掘進工作面如何提高噴射混凝土質(zhì)量的探討

                              掘進工作面如何提高噴射混凝土的探討

摘要： 通過對煤礦井下噴射混凝土的配料、操作工藝、養(yǎng)護、注意事項的分析，來探討如何提高噴射混凝土質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：噴射混凝土  配料  操作工藝  質(zhì)量 

概述：隨著礦井機械化程度的提高和開采強度的增大，目前單進水平都有所增加，砌碹和架棚支護已滿足不了現(xiàn)行的進尺水平，嚴(yán)重制約了單進水平的提高，因為砌碹和架棚支護不僅成本高，勞動強度也大；而錨噴支護既滿足了支護要求，又降低了材料成本，節(jié)約了鋼材和木材，有利于機械化施工，減輕了勞動強度。

一、混凝土的特性

 混凝土的特性具有抗壓強度高，抗拉強度低，脆性大等特點；噴射混凝土是將一定配合比的水泥、沙子、石子和速凝劑的拌合料通過混凝土噴射機，以壓縮空氣為動力，并通過管道輸送到噴槍出口處，與水混合后，以較高的速度分層噴射到巖石壁面而凝結(jié)硬化成的一種混凝土。它具有充填裂隙、填補凹穴、加固巖層的作用。井巷開挖后，地下圍巖暴露于空氣中，由于風(fēng)和水的侵蝕而風(fēng)化，再加上礦井地層壓力的作用，圍巖逐漸喪失穩(wěn)定性，當(dāng)圍巖噴上混凝土后，隔絕了巖層與空氣的接觸，噴層與巖體緊密結(jié)合在一起，形成致密、堅固的混凝土防護層，阻止巖層節(jié)理和裂隙的滲水，防止水和空氣對圍巖的風(fēng)化作用。當(dāng)圍巖節(jié)理和裂隙形成局部不穩(wěn)定的危石活動時，噴層充填了圍巖的節(jié)理和裂隙，把分離的危活石和巖塊緊密的粘結(jié)在一起，堅固了圍巖，以便共同承受?；钍闹亓?。巖石和噴層組成了拱作用。把巷道凸凹不平的頂板和裂隙用混凝土充填、噴平，把巖石和噴層固結(jié)在一起，形成巖石——混凝土的組合拱，把不穩(wěn)定的巖層參加了支護結(jié)構(gòu)作用，根據(jù)圍巖類型、巷道用途、服務(wù)年限，兗礦集團興隆莊煤礦目前煤（巖）巷多采用噴射混凝土支護、錨桿支護、錨噴支護、錨噴網(wǎng)聯(lián)合支護的幾種支護形式；我們就噴射混凝土支護探討一下如何提高噴射質(zhì)量的方法。

二、對混凝土材料的質(zhì)量要求                          

1水泥：因為噴射混凝土必須具有較高的粘結(jié)力和早期的強度，所以要求水泥凝結(jié)硬化快，對速凝劑的相容性強，收縮率小。因此，噴射混凝土應(yīng)優(yōu)先選用不低于425號的硅酸鹽水泥和普通水泥。該水泥初凝時間短，早期強度高，噴射效果好。過期、受潮-結(jié)塊的水泥，不得使用；相比而言，火山灰水泥收縮率大，初期強度低，故不宜使用。

2沙子:作為細(xì)骨料的沙，為了減少有害粉塵和防止收縮裂縫，噴射混凝土。沙子以采用粒徑大于2.5mm的堅固耐久的中沙、粗沙最為適宜的含水一般應(yīng)控制在5%——8%。含水率過小，拌合物在管路中易分離，也不易在噴嘴處與水混合均勻，將使粉塵濃度過高，若含水率過大，則易產(chǎn)生噴射機積料和堵管現(xiàn)象。所以，拌料工一般應(yīng)頭天對沙子灑水，這樣第二天用起來比較合適 。                           

3．石子：可采用堅固耐久的卵石和碎石。卵石表面光滑，對噴射機和管路磨損小，有利于遠(yuǎn)距離輸送料和減少堵管事故故使用較多。但是粘結(jié)性和強度不如碎石配置的噴射混凝土，而且回彈率也高。石子最大粒徑不超過25mm，但在實際工作中，經(jīng)過反復(fù)實踐摸索，為了減少回彈，多采用10——15mm的石子。噴射混凝土需摻入速凝劑時，不得采用含有二氧化硫石子，以免發(fā)生堿骨料反應(yīng)，而使噴射混凝土開裂破壞。

4．拌合用水：噴射混凝土?xí)r，對噴頭處的混合用水和養(yǎng)護用水的要求也是嚴(yán)格的：（1）水中不得含有影響水泥正常凝結(jié)與硬化的有害物質(zhì)。（2）井下的積水，沒有經(jīng)過化學(xué)測試不得使用。（3）不得使用地面和井下的污水。（4）含有油、酸、及有機物的水都不得使用。

5.速凝劑：噴射混凝土一般要求初凝小于3min,終凝時間小于10min.速凝劑就是使水泥早凝的一種催化劑，使用前應(yīng)做效果實驗，過期和變質(zhì)的速凝劑不能使用。一般摻入量為水泥重量的2%——4%，超過這一范圍，不僅凝結(jié)時間長，而且對混凝土最佳強度也有不利影響，并且收縮率增加，有時為了減少速凝劑對混凝土強度的影響，水灰比應(yīng)減少，但是水灰比減少后則水泥砂漿過稠和水泥漿量不足，使骨料膠結(jié)不良，混凝土強度降低；所以施工中應(yīng)控制使用。還要注意使用經(jīng)過國家鑒定的產(chǎn)品；運輸與存放應(yīng)保持干燥，并不得損壞包裝，防止受潮變質(zhì).

6.配合比：噴射混凝土標(biāo)號的高低，在很大程度上取決于噴在巖面上的實際配合比值。在混凝土中，沙子充填石子間隙，水泥充填沙子間隙，如果含沙率小，沙量不足，則石子間隙需要過多的水泥來充填，水泥用量增加石子也容易離析；若含沙率過大，則需要過多的水泥來包裹沙的表面積和充填沙間空隙，水泥用量也要增加，經(jīng)過長期的實踐經(jīng)驗，一般取水泥：粗中沙：石子1:2:2的比例為宜。

7.水灰比：水灰比對噴射混凝土的厚度和回彈量等都有很大影響。水灰比越小，混凝土的強度越高，但是當(dāng)水灰比過?。?lt;0.4）時，料束干燥分散，回彈量大，粉塵大，噴層出現(xiàn)干斑會對一次噴厚和強度有較大影響；噴射混凝土強度隨水灰比的增大而減小，當(dāng)水灰比過大時，噴射到巖面上的混凝土?xí)魈?，降低一次噴射厚度和增大回彈量，根?jù)實測，水灰比在0.4——0.5時最理想。這時候噴射的混凝土有光澤、不流淌，也不會出現(xiàn)干斑。

8．拌料;目前興隆莊煤礦大多采用人工攪拌法攪拌，根據(jù)反復(fù)實踐，現(xiàn)場觀察得知，當(dāng)人工攪拌3遍時，混合料才顯的比較均勻，如果拌料不均勻，將直接影響混凝土質(zhì)量，拌好的混合料“以手握成團、松手既散，口吹無灰”為標(biāo)準(zhǔn)（即我們平常所說的潮料）。要想達到這一標(biāo)準(zhǔn)，拌料工應(yīng)提前觀察好料場的沙石是否含水率達到5%——8%左右，若是太過干燥，應(yīng)提前灑水，一般應(yīng)頭天灑水為宜，以免拌料時現(xiàn)灑水水分又過大，容易造成堵管事故。

三．噴射混凝土的操作工藝

1．噴射前的準(zhǔn)備工作：噴射前應(yīng)全面檢查巷道斷面是否滿足設(shè)計尺寸要求，錨桿數(shù)量、質(zhì)量是否合格；中、腰線是否準(zhǔn)確無誤；兩幫基礎(chǔ)應(yīng)挖到底；為了保證噴射質(zhì)量和巷道規(guī)格，應(yīng)埋設(shè)控制混凝土噴層厚度的標(biāo)樁，或者用鐵絲拉好兩幫的起拱線和拱頂線，按噴射厚度拉好，好照線噴射；以便達到墻直拱圓，表面平整、美觀、造型好。處理掉活矸浮石，用壓風(fēng)與水吹洗圍巖（遇有松軟膨脹的圍巖時，只準(zhǔn)用壓風(fēng)吹）。保護好工作面設(shè)施，高度大于3m以上的巷道和硐室還應(yīng)搭設(shè)工作臺，工作臺要牢固可靠。檢查輸料管路連接是否牢固，是否過度磨損，噴頭水環(huán)是否暢通，防塵和除塵設(shè)施是否正常；檢查噴射機具，并進行試運轉(zhuǎn)；戴好必要的防護用品。

2．噴射混凝土:噴射時，應(yīng)先開水，后開風(fēng)，再送電；一般風(fēng)壓控制在0.1——0.12Mpa左右，水壓一般比風(fēng)壓大0.1Mpa左右；以噴射到圍巖的混凝土無干斑、不流淌、有光澤為宜。速凝劑的摻入最好是邊噴邊放入噴射機中，這樣摻入時間才不會超過3min，摻入重量一般取水泥重量的2%——4%；噴射混凝土順序是先墻后拱，從下而上合理劃分噴射段；然后本著對凸凹段先填平補齊再按區(qū)段進行有秩序的噴射。噴射手移動噴槍時，應(yīng)緩慢均勻地、呈螺旋狀一圈壓半圈的沿著橫向由下向上作反復(fù)運動，圈徑一般100——200mm,不超過300mm ；噴槍與巖面應(yīng)盡量保持80度左右角度噴射，回彈料最少；噴嘴與巖面的距離一般保持在0.8——1.2m左右，此距離可以獲得較高的混凝土強度，如果噴嘴與受噴面太近，引起灰漿四濺，回彈料增多，如果噴嘴與受噴面太遠(yuǎn)，料束達到噴層處力量小，搗固無力，骨料打不進噴層內(nèi)而大量的墜落，也增加回彈料。一次噴射厚度過大，混凝土顆粒間的凝結(jié)力減弱，因自重而下墜；一次噴射厚度過薄，束料與巖面剛性接觸，骨料容易濺回，增加回彈料，同樣粘不住，根據(jù)實踐，一次噴厚與噴射方向和水平面的夾角關(guān)系很大，比較合適的噴厚是噴墻時一次噴厚60——100mm,噴拱時一次噴厚30——60mm;如果一次噴射達不到設(shè)計尺寸，多層噴射時，應(yīng)有一定的間隔時間，該時間應(yīng)根據(jù)水泥品種、施工溫度、速凝劑摻入量來定，一般在15——20度的溫度下，使用摻有速凝劑的普通硅酸鹽水泥時，多層噴射間隔時間15——20min,不加速凝劑時一般應(yīng)間隔2——4h左右；遇有滲水和漏水地段，主要采取排、堵相結(jié)合，以排為主的措施進行處理，在漏水地點用導(dǎo)管把水集中導(dǎo)出，周圍用快速水泥固結(jié)，使成片漏水變成點漏水，當(dāng)混凝土形成強度時，再用砂漿封孔。對一般滲水地點，摻入速凝劑，減少水灰比，加大風(fēng)壓進行噴射即可。

四：養(yǎng)護：                                       

應(yīng)進行噴水或設(shè)置水幕，保持空氣濕度，如果做噴射混凝土強度試驗時應(yīng)養(yǎng)護28天才能進行。

五：注意事項：

噴嘴嚴(yán)禁對人，輸料管應(yīng)盡量捋直、減少彎曲，接頭應(yīng)對正，避免堵管事故。給料必須保持連續(xù)性，不然水灰比掌握不準(zhǔn)確，會增加回彈料。噴射機機內(nèi)積料，嚴(yán)禁用手處理，防止發(fā)生事故。噴射機應(yīng)布置在圍巖穩(wěn)定或已有支護的安全地段。發(fā)生堵管時，應(yīng)盡量采用敲擊法疏通。高空作業(yè)的工作臺要穩(wěn)固可靠，操作人員要佩戴安全帶。

六．小結(jié)：通過對噴射混凝土的成分、操作工藝、養(yǎng)護及注意事項的分析和探討，知道了在工作中應(yīng)該怎樣選取材料和具體的操作噴射機的正確方法，才能確保噴射混凝土質(zhì)量進一步提高。拌料時的一些要求都作了具體觀察和分析，以前拌料時一般都拌一遍就開始噴漿了 ，不僅回彈料多，而且混凝土的強度也會大大降低，以后礦井應(yīng)該進一步推廣機械化拌料，這樣拌的料比人工要更勻一些，也會大大減輕勞動強度，提高工作效率。興隆莊煤礦在西翼八采區(qū)正在建一座機械化拌料站，該項目目前正在調(diào)試中。