薄喷涂层技术在底抽巷围岩防风化中的应用

张志强

（山西晋煤集团沁秀公司岳城煤矿，山西 晋城 048006）

岳城煤矿底板瓦斯抽采巷 （以下简称底抽巷）顶板岩层大多为砂质泥岩，易风化，极易引发漏顶、冒顶事故。目前我国煤矿风化巷道的治理主要是对风化岩层的水岩耦合作用规律和风化特征进行研究，制定科学有效的隔离水技术方案和岩层喷浆防风化技术方案，最终形成风化煤岩体锚杆（索）索喷联合支护技术[1]。现场实践表明，煤矿巷道喷射混凝土后能延长巷道的使用寿命，但与煤岩体粘接不严不实，同时还存在工序复杂、运料衔接紧张、粉尘治理难度大等问题。快速薄喷涂层技术是广泛应用于机械设备防锈的一种成熟技术，具有粘接严实、效率高、污染小等显著优点[2]。因此研究如何采用快速薄喷涂层技术替代喷浆技术，实现防范巷道顶板破碎及漏顶、冒顶事故，具有重要意义。

1 存在问题

晋煤集团岳城煤矿为高瓦斯矿井。由于矿井本煤层瓦斯抽采效果不理想，目前在综采工作面施工底抽巷来提高区域瓦斯抽采能力。底抽巷层位选择在K6灰岩和K7砂岩之间，K6灰岩和K7砂岩之间岩层厚度在3.1 m左右，底抽巷巷道高度至少4.0 m左右。由于K6灰岩强度大，掘进机无法割动K6灰岩。因此，底抽巷掘进时需要放炮破K6灰岩，但K6灰岩强度大造成底板放炮孔很难施工。

为提高底抽巷掘进效率和速度，底抽巷道准备选择沿底板K6灰岩、破顶板K7砂岩掘进。K7砂岩厚度在1.8 m左右，上部岩层为泥质砂岩或砂质泥岩，极易风化变形破碎，导致底抽巷顶板破坏变形，造成很大的安全隐患。因此，非常有必要对底抽巷易风化围岩进行快速薄喷层防护，实现顶板的安全高效管理。

因此，全面分析岳城矿底抽巷围岩特性，研究巷道围岩风化破碎机理，提出底抽巷围岩快速薄喷涂层围岩控制技术，选择合适的成套设备，有效保证巷道围岩稳定性，进一步提高底抽巷巷道掘进效率，意义重大。

2 薄层喷涂技术应用

2.1 研究方法

研究技术路线主要包括地质资料调查、巷喷参数确定、薄层复合喷涂材料配比试验、设备选型、现场工业性试验、效果考察分析等几个方面。

底抽巷需要施工大量的深度大、孔径大的钻孔。瓦斯抽采钻孔对底抽巷围岩稳定性具有重要的影响，一方面一定程度上破坏了围岩结构，另一方面导致水和空气进入围岩内部，造成风化加剧，影响巷道稳定性。因此需要提前对底抽巷稳定性进行研究，确定重点喷涂区域。结合底抽巷地质资料和现场情况，确定喷涂区域为距工作面220～300 m处。

2.2 喷涂材料

本次选取的薄层喷涂材料为高分子无机复合喷涂材料[3]，由两组份包装组成：A组份为水性液体树脂材料，由50 kg塑料桶包装，B组份为无机粉体材料，由25 kg防潮包装袋包装。两组份包装按照一定配比混合搅拌喷涂施工。喷涂厚度一般在30～50 mm左右，每平方米消耗量为95 g左右，仅为传统喷浆成本的40%左右。该材料与煤岩体表面粘附力强，固化物本体抗拉强度高，同时还兼具粘附力和耐久性好，硬化时间快，顶立面喷涂不流挂及阻燃和抗静电性等优点。材料的物性参数见表1。

表1 薄层喷涂材料性能参数

2.3 喷涂设备

结合矿井煤层地质条件和薄喷材料特点，拟采用WFP400型粉体喷射机进行集中作业，其设备结构见图1。

图1 WFP400型粉体喷射机设备结构

WFP400喷射机主要通过螺旋轴运转在腔内形成负压，将喷涂材料吸入料仓，使材料、水、空气充分混合，以流体形式经喷射器喷出。与传统喷浆机相比，具有质量轻、用风量小、封闭抑尘等优点。其技术参数见表2。

表2 WFP400型粉体喷射机技术参数

2.4 喷涂工艺

底抽巷施工后，现场采取边掘边喷方式，对新掘进巷道进行薄喷涂层封闭，即采用气动喷涂泵，通过压风带动搅拌仓马达和螺杆泵马达转动，完成混料和输送浆料工艺。浆料通过管路输送出去，在出口位置再次通过压风将浆料打散雾化，从而喷涂到墙体表面。与传统喷浆相比，具有工艺操作简便、粘接严实、效率高、材料污染小等特点。其现场喷涂效果见图2。

图2 现场喷涂效果

从图2中可以看出，采用喷涂方式施工后的帮部巷道墙面外观平整密实，密闭效果良好，无明显反弹及流挂现象。

3 效果考察

3.1 巷道表面位移观测

采用“十”字布点法对巷道顶底板及两帮围岩位移变化情况进行观测，在底抽巷内每隔25 m布置一个测点，共布置10个测点，每2～3天观测一次。测点布置时，首先选择观测断面，在顶板、底板、两帮打孔，孔径42 mm，孔深200～300 mm，塞入木楔敲实，木楔尾部敲入铁钉。将垂直测线一端悬挂在顶板铁钉上，不观测时收至一侧巷帮，将水平侧线一端固定在一帮铁钉上，不观测时收至一帮，观测时拉直。

3.2 顶板离层观测

巷道沿底掘进后布置多点位移计，当顶板发生离层下沉后，可以清楚地掌握离层发生在什么位置，进行针对性的注浆加固或者补强支护措施。

图3 巷道变形观测曲线

3.3 矿压观测数据分析

将巷道顶底板及两帮围岩的位移变化观测数据进行整理，其变化曲线见图3。

由图3可知，在底抽巷支护设计不变的前提下实施薄喷涂层工艺，涂层厚度40±5 mm，此时两帮移近量在距工作面220 m处达到280 mm并趋于稳定，移进速度在距工作面110 m处达到11 mm/d，并在200 m前后趋于稳定，巷帮位移量趋近于0。顶底板移近量在距工作面210 m处达到300 mm并趋于稳定，移进速度在距工作面110 m左右达到最大值9.64 mm/d，并在200 m前后趋于稳定，底板位移量趋近于0。说明薄喷涂层有效遏制了底抽巷围岩的变化速度，保持了围岩的整体塑性，防风化效果显著，但顶板和两帮围岩还在蠕动，移近量还在缓慢增大，建议提前采取高强锚索补强加固措施。

4 结语

综上可知，岳城矿底抽巷采用薄喷涂层工艺替代传统喷浆工艺，能够有效遏制了底抽巷围岩的变化速度，保持了围岩的整体塑性，防风化效果显著，同时兼具喷涂效果好、效率高、污染小等优点，具有很好的环保效益和安全效益。