喷锚支护技术在平硐支护中的应用

赵卫东,张再兴

(1.西安有色冶金设计研究院, 陕西西安 710001;2.中国核工业集团公司蓝天铀业有限公司, 陕西西安 710500)

喷锚支护技术在平硐支护中的应用

赵卫东1,张再兴2

(1.西安有色冶金设计研究院, 陕西西安 710001;2.中国核工业集团公司蓝天铀业有限公司, 陕西西安 710500)

详细叙述了巷道喷射混凝土支护与锚杆支护全过程技术管理,并通过针对性的试验,取得了相应技术数据;使喷锚支护达到了技术与质量要求,取得了好的技术经济效果。对类似矿山巷道支护有一定的借鉴作用。

喷锚支护;技术措施;回弹率;粉尘浓度

1 问题的提出

某铀矿101矿床开拓工程应用喷射砼支护技术已有两年的历史,曾在3条中段大巷及井下炸药库等井巷有所采用,但存在以下问题,直接影响该支护方法的使用效果,亟待解决。

(1)回弹率高,生产效率偏低。

(2)工作面粉尘浓度过大。

(3)砼喷射机的出料管易堵。

(4)喷过的巷道部分地段有“穿裙子”和“马蹄形”现象。

(5)巷道帮或顶有小片喷层掉落现象。

(6)喷层厚度达不到要求。

2 采取的针对性措施

为解决上述问题,对过去施工经验教训加以总结,在已掘(中段大巷)421平硐的喷射砼永久支护时,采取了如下综合性措施。

(1)对待喷巷道进行清理、修复,并按设计断面尺寸逐段进行检查和验收。

(2)把好材料质量关。砂子、石子、水泥、速凝剂的质量直接影响喷射砼的质量,要求材料管理人员按标准进料,技术人员随时抽查、签认,含泥量大或粒度不合要求的砂石不予验收、签字。水泥、速凝剂品牌型号及出厂日期不符合规定的拒绝使用。

(3)保证机具完好,作好试喷工作。机修人员提前把过去所用鼓轮式喷射机修理好,作为备用,新购置HPH-6型砼喷射机作为主用设备。

(4)喷射砼之前,对受喷地段的浮石处理干净,用高压水冲洗工作面,技术人员和安全员检查认为“可进行下步作业”后,方可进行施工,以解决作业点安全及“挂不住”与喷层易出现的滴落现象。

(5)严格控制拌合料质量。按水泥∶砂子∶石子=1∶2∶2的重量配比配料,混合前石子用水冲洗干净。事先明确各种材料计量方法和数量,技术人员随时监督班组配料,发现不合规定者,立即指出令其改正。782型速凝剂按水泥用量的5%～6.5%掺加,混合料进入JW-375涡浆强制搅拌机的搅拌时间不得少于1.2min,拌好后料的湿度以“手能捏成团,松开手后能缓慢地散开,用嘴吹无灰飞起”为准。

(6)严格控制置料时间.拌合料由搅拌机下放到装料斗车,运至作业面,再由人喂给喷射机,根据以往的经验,规定总时间不许超过20min。

(7)根据事先制定的作业规程,要求工作面照明良好;作业人员须穿戴好必需的劳保用品;喷枪口尽量垂直于受喷面,喷枪口距工作面保持1m左右的距离;喷射时,喷头应缓慢地、均匀的呈螺旋型轨迹,一圈压半圈沿横向由下而上反复运动;一次不能喷得太厚;先喷墙后喷顶,喷墙时自上而下,喷顶时先拱脚后拱顶;两人轮换作业,并时刻注意水、料的配合情况;及时维修喷射机,调整好轮与瓦间的空隙,严格控制风压,减少返风和排风时产生的粉尘;避免发生堵管现象,一旦出现堵管,要立即清理;喷射后,连续养护7～10d。

(8)加强通风防尘。用局扇加强作业面通风,并保证工作人员站在上风头。

(9)加强监督检查,保证喷射质量。喷射质量的重要指标-喷射厚度,规定为100mm。据对以前喷浆支护的观察,掉块部位的厚度只有几毫米,最厚也不超过20mm。本次支护对喷射厚度严格要求,采用置铁钉的办法,每隔2～3m钉置一颗100～130mm钉子,这样便于作业人员掌握每遍的喷射厚度,也利于技术人员检查。一般喷两遍即可达到要求厚度,部分地段再补喷一遍,极易达到厚度标准。

(10)喷射砼与锚杆的联合应用,即喷锚支护。左大巷中部约70m巷道,顶部冒落严重,塌高达5～6 m,难以维护,经研究增加锚杆支护。为加快施工进度,保证安全,要求三班连续作业。先喷50mm厚的砼,垂直岩面按1m×1m网度间隔布置锚杆孔位,安装钢筋砂浆锚杆(Φ16mm螺纹,1.5～1.6m长),共安装锚杆350根。安装好后再喷50mm厚的砼。

(11)处理好喷射作业与永久性风水管线架设的矛盾。架设专业的准备工作基本在坑外完成,利用喷射作业班交接班间隙突出架设;刚架好的管线,用废旧衣服、牛皮纸袋等包好;对少量被污染的管线,抓紧时间清理,需补刷红丹漆或沥青漆的,立即补上。这样“喷”、“架”交叉作业,互不影响。

(12)做好回弹料利用。以前喷过的巷道多有“马蹄形”及巷道底板偏高,一方面因喷前墙基开挖、清理不到位;另一方面是喷后回弹料清理不彻底。本次施工,对回弹料清理提出严格要求,除个别地方底板低凹,可适量用回弹料垫底外,其它地段必须清理干净,清运到坑外的回弹料随即制成砼预制块,供以后砌筑使用。

3 降低回弹率及粉尘浓度的对比性试验

3.1 粗骨料粒径的选取及工作风压的降低

细骨料采用坚硬的中砂,其粒径为0.35～0.50 mm,含泥量不超过3%;粗骨料石子的粒径大小直接影响工作风压的变化和回弹率的大小。为降低喷射回弹率及粉尘浓度,曾作了多次试验,数据见表1。

表1 粗骨料粒径影响的试验结果

从表1可以看出,粗骨料最大粒径越大,回弹率也越大,对施工不利,故选取粗骨料最大粒径为10 mm,一般控制在5～10mm。试验还发现,喷距在1 m左右的情况下,工作风压小于0.12MPa时,易发生堵机堵管现象,大于0.14MPa时粉尘明显增高。而施工人员怕发生堵机堵管现象,风压一般调得较高,为解决堵机堵管和粉尘浓度偏高的矛盾,将工作风压控制在0.12～0.14MPa。

3.2 速凝剂的添加与综合降尘措施

尽管经过试验确定了合适的石子粒径和工作风压,但回弹率有时还是大于允许指标,粉尘浓度在10～20mg/m3,为进一步降低回弹率和粉尘浓度,仍通过试验寻找规律,确定速凝剂的合适添加量。

其它条件相同,而速凝剂用量不同的多次试验发现,随着速凝剂用量的增加,回弹率明显降低。但是随着速凝剂用量的增加,砼的强度也降低,故在满足施工要求的前提下,应尽量减少速凝剂的用量。通过试验选用782型速凝剂用量为水泥用量的5.5%。这样,既达到了控制回弹指标的目的,粉尘浓度也明显降低,有时可以达到6mg/m3以内。

4 应用效果

(1)支护速度快,巷道断面利用率高。与以前岩石破碎、顶部塌落高地段曾采用砼砌碹相比,节省了木支撑、木碹胎、部分砼及钢材,及上部填充的大量石料,也节约了大量人工费;与曾采用的数层木棚架支护相比,节省大量木材、人工费及日常维护费用,且支护无明显变形,巷道断面及其利用率明显提高。

(2)喷射砼技术的应用日渐成熟。从能简单的喷射施工,到骨料粒径、质量及速凝剂品牌、添加量的确定,拌和料存置时间,工作风压的控制,作业方法等方面有了明确的规定,能较有效地降低回弹率和粉尘浓度,保证喷层厚度,提高支护质量,作业环境有所改善。

(3)取得了好的经济效益。由于施工组织严密,要求严格,质量提高,效果明显。回弹率有时可达到:帮10%,顶15%。按过去的厚度和回弹率计算,仅水泥用量就节约39～41t,整个工程可节约5～6万元。

[1]何满朝,袁和生.中国煤矿锚杆支护理论与实践[M].北京:科学出版社,2004.

[2]常焕生,张柏山,范建章.水利水电工程锚喷支护施工[M].北京:水利水电出版社,2006.

[3]徐干成,白洪才,郑颖人,等.地下工程支护结构[M].北京:中国水利水电出版社,2002.

[4]侯 斌,刘永立.喷锚支护的特点及应用[J].煤炭技术,2008,(6):54～55.

[5]崔 巅.软岩巷道支护理论研究与发展[J].黑龙江科技信息,2008,(19):59.

2009-12-13)

赵卫东(1960-),男,陕西西安人,工程师,从事矿山技术管理及设计工作,Email:zhaogujin@126.com。