开丰煤矿巷道表面保护快速薄喷技术研究
摘要:本文以开丰煤矿为工程背景,从复合薄喷材料选择、配方确定、成套设备研发等研究入手,解决了在矿井岩巷喷浆施工过程中,喷浆速度慢、作业人员劳动环境差、材料消耗大、安全隐患多等难题。实现了矿井快速喷浆作业,而且在现场运用该工艺时无粉尘、不回弹。大幅度提高了岩巷掘进速度。 关键词:岩巷;复合材料;快速薄喷 1 引言 喷射混凝土(煤矿也称喷浆)有着尽快封闭巷道、防止围岩风化、金属网及锚杆锈蚀等特点,使该工艺已成为岩巷掘进施工支护必不可少的一种手段。但喷浆速度慢、材料消耗大、安全隐患多以及现场作业人员劳动环境差等问题也是十分的突出,为解决这一难题,开丰煤矿工程技术人员自主研发了巷道表面保护快速薄喷技术,并在该矿3122轨道巷开展了工程应用实践。并取得了巨大成功。 2 喷涂材料、配方及设备的研发 2.1喷涂原料确定 喷涂材料主要组成见表(2.1)。 2.2喷涂配方确定 配方A 材料:425硅酸盐水泥、液体添加材料A 、水、减水剂、速凝剂等。 比例:水泥:液体添加材料A:水、减水剂、速凝剂=100:3-8:40-60:2-4:2-4 配方B 材料:425硅酸盐水泥、液体添加材料A 、液体添加材料B、水、减水剂、速凝剂、固体添加材料1、固体添加材料等。 比例:水泥:液体添加材料A:水、减水剂、速凝剂:液体添加材料B:固体添加材料1:固体添加材料2=100:3-5:50:3:3:2-4:3-10:3-10 注;配方A是施工工艺的主要配方。配方B主要解决采区巷道顶板(两帮)破碎及巷道淋水环境下的施工。 2.3喷涂成套设备的研发 用于该工艺施工配套的喷涂设备包括快速喷浆材料专用泵和制浆机,与煤矿传统的井 下干式喷浆不同,它属于湿式喷浆。喷射及制浆装置的动力都使用压缩空气,不再需要电力。
3工业性试验
3.1试验方案
试验方案为在原有巷道支护结构之上,采用全断面周边覆盖喷涂,先从一个方向喷一遍,待基本凝固后再从另一方向复喷一遍,顶部根据需要可复喷两次,把岩壁裂隙和金属网四周喷均匀。喷浆时坚持从上向下的顺序进行。
3.2试验参数确定
此次喷涂巷道在3122轨道巷进行,其中20m喷浆按下面配比进行试验,水的比例可根据情况适当调整;剩余的长度按试验确定出的最佳方案。
苟仲武 喷涂试验材料的配方及配比如下:
第一阶段为5m:水泥:水:固强材料:复合材料
配合比为 =80:100:5: 5。
折叠炕桌 第二阶段为5m:水泥:水:固强材料:复合材料
配合比为 =100:100:7.5: 7.5。浓度太稀,薄喷效果不佳。
第三阶段为5m:水泥:水:固强材料:复合材料
配合比为 =110:100:7.5: 7.5。喷层厚度采用2mm。
3.3 施工设备的选择
喷涂设备采用ZBQ-12/12型气动增压快速喷浆泵,ZJQ-280-Ⅲ型气动制浆机,重量130kg,外形尺寸690×540×940mm,压力6MPa。
3.4施工工艺
(1)提前准备好设备、材料、风水管。
(2)对所喷巷道电缆、管路进行保护,电缆、电缆钩、管路等用塑料布包上。
(3)运料到喷浆地点,调整喷浆设备。
斩波调速器 (4)按配比进行搅拌喷浆料,达到喷浆标准要求。
①原材料的称重允许偏差:水泥和各种添加剂均为±2%;
②每桶配合比:
水泥220公斤:水2格(以搅拌桶刻度为准):复合材料7.5公斤:固强材料7.5公斤。
水泥:水:复合材料:固强材料=110:110:7.5: 7.5。
③混合料的搅拌办公椅扶手
喷涂浆液的搅拌采用风动搅拌桶搅拌,为保证配料均匀,在配制过程中必须先加水后加水泥,加水泥时每包逐渐加,加完一包后必须在搅拌均匀后再加下一包进行搅拌;然后加添加剂。搅拌时间以浆液搅匀全部悬浮为准。
(5)按试验方案进行喷浆作业
①喷嘴的喷射角度:当喷嘴严重偏离垂直方向时,喷射水泥基浆液将会在受喷面滚动或不断重迭。喷嘴的喷射角度应尽量与受喷面保持垂直。
②喷嘴距受喷面距离:喷头与受喷面的距离以浆液回弹少、浇捣有力为合宜。这一距离以1.5~2.0米较为适宜。
(6)喷浆后及时清理现场杂物,冲刷设备和管路。
滤波装置 3.5试验效果分析
①由于水泥浆中已没有游离态的水泥粉末,完全消除了喷射过程中的粉尘,改善了工作环境,消除了对工人的健康危害。
②改善了喷射材料的品质,提高了水泥浆液的均匀性。采用该技术时,水灰比可准确控制,同时,回弹量小,配合比较易保持稳定。
③由于成品水泥水分充分,黏稠性好,实现了添加材料的准确计量添加。
牧一征
6结语
快速薄喷技术从根本上改变了传统的喷浆支护工艺,使得工艺实施过程中粉尘大幅降低,显著改善了施工工作环境,为施工人员的身体健康提供了有力的保障;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,有效地降低了施工劳动强度,提高了施工速度(由传统喷射支护的每班组6米左右,提高到60米左右);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。
该工艺与喷射混凝土技术相比,每平方米喷层可节约材料费和人工费共计41元,开封煤矿每年约有3000米巷道(平均断面约6.1平方米)可采用快速薄喷技术,则可节约成本费用75万元。
参考文献
[1]张少波,吴建生.煤矿薄喷技术的理论与实践[M].南京: 煤炭科学技术出版社, 2017.
[2]张国安,超薄喷射支护技术在开滦矿区的工程应用[M].唐山: 能源技术与管理出版社,2014.
作者简介
李朋志(1988-02-11),男,汉族,籍贯:四川省达州市达县,学历:大专,专业:煤矿开采技术。