CN103496901B - 劣质围岩湿喷砼方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及煤矿井下支护方法，尤其涉及巷道围岩喷砼方法，具体为劣质围岩湿喷砼方法，包括以下步骤：将石子和砂子分别用石子专用标准筛和砂子专用标准筛过筛，然后由配料机按质量比为1:1.5~3:1.5~3的比例将水泥、石子和砂子混合；配好的混合料运送到搅拌机；在搅拌机中以水灰比为0.4~0.5：1的比例加入水，搅拌得到砼，在砼中加入减水剂和水化剂，减水剂的添加量为水泥质量的0.8%~1%，水化剂的添加量为水泥质量的0.3%~2.0%；用防爆罐车将砼运送到设在井下的湿喷机；在湿喷机的喷头处由蠕动泵通过调节阀向待喷出的砼中加入无碱液态速凝剂，无碱液态速凝剂的加入量为水泥质量的1%~3%，砼由湿喷机的喷头喷出；解决了围岩特别是劣质围岩采用干喷砼支护效果差的问题。

Description

劣质围岩湿喷砼方法

技术领域

本发明涉及煤矿井下支护方法，尤其涉及巷道围岩喷砼方法，具体为劣质围岩湿喷砼方法。

背景技术

随着我国煤矿开采强度与规模的显著增加，巷道的断面要求越来越大，大断面巷道的支护问题已经严重影响了煤矿的安全高效生产，引起了越来越多人们的关注，对大断面巷道支护的研究非常重要，特别大断面煤巷的煤体往往不稳定，围岩易破裂，支护难度大。我国煤矿对大断面巷道进行支护时，一般采用喷砼增强大断面煤巷的稳定性，喷砼的作用有：1.提高巷道围岩强度，由于岩体中存在节理裂隙，尤其是软岩巷道表面裂隙裂纹相当发育，高速喷射的砼充填到裂隙、节理中，起到粘结作用，从而提高围岩的强度；2.防止围岩强度恶化，喷射砼能够封闭围岩，防止风化、潮解引起的围岩剥落和强度降低，特别对于膨胀性围岩作用更为显著；3.改善围岩的受力状态，喷射砼与围岩表面紧密结合，避免应力集中，提高围岩的稳定性和自身的支撑能力，使喷层和围岩形成一个协调的共同作用的力学系统，同时喷层还提供给围岩一定的支护力，使围岩表面由二向应力转变为三向应力状态；4.增强支护系统的整体性，喷射砼层将锚杆、钢筋网和围岩粘结在一起，构成一个共同作用的整体结构，从而提高支护的整体承载能力。

喷砼时一般都采用干喷砼方法，干喷砼方法是先将水泥、砂子和石子按一定的比例在搅拌机内混合，然后将混合料通过上料机或者人工上料到喷射机中，在上料的同时人工添加粉状铝酸盐速凝剂，再由水泵将水抽送到喷射机的喷头处输料管内，水和混合料配合，喷射机将水和混合料喷到受喷面上硬化而成砼。

因为这种方法施工工艺流程简单、方便，所需施工设备机具较少，但是干喷砼目前存在的问题主要有：1.材料选择：①在石子选择上不合理，石子未进行筛选，石子粒径过大时，回弹率增加；石子粒径较小时，砼强度低；②粉状铝酸盐速凝剂属于强碱性速凝剂，有强腐蚀性，并且粉状铝酸盐速凝剂在上料时添加，因石子、砂子含有水分，速凝剂短期时间内吸水在未喷射时分解其速凝成分，影响凝结时间，降低砼强度；2.设备方面存在问题：①虽然喷射机比较轻巧，但喷射速度较慢，工人劳动强度大，且干喷现场粉尘浓度高，现场粉尘浓度一般为150mg/m³左右，少数达到400mg/m³左右，远远超过国家规定的20mg/m³(游离SiO₂浓度<5％)的标准，工作环境恶劣，影响工人健康；②干喷机未安装风压调节阀，导致风压不稳定。3.干喷法在材料定量控制方面存在的问题：①在配料时对砂子往往不进行含水率测试，当含水率较低时，干喷中会产生大量粉尘；当含水率过高时，混合料湿度太大，使干喷机粘料，并可能造成堵管，影响施工顺利进行；②水泥是在施工地点由人工控制加入到砂和石的混合料中，随机性大；③粉状铝酸盐速凝剂也是在施工地点直接加入混合料中，然后人工拌合，这样速凝剂既不能保证定量加入，也无法与干料混合均匀，大大影响了喷砼的性能；④干喷法加水是在喷头处，水量控制完全凭工人的经验，水和水泥质量比（水灰比）不稳定，易造成砼性能不稳定。4.易产生静电，在干喷砼工艺中，因为砼拌合物是干的，空气中相对湿度小于50%时，就有可能在软管和喷嘴上产生静电荷，这些静电荷除了使操作者感到不适外，万一空气中有爆炸性气体存在的话，静电荷将会点燃它，从而引起爆炸，危害很大；5.喷料时有脉冲现象且均匀度差。特别是遇到喷射面为劣质围岩时，劣质围岩的强度低、节理发育，稳定性差，围岩变形大，且井下巷道喷砼目前采用的都是干喷技术，难以达到很好的支护效果。

发明内容

本发明为了解决煤矿井下巷道围岩特别是劣质围岩采用干喷砼支护效果差的问题，提供了一种劣质围岩湿喷砼方法。

本发明是采用如下的技术方案实现的：劣质围岩湿喷砼方法，包括以下步骤：

将石子和砂子分别用石子专用标准筛和砂子专用标准筛过筛，然后由配料机按质量比为1:1.5~3:1.5~3的比例将水泥、石子和砂子混合；

配好的混合料通过运输车运送到搅拌机；

在搅拌机中以和水泥的质量比为0.4~0.5：1的比例加入水，搅拌得到砼，在砼中加入减水剂和水化剂，减水剂的添加量为水泥质量的0.8%~1%，水化剂的添加量为水泥质量的0.3%~2.0%,减水剂为RHEOPLUS26减水剂，水化剂为Delvo水化剂；

用防爆罐车将砼运送到设在井下的湿喷机；

在湿喷机的喷头处由蠕动泵通过调节阀向待喷出的砼中加入无碱液态速凝剂，无碱液态速凝剂的加入量为水泥质量的1%~3%，无碱液态速凝剂为MeycoSA无碱液态速凝剂，加入无碱液态速凝剂的砼由湿喷机的喷头喷出。

本发明先用石子专用标准筛和砂子专用标准筛对石子和砂子进行了筛选，保证了石子和砂子在选材上的合格，通过机械化配料，实现了石子、砂子、水泥和水的定量配比，定量配比成的砼均质性好、性能稳定，不存在砼强度波动大的缺陷，能更好的按设计要求完成施工；同时水灰比优选为0.4~0.5：1，因为水灰比越高，砼中可用于蒸发的水分越多，达到毛细管压力临界值(破坏压力)的时间得以延长，即毛细管压力在较长一段时内以较小的速率发展，当达到破坏压力时，砼已获得一定的强度足以抵抗此时的破坏压力，但用水量的加大也会使砼的后期收缩增大，容易产生裂缝，水灰比较低时，砼的整体性和粘聚性较好，产生的塑性沉降较小，塑性收缩裂缝宽度及总面积均较小，但是根据图1可知，水灰比越小，初凝和终凝时间越短，若初凝和终凝时间太短，由于施工条件的变化，砼容易在设备内凝结，因此，在满足施工要求条件下，把水灰比控制在0.4~0.5：1；

本方法中使用了减水剂，减水剂对湿喷砼有很好的综合效益，表现在：保持砼塌落度140~160mm，减少砼浪费；砼具有高早期强度和长期强度；提供砼耐久性，有效地避免了劣质围岩支护喷层易掉渣问题；提高了湿喷砼的粘结性，解决了劣质围岩支护喷砼难以喷上去的问题；本方法中还使用了水化剂，水化剂是一种水化催化剂，可以使砼性质在3天之内保持稳定，可以保证防爆罐车把砼运至施工地点时，砼性质依然稳定；减水剂和水化剂的用量也为科研人员优选出；

最后在待喷的砼中加入的无碱液态速凝剂是通过湿喷机上的蠕动泵在喷头处加入，蠕动泵通过调节阀能够保证液态速凝剂的定量加入，且由试验对比图2可知，加入无碱液态速凝剂的砼的抗压强度高于加入粉状铝酸盐速凝剂的砼的抗压强度，同时无碱液体速凝剂使砼的终凝时间快，保证了湿喷砼能快速封闭围岩特别是劣质围岩，有效地防止围岩风化、潮解；无碱液体速凝剂还减少了喷射砼最终强度的损失，有利于劣质围岩的长期支护。

本发明在湿喷砼的材料选择上做了优选，湿喷砼的均质性好、性能稳定；喷射砼的设备为湿喷机，湿喷机喷射速度快，效率高，喷射现场粉尘浓度低，远低于国家规定的游离粉尘浓度标准，喷射过程中也不会产生静电，影响操作者的健康，更不会引起爆炸；配料时采用机械化配料，严格控制物料之间的配比，保证砼的性质稳定；本发明从多个方面入手，提高了围岩喷射砼支护的效果，特别是对于劣质围岩，利用湿喷砼支护效果好。

附图说明

图1为水灰比影响砼的初凝和终凝时间的曲线图。

图2为分别添加无碱液态速凝剂与粉状铝酸盐速凝剂对砼抗压强度影响效果图。

具体实施方式

实施例一：

劣质围岩湿喷砼方法，包括以下步骤：

将石子和砂子分别用石子专用标准筛和砂子专用标准筛过筛，然后由配料机按质量比为1:1.5:3的比例将水泥、石子和砂子混合；

配好的混合料通过防爆运输车运送到搅拌机；

在搅拌机中以和水泥的质量比为0.4：1的比例加入水，搅拌得到砼，在砼中加入减水剂和水化剂，减水剂的添加量为水泥质量的0.8%，水化剂的添加量为水泥质量的0.3%,减水剂为RHEOPLUS26减水剂，水化剂为Delvo水化剂；

用防爆罐车将砼运送到设在井下的湿喷机；

在湿喷机的喷头处由蠕动泵通过调节阀向待喷出的砼中加入无碱液态速凝剂，无碱液态速凝剂的加入量为水泥质量的1%，无碱液态速凝剂为MeycoSA无碱液态速凝剂，加入无碱液态速凝剂的砼由湿喷机的喷头喷出。

实施例二：

劣质围岩湿喷砼方法，包括以下步骤：

将石子和砂子分别用石子专用标准筛和砂子专用标准筛过筛，然后由配料机按质量比为1:2:1.5的比例将水泥、石子和砂子混合；

配好的混合料通过防爆运输车运送到搅拌机；

在搅拌机中以和水泥的质量比为0.5：1的比例加入水，搅拌得到砼，在砼中加入减水剂和水化剂，减水剂的添加量为水泥质量的1%，水化剂的添加量为水泥质量的1%,减水剂为RHEOPLUS26减水剂，水化剂为Delvo水化剂；

用防爆罐车将砼运送到设在井下的湿喷机；

在湿喷机的喷头处由蠕动泵通过调节阀向待喷出的砼中加入无碱液态速凝剂，无碱液态速凝剂的加入量为水泥质量的3%，无碱液态速凝剂为MeycoSA无碱液态速凝剂,加入无碱液态速凝剂的砼由湿喷机的喷头喷出。

实施例三：

劣质围岩湿喷砼方法，包括以下步骤：

将石子和砂子分别用石子专用标准筛和砂子专用标准筛过筛，然后由配料机按质量比为1:3:2的比例将水泥、石子和砂子混合；

配好的混合料通过防爆运输车运送到搅拌机；

在搅拌机中以和水泥的质量比为0.43：1的比例加入水，搅拌得到砼，在砼中加入减水剂和水化剂，减水剂的添加量为水泥质量的0.85%，水化剂的添加量为水泥质量的1.5%,减水剂为RHEOPLUS26减水剂，水化剂为Delvo水化剂；

用防爆罐车将砼运送到设在井下的湿喷机；

在湿喷机的喷头处由蠕动泵通过调节阀向待喷出的砼中加入无碱液态速凝剂，无碱液态速凝剂的加入量为水泥质量的2%，无碱液态速凝剂为MeycoSA无碱液态速凝剂,加入无碱液态速凝剂的砼由湿喷机的喷头喷出。

实施例四：

劣质围岩湿喷砼方法，包括以下步骤：

将石子和砂子分别用石子专用标准筛和砂子专用标准筛过筛，然后由配料机按质量比为1:2:2的比例将水泥、石子和砂子混合；

配好的混合料通过防爆运输车运送到搅拌机；

在搅拌机中以和水泥的质量比为0.46：1的比例加入水，搅拌得到砼，在砼中加入减水剂和水化剂，减水剂的添加量为水泥质量的0.9%，水化剂的添加量为水泥质量的2%,减水剂为RHEOPLUS26减水剂，水化剂为Delvo水化剂；

用防爆罐车将砼运送到设在井下的湿喷机；

在湿喷机的喷头处由蠕动泵通过调节阀向待喷出的砼中加入无碱液态速凝剂，无碱液态速凝剂的加入量为水泥质量的1.5%，无碱液态速凝剂为MeycoSA无碱液态速凝剂,加入无碱液态速凝剂的砼由湿喷机的喷头喷出。

Claims (1)

1.劣质围岩湿喷砼方法，其特征在于包括以下步骤：

将石子和砂子分别用石子专用标准筛和砂子专用标准筛过筛，然后由配料机按质量比为1:1.5~3:1.5~3的比例将水泥、石子和砂子混合；

配好的混合料通过运输车运送到搅拌机；

在搅拌机中以和水泥的质量比为0.4~0.5：1的比例加入水，搅拌得到砼，在砼中加入减水剂和水化剂，减水剂的添加量为水泥质量的0.8%~1%，水化剂的添加量为水泥质量的0.3%~2.0%，减水剂为RHEOPLUS26减水剂，水化剂为Delvo水化剂；

用防爆罐车将砼运送到设在井下的湿喷机；

在湿喷机的喷头处由蠕动泵通过调节阀向待喷出的砼中加入无碱液态速凝剂，无碱液态速凝剂的加入量为水泥质量的1%~3%，无碱液态速凝剂为MeycoSA无碱液态速凝剂，加入无碱液态速凝剂的砼由湿喷机的喷头喷出。