矿井巷道喷射混凝土支护的技术要求与施工

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【摘要】近些年来，矿井巷道开挖工程数量日益增多，巷道支护技术更新频率也随之加快，喷射混凝土技术作为新型施工技术，已经广泛应用于矿井巷道的支护。使用任一标准标准水制备，均可采用喷射混凝土。但未提升混凝土技术的经济效益，必须确保水泥的特殊性质，提升技术要求，合理进行支护工程施工。本文立足矿井巷道角度，主要分析喷射混凝土的支护技术要求与施工。

【关键词】矿井巷道；喷射混凝土；支护技术

随开采深度的增加，深部煤矿开采会引起不利变化，给煤矿安全生产造成严重问题，矿压过大和温度过高，均隐藏着许多地质灾害。因此，对于矿井巷道工程，需加强支护，以确保施工安全性，保证施工人员的生命安全。笔者根据自身多年的从业经验，立足矿井巷道角度，主要分析喷射混凝土的支护技术要求与施工。

1 矿井巷道喷射混凝土的支护原理

首先，加固、防止风化。对于矿井巷道施工，使用喷射混凝土，在张开节理裂隙中，若以较高速度射入，必然会产生粘结作用。体提升岩体内摩擦角、岩体粘结力，需提升围岩强度，利用喷射混凝土，降低围岩封闭，可有效避免由于分化、水化作用，导致围岩剥落，降低围岩损坏率。

其次，改善围岩应力。对于矿井巷道，使用喷射混凝土，可有效改善围岩的应力状态，填平围岩表面的凹凸不平区域，防止由于岩面不平而导致应力集中，消除因为应力过于集中，而引起围岩破坏。同时，改变巷道的周边围岩受力状态，由双向受力逐渐转向三向受力，进而有效提升围岩强度。

第三，柔性支护作用。在矿井巷道中，使用喷射混凝土，具备一定柔性，与围岩共同变形，进而产生一定径向卫衣，充分发挥围岩自承受能力，改善喷层的自身受力状态。同时，对于混凝土喷层，可有效压缩围岩共同变形，反作用于围岩支护，有效抑制围岩的变形率，避免围岩出现松动、破碎问题。

第四，组合供作用。在开挖矿井巷道之后，及时喷射混凝土，可有效防止围岩出现局部破坏，避免个别围岩活动出现坠落、滑移，进而保持岩块与岩块之间的联锁咬合作用，提升围岩自身稳定性，同喷射层一起共同构成组合供承载作用。

第五，喷射混凝土的厚度要求。因为矿井的地质条件较为复杂，对于喷厚计算，仅能采取验算、供参考使用。在矿井现场，大多是按照工程经验类比，确定喷厚数据。若岩体变形较小，且稳定性较好，选择拱形断面时，通常仅喷射混凝土即可，无需打锚杆，喷厚通常为50mm~200mm之间。若岩体出现较大变形，喷射混凝土层无法有效支护，经过实践证明，若喷层厚度大于200mm，不仅无法提高支护能力，反而会增加支护成本。所以，一般选择联合锚喷支护方式。此时，喷射混凝土通常以锚杆为主，秩序局部支护锚杆表面岩石，避免围岩出现风化。

2 矿井巷道喷射混凝土的技术要求与施工

首先，喷射混凝土材料。在选择混凝土材料时，需注意如下几点：其一，水泥。通常选择普通水泥、硅酸盐水泥，标号需控制在426号以上；其二，砂。混凝土中的砂成分，通常选择0.36mm~2.9mm范围内，选择中砂或细砂最佳；其三，石子。通常选择坚硬碎石、坚硬河卵石，碎石由于回弹力较低，极易堵塞管道、磨损管道，河卵石则正好相反。对于石子粒径，需按照喷射机的性能确定。具体施工过程中，为降低回弹力，石子粒径通常小于14mm。石子级配科学与否，直接影响了水泥用量、回弹率与混凝土质量，因此，需合理控制好石子级配；其四，水。对于喷射混凝土，必须控制好水成分，要求洁净不含杂质。对于PH值大于4的硫酸盐、酸性水，需根据SO4计算，若超过1%水重，均禁止使用；其五，速凝剂。为保证混凝土能够速凝，必须提升早期强度，通常会掺入速凝剂，重量为水泥的3.5%左右，初凝时间必须控制小于5min，同时，终凝时间不超过10min为宜。

其次，混凝土配合比。混凝土采购时，应选择大吸收骨料，若骨料含泥量过大，或干缩过大，会增加混凝土的干缩性。若骨料级配过大，或粒径过大时，可减少泥浆用量，以降低混凝土的干缩率，减少混凝土的体积收缩率。掺入粉煤灰过程中，可减少水泥用量，以降低水化热，降低混凝土的体积收缩率。若掺入高效减水剂，可提升混凝土的抗力性与可泵性，增强混凝土的抗渗性与和易性，进而使渗水率下降，降低围岩变形发生率。对于配合比设计人员，需深入施工现场，按照施工现场的实际情况，结合浇捣工艺、构建截面等，合理设计坍落度，按照砂石质量，及时调整施工混凝土的配合比，加强构件养护。根据骨料级配，合理掺入粉煤灰、高效减水剂，进而降低水化热、水泥用量，合理选择外加剂、水泥，属于低碳性、无碱性质量。通常合理配合比可提升喷层抗压能力、粘结强度与抗拉强度，降低收缩变形值，降低回弹率，水泥与砂石的配合比比为：1.:2，水灰比为0.5左右。

第三，工艺参数。对于喷射混凝土施工，主要控制好如下参数：其一，工作风压。当喷射机处于正常喷射作业状态时，喷射机工作室内会发生一定风压。根据相关实践证明，对于干式喷射时喷嘴出口处的风压，一般需控制在0.1MPa，在湿喷过程中，控制与0.15Mpa～0.18Mpa范围内。对于罐式、转子式干式喷射机水平输料处于200m内，若喷射距离发生变化时，可参考下述数值：水平输料每增加100m，工作风压应提高0.08～0.1MPa；垂直向上每增加10m，工作风压应提高0.02～0.03Mpa其二，水压。水压应比风压高0.1MPa左右，以保证喷头处高速流过的拌合料能被水环能充分湿润。其三，水灰比。喷射泥凝土的最佳水灰比为0.4～0.5。其四，喷头与受喷面的距离及倾角。合适的距离应使回弹率低而混凝土强度高，一般控制在0.8～1.2m。喷头方向除了喷墙下部可下俯l0～15°外，应尽量与受喷面正交。其五，一次喷射厚度若一次喷射厚度过大，由于重力作用，会使混凝土颗粒之间的凝着力减弱，混凝土将发生坠落；若喷层厚度过小，石子无法嵌入灰浆层，使回弹增大。经验表明一次喷厚，墙50～100mm，拱30～60mm为宜。其六，分层喷射的间歇时间。一般喷射顺序为分段从下向上喷射，一次喷射厚度逐渐减小。需要进行复喷时，其间隔时间与水泥品种、工作温度、速凝剂掺量等因素有关。其七，混合料的存放时间。由于砂、石含有一定水分，与水泥混合后，存放时间也应该缩短。不掺速凝剂，存放时间不应超过2h。对于掺速凝剂，存放时间不应超过2min。

第四，喷射作业。对于混凝土喷射机的使用，应严格根据操作规程正确使用，特别注意风压调整与水压调整，降低粉尘浓度、回弹量。同时，对于混合料，应按照“随伴随用”原则，对于存放时间控制，掺入速凝剂时，存放时间小于20min。若不掺入速凝剂，存放时间小于2h。操作喷头时，按照“先水后料”原则，对水灰比进行及时调整，按照“先墙后供、先上后下”顺利，以螺旋状轨迹进行移动，控制好旋转直径，通常在200mm左右。为确保喷射质量，有效提升施工效率，必须对喷射区段进行合理划分，通常6m长为基本段，再按照2m一小段分为三小段。在喷墙过程中，每喷完1.5m时，需逐次朝着相邻小段前进。针对岩面凹凸较为严重情况，采用“先凹后凸”与“由下至上”的顺利，合理安排喷射次序。

3 结束语

综上所述，对于矿井巷道支护工程而言，使用喷射混凝土，可起到加固、防止风化、改善围岩应力、柔性支护、组合供等作用，在施工过程中，需满足混凝土厚度要求，正确选择混凝土喷射材料，科学设计配合比，按照工艺参数要求进行施工，合理安排喷射作业，进而确保矿井巷道支护工程的质量。

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