粉煤灰在煤矿支护中的应用

【摘 要】粉煤灰露天堆放，一方面粉尘飞扬影响周边环境；另一方面污染水质，占用土地。因此，研究利用粉煤灰，变废为宝，其经济和社会效益较为显著。综合利用粉煤灰对保护环境、节约资源具有十分重要的意义。目前，粉煤灰在煤矿支护中的应用已经得到广泛的认同。本文对此进行了探讨。

【关键词】粉煤灰；煤矿支护；水泥

一、前言

锚网喷支护作为成熟技术已经得到广泛应用，目前，在目前煤矿支护中大量采用锚注支护技术，巷道支护效果得到了显著改善，但也带来了巷道支护成本增加的负担，喷浆材料主要为水泥、河沙、石子等，水泥在巷道支护中的使用量成倍增加，为此，煤矿每年需要大量的水泥、河沙和石子。同时，火力发电产生的大量粉煤灰又很难找到堆放场地，其储存处理不便。综合利用粉煤灰成为处理粉煤灰的最佳选择，如果粉煤灰能够制成一种喷浆材料，无疑会给矸石电厂和煤矿均带来可观的经济效益。某矿业公司试验性地将粉煤灰用于煤矿支护中。其具体做法是：用粉煤灰及一种特殊的添加剂替代15%水泥， 作为喷浆材料进行锚喷支护，经现场试验观察，支护效果良好。粉煤灰占水泥用量的15%，水泥占喷浆材料20%左右，即粉煤灰只占全部喷浆材料的3%左右，用量非常小，对粉煤灰的利用处理无多大帮助。为此，提出了保持水泥在喷浆材料中所占比例不变，不需要特殊添加剂的情况下，用粉煤灰全部或部分代替河沙作为喷浆材料。河沙在喷浆材料中一般为40%，这便加大了粉煤灰的利用量

二、粉煤灰在煤矿支护中性能分析

与用黄砂时的情况相比较，用粉煤灰配料的水灰比略大。在这个范围内，混凝土强度高而回弹低。水灰比是一个重要参数，但喷射工艺无法定量加水来控制水灰比，只能依靠喷射手根据施工经验操作水阀控制给水量。一般而言：给水量不足时，喷层表面出现干斑，回弹率增大，尘土飞扬，混凝土不密实；反之水量过大，则喷层表面混凝土产生滑移以致流淌。合适的水灰比应使刚喷过的混凝土表面有一层水亮光泽，粘塑性好。经观测对比，粉煤灰代替黄砂、瓜子片和部分水泥喷射混凝土的优点有：回弹率低，回弹物少。经对比，在同等风压、水压情况下，使用粉煤灰喷射混凝土产生的回弹物比使用黄砂时产生的回弹物减少，解决了用黄砂喷射混凝土回弹率太高的难题。粉尘浓度明显降低。喷射混凝土时产生的粉尘浓度比使用黄砂时明显降低，有利于操作人员的身体健康。表面感观好。经观察，喷射混凝土后，喷层的保湿时间较长，喷层表面顺滑、平整，很少出现蜂窝麻面现象。方便操作。从拌料到给喷浆机喂料均要省力、省工。喷浆机下料速度提高，平均每车节约时间，喷射时，堵管现象明显减少，提高了工作效率。节省喷浆机配件。使用粉煤灰代替黄砂、瓜子片，磨损小，延长磨擦片的使用寿命。喷层表面强度高，这种特点需要一段时间才能表现出来，喷层初期强度小，强度随时间而增强。速凝慢，早期强度低。喷射混凝土要求凝结快，早期强度高，使用粉煤灰喷射混凝土与用黄砂、瓜子片时相比较，凝结慢，早期强度低。一次喷射厚度薄。与使用黄砂时相比较，一次喷射厚度薄，顶部需反复多次喷，才能达到设计喷厚。这与慢凝早强低有关。同时，粉煤灰难以保存。粉煤灰作为喷浆材料必须干燥，不能受潮。受潮粉煤灰易结块，给拌料带来困难；而且粉煤灰受潮超过一定程度，喷浆时易堵塞喷浆管路。由于粉煤灰吸水性强，容易受潮，且井下空气潮湿，巷道底板潮湿，有时底板有积水，给粉煤灰的保存带来一定难度。粉煤灰供应不连续。遇阴雨天，粉煤灰遭雨淋，中断了井下材料供应，打断了正常的喷浆工序，影响井下正规循环作业。

三、粉煤灰在煤矿软岩巷道支护中的应用

1、粉煤灰在煤矿软岩巷道支护中的应用载体

根据施工经验，在矿井的主要开拓、准备巷道中，对围岩松软破碎地段，主要采用了锚注支护技术，并取得了较好的支护效果。根据粉煤灰的特性，在锚注的注浆材料中加入粉煤灰是可能的，所以，粉煤灰在煤矿软岩巷道支护中的应用首先选择了锚注支护作为载体，利用粉煤灰对锚注支护中的注浆材料进行了改进，即采用水泥与粉煤灰体积比为1∶1的注浆材料代替纯水泥浆。

2、锚注施工工艺及设备

（1）施工工艺

在新掘或套修的巷道中，无论是架棚锚注还是锚网梯锚索联合支护，基本的的施工工艺是初次支护（架棚或锚网支护）埋设注浆锚杆（注浆管）喷浆封闭注浆巷道注入浆体加固巷道围岩完成永久支护。在巷道围岩特别破碎的地段施工时，采取先注浆加固围岩，接着进行刷掘支护，最后再进行锚注加固的施工工艺。

（2）进行锚注的施工设备

1）打设注浆孔的设备。根据围岩情况，注浆孔深度可选择煤电钻、液压锚杆钻机或风锤打设注浆锚杆。2）安装注浆锚杆的设备。因注浆锚杆的作用和目的不同，可选用不同的埋设设备及方式。当需要使埋设的注浆锚杆起到锚固作用时，因需要装锚固剂，可选择风锤或锚杆机配合专用连接套安设注浆锚杆；若仅作为注浆管使用，则可直接用大锤将注浆管打入。注浆锚杆入孔后，用水泥砂浆配合封孔泵或直接用马丽散进行封孔；待封孔结束，将注浆锚杆外露端用编织袋或黄泥保护好，再用喷浆机对已安设好注浆锚杆或注浆管的巷道进行喷浆封闭，待喷浆体凝固后，用注浆泵对注浆孔逐个进行注浆。

3、施工主要技术参数

1）粉煤灰与水泥混合作为注浆材料，混合体积比为1∶1，水泥标号不低于425号。2）注浆液水灰比为2∶1。3）封孔：采用水泥细砂配比为1∶2.5的水泥砂浆或用马丽散进行封孔，封孔长度根据围岩的松散情况，长度在300 mm以上。4）注浆压力：起始注浆压力为0.8 ～1.0MPa，终止注浆压力不超过2MPa。

4、施工操作要注意把握的关键环节

1）注浆锚杆加工环节。起锚固作用的注浆锚杆，在锚杆杆身打眼时需要将各排孔错开一定的错距，使杆体强度均匀。2）埋设注浆锚杆封孔环节。封孔长度依据围岩的松散程度而定，封孔效果的好坏决定了注浆压力作用能否深入到围岩深部。3）喷浆封闭巷道施工环节。喷浆厚度要均匀，务必封闭严密，以防浆体从薄弱点漏出，降低注浆压力，削弱注浆效果。4）制浆环节。下料前对水泥、粉煤灰要先经过细筛将杂质及硬块去除，并按体积比配合好全部装入搅拌机后方可开动搅拌机。5）注浆压力的控制。注浆按从小到大的方式控制压力，到终止压力后应等待一段时间，压力稳定后再关截止阀。6）在拱型棚支护地段锚注时，应将拱形棚腿背面凹槽与巷道底板交接处先封断，以防止注浆液顺凹槽渗入巷道底板，削弱注浆效果。

四、结语

总之，粉煤灰的综合利用是煤电循环经济的重要环节，锚注支护技术是解决煤矿软岩巷道支护的发展趋势。粉煤灰以锚注支护技术为载体，在煤矿软岩巷道支护中的应用，为粉煤灰的综合利用开辟了道路， 采用粉煤灰作为水泥替代品用于煤矿软岩支护后，可节约一半的水泥消耗量，同时缓解了粉煤灰处理的压力，减少了征用堆放场地的征地费用，也减轻了环保压力。根据实际情况统计，使用纯水泥作为注浆材料时，每米巷道需要注入2.5 t水泥，采用粉煤灰替代后，每米巷道可节约1.25 t水泥降低了软岩巷道锚注支护的成本，缓解了环保压力，取得了较好的技术经济效果。

参考文献：

[1]俞珠峰，杜铭华，洁净煤技术发展及应用[M].北京：化学工业出版社， 2004.

[2]吕渊，程桦，喷射砼粉煤灰代砂力学性质的试验研究[J].淮南矿业学院学报，2006（2）.

[3]范广勤，曾康生，徐龙仓等・喷射粉煤灰混凝土支护的试验研究[J].建井技术，2007，2.

[4]胡明玉・大掺量粉煤灰混凝土研究[J]・混凝土，1998，1：29.