基于TQC理論的某礦巷道噴混凝土回彈率及粉塵濃度降低措施*

余一松

(長沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司)

貴州省某地下鋁土礦巷道主要采用噴混凝土及噴錨網(wǎng)支護(hù)方式，該支護(hù)方式支護(hù)效率高、操作簡單、工人勞動(dòng)強(qiáng)度低，為礦山安全高效生產(chǎn)創(chuàng)造了良好的條件。但根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)支護(hù)效果調(diào)查發(fā)現(xiàn)，噴混凝土及噴錨網(wǎng)支護(hù)過程中，在噴射混凝土的回彈率一直較高，不僅導(dǎo)致支護(hù)工作面粉塵濃度過高，嚴(yán)重?fù)p害了工人的身體健康，而且嚴(yán)重浪費(fèi)了支護(hù)材料，影響了工程質(zhì)量和進(jìn)度。全面質(zhì)量管理(Total quality control，TQC)[1]是20世紀(jì)中期在歐美和日本廣泛應(yīng)用的質(zhì)量管理方法，我國從20世紀(jì)80年代開始引進(jìn)和推廣該方法，截至目前，TQC理論在金融、制造業(yè)等領(lǐng)域應(yīng)用較多，但在礦山領(lǐng)域應(yīng)用較少[2]。為降低礦山支護(hù)成本，改善支護(hù)工作面的工作環(huán)境，根據(jù)TQC理論，對(duì)巷道噴混凝土支護(hù)中回彈率和粉塵濃度的降低思路進(jìn)行研究。根據(jù)TQC理論[2-3]，同時(shí)查閱相關(guān)資料[4-5]，本研究的預(yù)期目標(biāo)為：①通過對(duì)施工工藝的控制，使得噴混凝土支護(hù)過程中混凝土的回彈率降低至20%以內(nèi)；②改善施工作業(yè)環(huán)境，使得噴混凝土支護(hù)工作面的平均粉塵濃度下降至50 mg/m3以下。根據(jù)TQC原理，按照PDCA質(zhì)量控制程序，本研究工作實(shí)施步驟包括4個(gè)階段，即：計(jì)劃階段(P)、實(shí)施階段(D)、檢查階段(C)及總結(jié)階段(A)。

1 計(jì)劃階段(P)

1.1 噴混凝土回彈率及粉塵濃度現(xiàn)狀調(diào)查

該礦山于2017年9月分別在井下-125 m中段9-8進(jìn)路、10-10進(jìn)路，-95 m中段11-21進(jìn)路及-110 m中段6-19進(jìn)路選取了10處成型較好的巷道進(jìn)行了回彈試驗(yàn)，試驗(yàn)巷道長度為10 m，每處進(jìn)行2次試驗(yàn)，分別測(cè)量計(jì)算了噴混凝土回彈率及粉塵濃度，試驗(yàn)結(jié)果見表1。

分析表1可知：各試驗(yàn)點(diǎn)噴混凝土回彈率的平均值達(dá)到了38.84%，粉塵濃度平均值高達(dá)267.1 mg/m3。根據(jù)《巖土錨桿與噴射混凝土支護(hù)工程技術(shù)規(guī)范》(GB 50086—2015)有關(guān)“噴射混凝土的回彈率不應(yīng)大于25%”的要求，礦山井下巷道噴混凝土支護(hù)的回彈率大大超過了規(guī)定，同時(shí)工作面粉塵濃度嚴(yán)重超標(biāo)，亟需對(duì)該礦現(xiàn)有的噴混凝土支護(hù)工藝進(jìn)行優(yōu)化。

表1 噴混凝土回彈率和粉塵濃度測(cè)試值

1.2 原因分析

根據(jù)TQC理論，一般造成施工工序質(zhì)量不佳的因素主要有五大類，即：“人、機(jī)、料、法、環(huán)”。本研究分析認(rèn)為，造成該礦噴混凝土支護(hù)回彈率高及粉塵濃度大的5個(gè)因素主要為施工人員、施工機(jī)械、支護(hù)材料、施工方法及施工工藝[6-8]。施工人員影響因素包括操作人員水平不高、質(zhì)量意識(shí)不強(qiáng)、主觀放松操作標(biāo)準(zhǔn)等；施工機(jī)械影響因素主要包括供水設(shè)施水壓不足、氣壓不穩(wěn)定、噴混凝土設(shè)備老舊等[6]；支護(hù)材料影響因素主要包括級(jí)配不均勻、砂石選材不佳、含水過高等；施工方法、施工工藝的影響因素主要包括噴射順序無章法、噴射角不利、一次混凝土噴射厚度、間隔時(shí)間隨意等(圖1)。

圖1 各影響因素的關(guān)聯(lián)性

根據(jù)圖1，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及討論分析，確定了礦山噴混凝土支護(hù)回彈率高的主要原因，并針對(duì)主要原因分別制定了對(duì)應(yīng)的處理措施，結(jié)果見表2。

表2 處理對(duì)策

2 實(shí)施階段(D)

根據(jù)計(jì)劃階段確定的主要原因及制定的各種對(duì)策，分別從管理措施、噴混凝土原材料優(yōu)化、設(shè)備配置優(yōu)化及噴混凝土工藝參數(shù)優(yōu)化4個(gè)方面分析具體的實(shí)施措施。

2.1 管理措施

針對(duì)操作工人自身原因，采取的管理措施為：①統(tǒng)一思想認(rèn)識(shí)，端正工作態(tài)度，進(jìn)一步加強(qiáng)職業(yè)健康衛(wèi)生教育，加大勞保用品的使用監(jiān)督；②通過開展勞動(dòng)競(jìng)賽，讓工人明確噴混凝土支護(hù)的操作目標(biāo)，同時(shí)質(zhì)檢人員從嚴(yán)把關(guān)，一切以施工質(zhì)量、進(jìn)度為中心，對(duì)施工質(zhì)量好、進(jìn)度快的班組進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)，對(duì)施工質(zhì)量差且進(jìn)度緩慢的班組進(jìn)行處罰；③建立學(xué)習(xí)交流機(jī)制，對(duì)施工人員進(jìn)行培訓(xùn)考核，對(duì)施工人員不斷提供技術(shù)指導(dǎo)與幫助[9]。

2.2 噴混凝土原材料優(yōu)化

為提高噴混凝土的施工質(zhì)量，降低噴混凝土支護(hù)回彈率，對(duì)比分析了碎石砂料和卵石砂料的級(jí)配、含泥量、片狀含量及料源情況，認(rèn)為石英質(zhì)卵石具有級(jí)配合理、含泥量低、料源豐富、產(chǎn)量大、質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì)[10-11]，故選擇粒徑為5～15 mm的石英質(zhì)卵石砂礫作為噴混凝土的原材料，同時(shí)改善了礦山噴混凝土骨料級(jí)配[12]，結(jié)果見表3。

表3 噴射混凝土骨料累計(jì)重量百分?jǐn)?shù)級(jí)配

2.3 設(shè)備配置優(yōu)化

淘汰礦山現(xiàn)有的噴混凝土設(shè)備，新購2臺(tái)混凝土噴射機(jī)及強(qiáng)制式攪拌機(jī)(自動(dòng)計(jì)量、自動(dòng)上料)，將攏料管加長至1.0 m，配料采用雙環(huán)加水方式。

2.4 噴混凝土工藝參數(shù)優(yōu)化

根據(jù)分析，影響噴混凝土質(zhì)量的相關(guān)工藝參數(shù)主要有工作風(fēng)壓、水壓、噴射角度、噴頭與巖面的距離等[13]。首先在供風(fēng)設(shè)備風(fēng)壓為0.4～0.6 MPa的情況下，對(duì)不同的噴射角度及噴頭與巖面的距離分別進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，結(jié)果見表4。分析表4可知：當(dāng)噴頭距離巖面0.8～1.2 m、噴頭與巖面的法向夾角大于15°時(shí)，回彈率基本控制在20%以內(nèi)，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

表4 噴混凝土工藝參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果

進(jìn)一步分析表4可知：噴混凝土支護(hù)的粉塵濃度較高，認(rèn)為粉塵濃度不達(dá)標(biāo)的原因主要為：①工藝參數(shù)不佳，主要包括風(fēng)速不當(dāng)、噴頭風(fēng)壓過大、噴頭水壓不當(dāng)?shù)?；②操作人員因素，主要包括責(zé)任心不強(qiáng)、環(huán)境意識(shí)差等；③原材料因素，主要包括砂石含水率低、卵石含水量小等[14-16]。在上述分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，分析得出噴混凝土料含水量偏小、噴頭風(fēng)壓偏大以及操作人員責(zé)任心不強(qiáng)為主要原因[17]。為此，首先將噴混凝土料含水率由2%～4%調(diào)整至8%～10%，并且在攪拌時(shí)，確保攪拌均勻；其次將噴混凝土的風(fēng)壓由0.4 MPa調(diào)整至0.08～0.15 MPa。實(shí)踐表明：上述措施實(shí)施后，工作面粉塵含量大大降低，基本達(dá)到設(shè)定的50 mg/m3目標(biāo)值。

3 檢查階段(C)

根據(jù)實(shí)施階段(D)對(duì)礦山噴混凝土工藝的優(yōu)化設(shè)計(jì)，在井下-125，-9，-110 m中段新掘進(jìn)路選取了12處成型較好的巷道，進(jìn)行了噴混凝土支護(hù)檢查試驗(yàn)，試驗(yàn)巷道長度為10 m，每處進(jìn)行1次試驗(yàn)，分別測(cè)量計(jì)算了噴混凝土回彈率及粉塵濃度，結(jié)果見表5。

表5 噴混凝土工藝優(yōu)化后的檢查試驗(yàn)結(jié)果

分析表5可知：根據(jù)TQC理論對(duì)礦山噴混凝土支護(hù)設(shè)備、人員管理方案及工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化后，噴混凝土支護(hù)的回彈率平均值為18.6%，工作面粉塵濃度平均值為49.2 mg/m3，雖然個(gè)別數(shù)據(jù)超限，但噴射混凝土施工過程中并未出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，生產(chǎn)活動(dòng)處于較穩(wěn)定的狀態(tài)。

4 總結(jié)階段(A)

根據(jù)TQC理論，從影響噴混凝土回彈率及粉塵濃度的關(guān)鍵因素入手，通過不斷探討和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，最終確定了噴混凝土施工的參數(shù)控制范圍，制定了標(biāo)準(zhǔn)工藝，達(dá)到了預(yù)期效果，使噴混凝土回彈量得到了大幅降低，節(jié)約了大量支護(hù)材料，支護(hù)工作面的工作環(huán)境得到了大幅改善，為作業(yè)人員創(chuàng)造了良好的工作環(huán)境。

5 結(jié) 論

(1)礦山噴混凝土支護(hù)原材料盡可能采用級(jí)配和質(zhì)地較好的材料，細(xì)骨料選用細(xì)度模數(shù)大于2.5的中粗砂，粗骨料選用潔凈的粒度為5～15 mm的石英質(zhì)卵石砂礫，噴混凝土料含水率應(yīng)控制在8%～10%，速凝劑應(yīng)選用與水泥適應(yīng)性良好且各項(xiàng)性能符合要求的外加劑，混合料的配合必須嚴(yán)格遵循設(shè)計(jì)的配合比，攪拌時(shí)間不宜小于90 s。

(2)噴射機(jī)選用濕式噴射機(jī)，密封性能應(yīng)良好，輸料連續(xù)均勻；攪拌采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)，空壓機(jī)工作風(fēng)壓約為0.1 MPa，供水設(shè)施應(yīng)確保噴頭處有0.15～0.20 MPa的水壓。

(3)噴混凝土作業(yè)應(yīng)分段分片依次進(jìn)行，噴射順序?yàn)橄认潞笊希瑖婎^巖面的距離以0.8～1.2 m為佳，噴頭與巖面的法向夾角應(yīng)大于15°。