软岩巷道锚喷支护回弹量优化研究

查　忍，丁点点

（宿州学院　资源与土木工程学院，安徽　宿州　234000）

软岩巷道锚喷支护回弹量优化研究

查忍，丁点点

（宿州学院资源与土木工程学院，安徽宿州234000）

锚喷支护是软岩巷道掘支过程中常用的支护措施，但受围岩条件、施工环境等因素的影响，锚喷支护过程中混凝土会出现一定的回弹现象.本文以小官庄铁矿为工程背景，采用现场试验的方法，从干喷及湿喷工艺的对比、速凝剂流量、混合料流量、混凝土泵泵压及风压五个方面对锚喷支护中混凝土回弹影响因素进行了分析，最后结果表明，湿喷工艺相比干喷工艺可以降低混凝土的回弹率，且当速凝剂流量为0.1～0.13m3/h，混合料流量为5～5.8m3/h，泵压为3.8～4.5MPa，风压为0.4MPa时，回弹率较低，对软岩巷道锚喷支护混凝土回弹研究具有一定的借鉴意义.

锚喷支护；回弹率；速凝剂；混合料

软岩是一种易于产生弹性、塑性变形的岩石力学介质[1-2].在地下空间的开发，例如矿山生产、隧道开挖、地铁施工等，软岩巷道在掘进过程中因外部因素或者围岩条件常常产生较大的变形，如果变形过大，不仅使结构失稳，而且会引发更为严重的工程灾害.因此对于软岩巷道支护技术及破坏机理的研究成为了研究的热点[3-4].

喷射混凝土包含干喷、湿喷及潮喷三种方式，喷射混凝土采用喷枪，利用压缩空气的原理将预制的混凝土高速喷射到工作面上，通过加入速凝剂等方法可以使混凝土快速硬化，为工作面形成了保护层，由于其施工简便、成本较低在隧道开挖与支护、巷道掘进等工程领域得到了推广.但喷射混凝土亦有一定的缺点，受水灰比、喷枪与受喷面距离等多种因素影响，在喷射混凝土的操作过程中存在回弹率高的问题，另外在作业的过程中会产生大量的粉尘等其他颗粒物.关于喷锚支护过程中回弹量的优化研究，国内外学者做了一定的研究，韩斌[5]等深入研究了料浆水灰比、速凝剂掺量、喷枪与受喷面距离、喷枪与受喷面夹角等因素与湿喷混凝土回弹率的内在关系.张金松[6]等提出了一种聚丙烯钢筋网架喷锚支护结构，并利用数值分析与现场监控监测相结合的方法，研究其在高应力巷道支护中的适用性.马利[7]等采用锚喷巷道快速湿式喷射混凝土作业，减少了粉尘浓度，而且有效地降低了回弹率.李国新[8]、杨仁树[9]、潘莎莉[10]等人研究了速凝剂及减水剂对混凝土的影响.本文以鲁中矿区小官庄铁矿为工程背景，拟从干喷与湿喷两种施工工艺的对比、速凝剂流量、混合料流量、混凝土泵泵压及风压五个方面对该矿巷道锚喷支护回弹率进行研究.

1　工程概况

小官庄铁矿位于鲁中矿区，该矿区围岩受到热变质、矽卡岩化及热液蚀变多重作用，蚀变围岩种类极其复杂，在巷道掘进过程中曾出现过数次冒顶，工程结构稳定性差.在巷道掘支后需要进行二次补支，受干冷空气交替影响，部分底板浸泡在水中，底鼓现象尤为明显，在最严重的巷道区段，掘进断面尺寸由5m*3.6m缩至3m*3.2m，轨道需进行多次返修.针对该矿区的工程地质特点，采用长短锚杆结合的锚固系统，短锚杆和中长锚杆均采用全螺纹轧制锚杆杆体，锚杆规格：短锚杆为Ø18×1600mm，中长锚杆Ø20×2800mm.锚杆布置密度：短锚杆间距为800×800mm，长锚杆为1000×1000mm，岩性较好的巷道仅在顶板施加.

2　喷射混凝土回弹率影响因素

2.1干喷与湿喷工艺

在小官庄铁矿巷道掘支过程中，分别采用干喷和湿喷两种工艺对比混凝土回弹率，经监测数据表明，湿喷混凝土可以有效地降低混凝土回弹率.

表1　干喷与湿喷对回弹率的影响对比

通过表1可以看出采用湿喷技术拱顶部位混凝土的回弹率降低11.6%，拱腰处混凝土回弹率降低了12.5%，拱脚处回弹率降低了8.3%.

2.2速凝剂流量

加入速凝剂可以有效地控制混凝土的凝结速度，但是要合理控制速凝剂的流量，如果速凝剂流量过小，速凝剂掺量过低，导致混凝土凝结速度较慢，会引起回弹率的增加.而如果速凝剂流量过快，一方面会影响混凝土的凝结硬化，另外会使骨料回弹，同样会增加混凝土的回弹量.在作业过程中，设计了数组速凝剂流量与回弹率之间的试验，发现速凝剂流量与回弹率之间存在如图1所示的关系.通过图中可以看到，当速凝剂流量为0.1~0.13m3/h时，混凝土回弹率较低，喷射效果较好.

图1　速凝剂流量与回弹率关系图

图2　混合料流量与回弹率关系图

2.3混合料流量

混合料的流量对于混凝土的性能及回弹率有决定性的影响，混合料流量过快导致混合料与速凝剂等外加剂掺和不均匀，影响混凝土回弹率，而混合料流量如果过慢，导致混合料在还未喷射前可能已发生部分凝结硬化，降低了混凝土的强度，也会对回弹率产生一定的影响，实验表明当混合料流量为5~5.8m3/h时，混凝土回弹率较低（图2）.

2.4混凝土泵泵压

将石子、砂、水泥、水按照一定的比例拌合投入到搅拌机，然后在导入混凝土泵，混凝土泵的泵压对于混凝土的质量及回弹率有一定的影响，通过多次试验，发现当混凝土泵压为3.8~4.5MPa的时候，喷锚回弹率较低（图3）.

2.5风压

速凝剂加入到速凝剂泵，与混凝土接触混合后，利用压缩空气进行喷射作业，风压值决定了喷锚作业的质量，同时对回弹率也产生一定的影响，经过现场多次试验，当风压值为0.4MPa时，回弹率最低（图4）.

图3　混凝土泵泵压与回弹率关系图

图4　风压与回弹率关系图

3　结论

本文采用现场试验的方法，从干喷与湿喷工艺的对比、速凝剂流量、混合料流量、混凝土泵泵压及风压五个方面对小官庄软岩巷道锚喷支护回弹量影响因素进行了研究，并得到以下结论：

（1）同干喷工艺相比，采用湿喷混凝土施工工艺，拱顶部位混凝土的回弹率降低11.6%，拱腰处混凝土回弹率降低了12.5%，拱脚处回弹率降低了8.3%，验证了湿喷混凝土相比干喷而言效果更好.

（2）经过多次试验可知，当速凝剂流量为0.1~0.13m3/h，混合料流量为5~5.8m3/h，泵压为3.8~4.5MPa，风压为0.4MPa时，回弹率较低，因而在施工过程中应注意工艺参数的选取与调整.

〔1〕潘刚，程卫民，陈连军，等.煤矿井巷喷射混凝土技术的发展［J］.煤矿安全，2015，46（9）：204-207.

〔2〕董杰，李世凯.硅灰优化矿井巷道喷射混凝土的应用研究［J］.现代矿业，2013（4）：34-37.

〔3〕芦超，刘一新.锚喷巷道喷射混凝土施工中降低回弹率的途径［J］.煤炭技术，2001，20（2）：26-27.

〔4〕谢忠强.锚喷支护巷道喷浆作业粉尘分布规律的数值模拟［J］.煤矿开采，2012，17（6）：96-99.

〔5〕韩斌，姚松，于少锋，等.湿喷混凝土可泵性、强度和回弹率的关键影响因素［J］.金属矿山，2014（7）：37-41.

〔6〕张金松，庞建勇，杜晓丽.高应力软岩巷道聚丙烯钢筋网架锚喷支护技术［J］.煤矿安全，2015，46（5）：98-101.

〔7〕马利，许鹏.岩巷掘进快速湿式喷射混凝土支护技术［J］.煤炭科学技术，2013，41（4）：5-8.

〔8〕李国新，宋学峰，周文英，等.几种协同增效组分对铝酸钠液体速凝剂作用效果的影响［J］.混凝土，2005，186（4）：49-51.

〔9〕杨仁树，肖同社，刘波，等.喷射混凝土速凝剂的应用与发展［J］.中国矿业，2005，14（7）：79-81.

〔10〕潘莎莉，邱学青，庞煜霞，等.减水剂对混凝土耐久性影响的研究进展［J］.混凝土，2007（1）：48-51.

TD26

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1673-260X（2016）08-0044-02

2016-04-06