煤矿高强混凝土湿喷成套技术研究与应用

柴贵生

（同煤集团煤炭运销总公司，山西 大同 037003）

煤矿高强混凝土湿喷成套技术研究与应用

柴贵生

（同煤集团煤炭运销总公司，山西 大同 037003）

煤矿高强混凝土湿喷技术是现代化煤矿安全、理想、新型的强化支护技术，通过对干喷法和湿喷法的比较分析，得出湿喷法的市场经济价值定将随其应用推广获得更大实现。

煤矿；高强混凝土湿喷；应用

1 问题的提出

1.1 喷射混凝土的研究现状

喷射混凝土喷射方法分为两种：干喷法和湿喷法。初始阶段，人们一般使用干喷法。十几年前，干喷法在施工中一直占据统治地位，特别在我国煤矿领域更是占据绝对地位。目前，湿喷工艺在世界各种行业内，以其独有优势已占据了主导地位，而且是一种发展趋势，特别是近代湿拌喷射混凝土技术的发展，大大扩展了喷射混凝土在地下工程中的使用范围。过去有些不可能实现的工程项目，有了喷混凝土法后现在变得实际可行了。从现状看，全世界70%的喷射混凝土量是采用湿喷法施工的，只有30%还用干喷法施工的。我国的煤矿，目前都用干喷技术，因为干喷技术存在回弹率高、粉尘大、喷射强度得不到保证，目前的喷浆只能作为岩层的防风化保护层，不能作为有效的支护手段等的问题，这就使得湿喷技术在煤矿中有了广阔的推广市场。

1.2 喷射混凝土的干喷法和湿喷法比较分析

1.2.1 干喷法和湿喷法的工艺比较分析

喷射混凝土说是一种特殊混凝土，其实只是多种现浇混凝土中的一种，与正常混凝土一样，它的水灰比、水泥用量、混凝土料的稠度、二次处理等，都须遵守一定要求。初始阶段，很多工程领域只会使用干喷法施工，先将水泥和骨料干拌后置入机器内，后用压缩空气通过软管把这些材料压送出去，水泥水化作用所需的水在喷枪的喷嘴部位加入。表1为干喷法和湿喷法工艺比较。

表1 干喷法和湿喷法的工艺比较

1.2.2 影响喷射混凝土质量的主要因素

一是湿喷工艺还是干喷工艺；二是混凝土的配合比；三是高效减水剂的使用；四是纤维（钢纤维或合成聚合物纤维）的使用增加混凝土强度；五是掺和料（硅粉等）的使用：提高泵送性、和易性、增加强度、减少回弹；六是在速凝剂的选择（见表2）方面传统粉状铝酸盐速凝剂使混凝土最终强度降幅达30%～50%，属于强碱性速凝剂，有强腐蚀性。使用液态无碱速凝剂，则可使混凝土最终强度保持在90%～110%之间，无腐蚀性；七是喷射施工方法上采用：手喷还是机械手喷射。人工操作使得喷嘴与岩面的距离和角度得不到很好的控制，机械手喷射则可以保证。

表2 湿喷法选择无碱速凝剂的五大优点

1.2.3 湿喷混凝土基本成分

水泥（散装最好）、外加剂/掺和料、使用高性能减水剂、使用硅灰和钢纤维，必要时需要其他高性能添加剂。骨料：骨料可就地取材，避免破碎骨料，最大为10 mm，最好是8 mm以下，圆形骨料最佳；沙子以河砂为最佳；但必须有良好的级配，骨料的级配会直接影响混凝土的和易性、需水量、回弹等。

2 主要研究内容、技术路线和创新点

2.1 主要研究内容

a.不同围岩条件和施工条件的系列湿喷材料研究。研究湿喷的材料配比和高性能混凝土的制配，达到湿喷要求的性能参数。试验巷道围岩力学性能测试，进行围岩稳定性分类。确定不同类型围岩要求的湿喷性能，包括凝固时间、初凝及终凝强度，研制适宜的材料配比。特殊地点例如过断层破碎带、冒落区、淋水段等，确定围岩要求的湿喷性能，包括凝固时间、初凝及终凝强度，研制适宜的材料配比。

b.湿喷工艺研究。人员的培训，设备选型：初步选我国现在应用的普通喷浆机，即可进行现场湿喷试验。制定湿喷工艺正规操作程序。

c.湿喷效果评价及工程质量验收标准。湿喷与干喷的环境评价，对粉尘浓度对比监测。湿喷与干喷的强度评价，对强度对比监测。湿喷与干喷的粘结强度对比监测；湿喷支护的力学分析，建立不同边界条件与之匹配的支护喷层要求。湿喷与干喷的控制围岩稳定性评价，利用超声波进行巷道松动圈测试，采用双“十”字布点法，进行围岩表面变形观测。湿喷控制围岩稳定性最佳喷厚研究。

d.基于湿喷的钢纤维混凝土喷射技术研究。特殊地点（例如淋水区、冒落区、破碎带、软岩、极软岩、揭煤区域）需要高强度的临时支护和永久支护强度，我国长期未能实现湿喷，在干喷条件下很难实现钢纤维混凝土喷射。因此需要加强和实现湿喷的钢纤维混凝土喷射技术，在湿喷条件下，研究成功的可能性大大增加。湿喷工程质量验收标准。

2.2 技术路线和创新点

技术路线（见图1）

创新点如下：湿喷强度比现在的干喷混凝土强度提高1.5～3倍。湿喷可增加密实度，表面更加平整，降低回弹50%以上，能改变巷道干喷时粉尘弥漫状况，减少职业病的发生，改善作业环境。根据试验巷道的断面、坡度增强设备的适应性，保证混凝土质量，提高安全性，彻底解决人工喷射混凝土难题，降低工人劳动强度，改善作业环境。实现干喷法难以实现的钢纤维混凝土喷射技术（通过湿喷可以实现），实现高强、超高强混凝土喷射技术。实现特殊地点（例如淋水区、冒落区、破碎带、软岩、极软岩、揭煤区域）高强度快速的喷体临时支护和永久支护强度，提高施工速度，提高安全系数。

图1 技术路线简图

3 经济和社会效益分析

3.1 直接经济效益的对比分析

表3 典型配比1m3混凝土情况下的分析数据

从表3中看出，支护要求较高时，选用钢纤维替代金属网的支护效果可以达到永久支护要求，直接成本基本一样，但是干喷时想加入钢纤维却不易实现。

表4 典型配比1m3混凝土情况下的分析数据

从表4看出，支护要求不高时，湿喷的成本比干喷要高出18%，一般湿喷混凝土的强度比干喷要高出30%～50%；在强度要求相同时，湿喷可以减少喷厚，节约成本近12%～32%左右。上述加入钢纤维时，更可大大降低直接成本。

3.2 社会效益的对比分析

湿喷时的粉尘小甚至无粉尘，大大减少环境污染。无粉尘可减少粉尘对人体的危害，减少矽肺病的发生，保障职工身心健康；湿喷技术及其先进添加剂的使用，可使喷射混凝土达到浇注混凝土相近的强度，更能有效地起到支护作用，从而改变以往喷射混凝土只起防风化层的作用，大大提高支护强度；支护强度的提高，减少了喷浆巷道所出现的喷浆体开裂、剥落、掉渣、巷道变形等情况，相应减少了巷道二次修复的投入。

3.3 研究成果

每米巷道的湿喷成本不超过干喷成本，粉尘浓度较干喷降低70%，强度提高近两倍，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

编辑：徐树文

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

柴贵生（1973—），男，山西大同人，本科，工程师，从事煤炭企业管理工作。