纳米材料在回采巷道支护中的应用

[摘 要]纳米作为新型材料运用到矿井巷道支护领域，本文从巷道支护效果和经济性的两个方面与传统混凝土喷射支护进行比较、分析，纳米材料在回采巷道中的运用前景。

[关键词]纳米材料 支护 封闭 淋水

中图分类号：TD35316 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）05-0238-01

双马煤矿筹建处在工作面顺槽施工过程中引进GHFD-Ⅱ型纳米喷涂材料代替传统混凝土喷浆。施工过程中巷道拱部及时喷涂2mm厚纳米材料，有利于巷道围岩及时封闭，充填围岩裂隙，防止支护材料的锈蚀，保障了巷道围岩本身的自承作用，达到提高支护强度的目的。

一.纳米材料喷涂工艺

1.施工人员：共需4人作业，其中2人负责加料搅拌及操作设备，1人持喷头，1人拖拉高压供料管和风管。

2.材料配备：封堵纳米材料：水=1：0.45

3.搅拌要求：将水及封堵纳米材料按比例加入搅拌桶内并开机搅拌直至均与。

4.喷涂要求：（1）喷涂前应采用高压水管冲洗煤岩面，将表面沉积的粉尘及很小的碎块冲洗干净，尤其是老巷道应采用多遍冲洗，直至没有粉尘为止。

（2）喷涂前应采用塑料布或旧编织袋将巷内的设备、管线及风筒覆盖住，以免浆液落入受污染，同时用长把工具将煤岩表面的一些危石或煤块处理掉，避免带压浆液冲击后发生掉块等现象。

（3）喷涂时喷头离受喷面应保持1m左右，喷头与受喷面呈45°角，先朝巷道一个方向喷涂一段距离后，再掉过头来朝巷道另一个方向喷涂一遍，以确保锚带网面被喷涂严密。

（4）喷涂人员应匀速移动喷头，确保喷厚2mm且均匀，避免留有死角或喷涂不严。

（5）根据不同的巷顶，应适当调整喷头风压。

（6）喷涂机操作顺序应遵守先送风、后开机，停止喷涂时，应先停机，后停风。

（7）每班喷涂结束后应采用清水将设备、高压管、喷头等冲洗干净，并摆放整齐以备复用，同时清扫现场、擦洗巷内管线及设备，以保持现场环境卫生。

二.纳米材料特点及喷涂效果

1.抗压、抗拉、韧性及粘聚力等物理力学指标是传统喷浆材料的6-8倍，比重为2.92；

2.快速泵封闭巷道围岩，可以做到随掘随喷，即防治了围岩风化带来的松动破坏，又避免了锚杆外露端松弛带来的支护强度下降，确保了巷道的有效控制；

3.充填巷道顶板围岩内的孔隙裂隙或松动破坏围岩能快速胶结在一起，是巷道围岩形成了一个稳定的承载拱，能充分发挥其自承能力；

4.密实性高、凝固快，巷道顶板淋水量较小时能快速封堵；

5.对巷道拱部喷涂过后，能有效的隔绝空气，防止煤岩层风化，材料无污染，施工环境好。材料无回弹、用量少、施工简便，一次性成巷速度快，每班可以喷浆70m-80m左右。

6.喷涂后10h就能达设计强度的80%。

三.纳米材料在回采巷道中使用情况

（一）巷道断面参数

双马煤矿工作面回采巷道均使用GHFD-Ⅱ型纳米材料，以Ⅰ0104104工作面回风顺槽、Ⅰ0104105工作面回风顺槽为例。回风顺槽巷道为圆弧拱断面（图1），宽4.9m，高4.0m，拱长5.7m，掘进断面积17.8 m2。

（二）纳米材料与传统喷砼参数对比

1.纳米材料延米消耗量：

工作面回风顺槽纳米喷涂范围为拱部，拱长5.7m，纳米喷涂厚度为2mm，配合比为纳米材料：水=1：0.45。

Q1 =1×5.7×0.002×1500×1.05=17.95（kg）

式中：容重为1500Kg/m3，回弹量按5%考虑。

2.喷砼材料延米消耗量：

工作面回风顺槽喷砼范围为拱部，拱长5.7m，喷砼厚度为120mm，强度为C20，质量配合比为水泥：水：砂：石子=1：0.45：1.90：1.55，每立方材料用量为：水泥449kg、水202kg、砂852kg、石子697kg，速凝剂22kg。由于工作面顶板上覆含水层，顺槽有淋水，回弹量按30%计算。

V砼=1×5.7×0.12×1.3=0.89（m3）；

M水泥=0.89×449=399.61（kg）；

M水=0.89×202=179.78（kg）；

M砂=0.89×852=758.28（kg）；

M石子=0.89×697=620.33（kg）；

M速凝剂=0.89×22=19.58（kg）。

四.结语

工作面顺槽多为煤巷，煤岩层风化后容易失去力学性质，造成巷道顶板岩性破坏，出现掉渣、掉包等现象；同时，顶板淋水加快了锚杆（索）、金属网、钢带等金属支护材料的锈蚀速度，降低了支护强度，存在重大安全隐患。通过采用对煤巷拱部喷涂封堵纳米材料，满足了煤巷安全支护的要求。

1.操作工艺简单，工效高。传统喷浆每班喷15～20m，需要5人，纳米材料每班可以喷涂70～80m，需要4人，工效较高。

2.用料少，运输便捷。双马煤矿筹建处顺槽多为下山巷道，传统喷浆用量大，车辆运输任务重。相比之下，纳米材料用量小，运输压力小。

3.即时性强。纳米材料喷射工艺简单，可以及时对所掘巷道拱部进行封闭，有效的保障了巷道的围岩性质及支护强度。由于运输环节的制约，传统喷浆往往不能跟上掘进速度，导致巷道长时间裸露在空气中，降低巷道支护强度。

4.经济效益：通过表（1）、表（2）对比，纳米材料延米成本为230元/米，传统喷砼成本为281.6元/米，平均每米巷道节省51.6元。

5.工艺清洁。纳米材料喷涂过程中附着力强，粉尘少，回弹少，作业环境好。

作者简介

吴灿（1987-05-07），男，宁夏回族自治区，助理工程师，本科，技术员，主要从事煤矿掘进技术管理工作。