新型巷道喷涂材料及其工艺的应用研究

宋小林 熊 伟 周福宝

（中国矿业大学安全工程学院，江苏省徐州市，221116）

新型巷道喷涂材料及其工艺的应用研究

宋小林 熊 伟 周福宝

（中国矿业大学安全工程学院，江苏省徐州市，221116）

针对白芨沟煤矿地表裂隙大及分层开采等因素导致该矿巷道漏风严重的问题，采用以黄泥、水泥为基料，配以玻璃纤维及喷涂添加剂的新型喷涂材料治理巷道漏风，并将“回弹率”作为喷涂效果的一个评价指标，研究了新型喷涂材料的现场应用情况，结果表明：该材料在大大降低生产成本的基础上将漏风量减少了68%，保证了连续安全生产，且取得较好的经济和社会效益。

喷涂材料 回弹率 堵漏风

煤矿井工生产中，受采动等因素的影响，地面与进风巷道之间以及进风巷道与回风巷道之间、回风巷道与地面之间的风量交换逐渐变大，对煤矿的通风系统造成了很大程度的破坏，给煤矿安全生产埋下隐患。现有的巷道隔风技术主要有巷道壁面喷涂、构筑隔风带和风压调节等。

目前，我国矿井应用的喷涂材料主要有混凝土材料和化学喷涂材料。混凝土喷涂作业操作困难，喷浆流量小，水泥、砂子等材料的运输量大，不易于井下施工。化学喷涂材料主要有马丽散、罗克休和聚氨酯3种，材料制备工艺较复杂，且材料成本昂贵。

1 工艺介绍

针对水泥砂浆、化学材料喷涂的不足，中国矿业大学研制出了一种新型喷涂堵漏风材料，该材料以黄土、水泥为基料，配以玻璃纤维及喷涂添加剂，按质量以1.5︰1︰0.003︰0.02的比例进行配制。利用过细筛后的黄土与425＃水泥按以上比例在地面混合搅拌均匀。配备1台PZ－5喷浆泵，人工添料，并在此过程中加入适量玻璃纤维，出口连接ø50mm管路至喷浆地点，管路出口连接专用的80mm长的三通喷枪，在风压作用下混合粉料被压至喷枪口，接通水管对巷道顶部及2个肩窝以下1m范围进行喷射，厚度需达2～5cm，工艺示意见图1。

为了验证新材料及工艺的可行性和优缺点，选取神华宁夏煤业集团公司白芨沟煤矿进行现场试验。

图1 喷涂堵漏风工艺示意图

2 试验矿井概况

白芨沟煤矿位于宁夏回族自治区石嘴山市境内，汝箕沟矿区北部。历年鉴定结果均为高瓦斯矿井。设计产量180万t／a，现主采2＃煤层，平均厚度21m，分层开采，一、二分层间距平均仅0.4m，假顶需大量工字钢支护。白芨沟煤矿地处贺兰山腹地，地表为裸露基岩，无软岩土覆盖层，煤层赋存浅，在煤矿开采的30多年中，表土岩层下陷，各采空区地表出现大量裂隙，矿井采过2个分层后，地表漏风无法控制，对工作面配风及采空区防灭火极为不利。白芨沟矿现有火区5处，其中井下火区3处。堵漏风工作十分必要。

图2 喷涂试验区域平面图

该矿现主要采用水泥砂浆喷涂堵漏风技术进行堵漏。该法喷涂后有较大的硬度，能够保证在一定程度的巷道变形条件下的堵漏风效果。由于白芨沟煤矿煤层较厚需分层开采，工作面进、回风巷均采用工字钢支护。水泥砂浆喷涂堵漏风后有很强硬度，工字钢无法回收利用。加之喷涂堵漏风是利用风压的作用使水泥砂浆附着在巷道顶部以及巷道壁上，水泥砂浆有较大的自重和粒径，导致喷涂材料的回弹率很高，使得工作效率和经济性大大降低。对此，课题组在该矿进行了新型材料喷涂现场应用，试验地点选在2521－2工作面回风巷，位于井田向斜轴部的南翼采区第五阶段，西部为未开采的实体煤（2621区段），东部为2421－2工作面采空区，南部为那里沟煤柱，北部为白芨沟矿河床煤柱及北四采区实体煤，上覆2521－1采空区，喷涂试验区域见图2。

3 应用效果及分析

3.1 喷涂堵漏风效果

图3 试验区喷浆前后漏风量对比

此次试验共喷涂430m，经测定，沿2521－2回风巷试验区段喷浆前漏风量1244m3／min，喷浆后漏风量为393m3／min，共减少漏风量851m3／min，减少漏风量68%，达到矿方相关要求。喷浆前后效果对比见图3。

3.2 新型工艺优点分析

利用现有的喷涂材料及工艺，在保证喷涂堵漏风效果的前提下，与原水泥砂浆相比主要还有以下优点：

（1）材料成本降低。新型喷涂材料的主要成分是在周围山上可取到的黄土，水泥砂浆则为市场购买的水泥和细石子，采用新材料喷涂，平均每米巷道喷涂成本11.4元，而采用水泥砂浆则为23.7元；新材料的喷涂厚度平均只是水泥砂浆的1／3，单位质量的新型喷涂材料可控面积为水泥砂浆的3～5倍；新材料颗粒平均粒径不到1mm，远小于水泥砂浆，混合搅拌器的磨损度明显降低。对比水泥砂浆，新材料的直接和间接成本都大大降低。

（2）喷涂回弹率显著降低。喷涂回弹率是检验喷涂效果的重要指标，是指在喷涂过程中回弹散落的无效喷料与喷出的总料的质量比，由于喷料的密度变化很小，为定量检验新材料的喷涂效果，从统计分析的角度出发，提出回弹率公式如下：

式中：η——喷涂回弹率，%；

ha——回弹至巷道底面喷料的平均厚度，cm；

hd——作用于巷道顶面的喷料的平均厚度，cm。

在试验区域选择3段长度为50m的巷道段，每隔10m上下布置3对测点（同一位置顶、底板打一对）测量巷道顶、底板喷涂材料的厚度，结果见表1。

表1 各个测点的喷料厚度测量值

由表1数据可知，新型材料及工艺喷涂的回弹率基本保持在4%～26%，平均回弹率为12.5%。而根据白芨沟煤矿相关技术人员对水泥砂浆喷涂效果的统计分析结果可知，水泥砂浆喷涂的回弹率约在30%～50%之间，平均37%左右。新型材料及工艺喷涂回弹率明显低于水泥砂浆，主要原因是水泥砂浆中含有自重较大的砂石子未至巷道顶面便散落地上，水泥被润湿后粘度不足，很多砂石粘着水泥反弹至地上，而黄土、玻璃纤维、喷涂添加剂及水的混合物经试验粘性很强，且玻璃纤维更增加了材料的韧性，对比水泥砂浆附着能力明显增强，又颗粒很小自重远小于水泥砂浆，故回弹率大大降低。

（3）工字钢可回收再利用。白芨沟矿分层开采，需要大量的工字钢支护巷道，支护周期短，工作面推过后，水泥砂浆已将工字钢基本覆盖，完全凝固后，硬度接近岩石，工字钢无法回收利用，损失严重。新材料的喷涂厚度基本是工字钢厚度的1／3，且成分以黄泥为主，粘性大，硬度低，只需简单处理，喷料可从工字钢脱落，实现了工字钢的回收利用，降低了生产成本。

（4）据现场施工情况及喷涂操作工提供的信息可知，利用新型喷涂材料，巷道工作环境大大改善，即施工现场和顺风巷道的粉尘浓度明显降低。水泥砂浆原材料中有大量干水泥（体积约占60%），填料时大量干水泥被风吹起，且喷枪长度有限，大量干水泥得不到足够润湿，逸散至巷道内；而新材料以黄土为主，水泥用量有限（体积约占25%），井下的风量很难让黄土在大空间内飘扬，故粉尘浓度明显下降。

4 结论

新型巷道喷涂材料及工艺在白芨沟煤矿成功应用，可减少漏风68%左右，已完全达到矿方的要求，保证了安全连续地产煤；新型喷涂材料的回弹率平均为12.5%远小于 水泥砂浆的37%，材料的利用率明显提高；对比水泥砂浆新型喷涂材料成本有所削减，平均每米巷道材料成本降低12.3元；喷涂后工字钢可回收利用，具有较大的间接经济效益。

[1] 杨绿刚.沿空巷道喷涂隔风复合浆体材料研究及应用[J].中国煤炭，2009（8）

[2] 邬剑明，刘超，吴玉国等.浅埋藏复合煤层开采漏风防治技术研究[J].中国煤炭，2009（5）

[3] 周福宝，李金海，刘英科，杨绿刚，白兰永.复合浆体喷涂新材料及其隔风特性[J].煤炭学报，2010（7）

[4] 兰泽全，张国枢，马汉鹏.多漏风采空区“三带”分布模拟研究[J].矿业安全与环保，2008（4）

New spraying material for roadway and its application

Song Xiaolin，Xiong Wei，Zhou Fubao
（Faculty of Safety Engineering，China University of Mining and Technology，Xuzhou，Jiangsu 221116，China）

Aiming at the serious air leakage caused by large gap on the earth and slice mining in Baijigou Coal Mine，a new spraying material was proposed using yellow mud and cement as basic material with the addition of glass fibers and spray additives，and the springback rate was taken as an index to evaluate the spraying effect.The application results showed that this kind of material greatly reduced the spraying cost and the air－leakage amount decreased 68%，assuring the safe and continuous production and achieving good economic and social benefits.

spraying material，springback rate，air－leakage sealing

TD728

A

宋小林（1985－），男，汉族，江苏省徐州人，中国矿业大学安全工程学院硕士研究生，主要研究方向为矿井通风与防灭火。

（责任编辑 梁子荣）