術(shù)及其先進(jìn)添加劑的使用，可使噴射混凝土達(dá)到澆注混凝土相近的強(qiáng)度，更能有效地起到支護(hù)作用，從而改變以往噴射混凝土只起防風(fēng)化層的作用，大大提高支護(hù)強(qiáng)度；支護(hù)強(qiáng)度的提高，減少了噴漿巷道所出現(xiàn)的噴漿體開裂、剝落、掉渣、巷道變形等情況，相應(yīng)減少了巷道二次修復(fù)的投入。

3.3 研究成果

每米巷道的濕噴成本不超過(guò)干噴成本，粉塵濃度較干噴降低70%，強(qiáng)度提高近兩倍，人工效率提高2倍。

Abstract:High-strength concrete wet-spraying method is a safe,ideal,new and enhanced supporting technique used in the modern mines.By comparison with dry-spraying,the paper concludes that the market-economic value of wet-spraying will be realized widely with its application and promotion.

Keywords:mine;high-strength concrete wet-spraying method;packaged technology application

編輯：徐樹文

Research and Application on Wet-spraying Packaged Technology of High-Strength Concrete in Mines

CHAI Gui-sheng
(Coal Transport and Marketing Co.,Datong Coal Group,Datong,Shanxi 037003,China)

TD352+.5

A

1672-5050（2010）05-0046-03

2010-03-15

柴貴生（1973—），男，山西大同人，本科，工程師，從事煤炭企業(yè)管理工作。