纤维混凝土喷浆技术在深部软岩巷道的应用

摘 要：随着矿井开采深度增加，巷道原有单一支护形式和支护强度已不能满足深部软岩巷道围岩支护的需要，车集煤矿34采区三条下山在掘进施工过程中后巷巷道收缩变形严重，浆皮大面积开裂、脱落，不能够满足安全生产和服务后期采区回采的需要，通过在喷浆砼体中添加纤维，提高支护结构的安全可靠性，降低巷道变形收缩量，减少巷道的浆皮开裂，保证矿井正常有序的组织生产。

关健词：深部软岩 增强增韧纤维 支护

中图分类号：TD82 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）004-029-02

河南煤业化工集团车集煤矿三煤组煤层赋存条件是永夏矿区典型的成煤地质条件，其顶底板多为砂质泥岩和泥岩，上覆岩层的顶板砂岩水一般都比较大。同时随着矿井开采深度越来越深，巷道原有单一支护形式和支护强度已不能满足深部巷道围岩支护的需要，特别是岩巷出现巷道严重收缩变形，浆皮大面开裂脱落，局部巷道施工后没有投入使用就被压垮进行二次返修支护，既影响巷道的采掘接替工作，又费工费时，多消耗人力、物力，提高了吨煤成本，减少了矿井的整体经济效益。

为提高巷道支护强度，减少巷道返修率，确保矿井稳产、高产，保证采掘接替平衡，车集煤矿在北翼34采区回风下山开展了在喷浆砼体中添加纤维以提高支护强度的项目试验，通过提高混凝土的强度和韧性，有效的解决此支护难题，极大的减小了巷道变形收缩量，浆皮开裂现象明显减少，增长了巷道的使用寿命，取得了很好的效果。

1 施工方案

项目支护工艺采用初支初喷后二次锚网喷射纤维混凝土，初次支护时全段面打注 2200mm高强锚杆，锚杆间排距6000mm；为加强支护，同时在巷道拱部安装2400mm梯子梁，每架梯子梁4根 16mm钢筋或旧锚杆加工，每根梯子梁由巷道拱部5根锚杆固定紧贴巷道岩面；全断面铺设大眼点焊钢筋网，网片规格100000mm，网格1000mm，相邻网片搭接不少于100mm，每各200mm使用12#铁丝连接一处。锚网支护完毕后，进行初次喷射混凝土支护，混凝土喷厚控制在30～50mm之间，以封闭围岩为主要目的。移耙矸机后，在距离迎头大于40m段拱基线以上铺设第二层网，二次锚网时两层锚网间距为90mm左右，然后对巷道进行复喷支护，复喷时在混凝土中添加液体无碱速凝剂、液体增强剂和0.8*25mm仿钢丝合成纤维材料，喷厚为120mm；最后进行巷道整体中浅孔注浆。

支护方案施工顺序：爆破成型――临时支护――打锚杆孔――挂网、铺梯子梁、装锚杆――初喷素混凝土（30～50mm）――打锚索――挂第二层网并固定――（移两次耙矸机后）湿喷混凝土（120mm）――后巷进行注浆。

2 湿喷纤维混凝土工艺

2.1 湿喷设备

（1）湿喷设备由一台湿喷机、两台搅拌机、储料槽组成。

图1 湿喷工艺设备配套组合示意图

（2）采用TK500型转子活塞式湿喷机，该湿喷机由混凝土输送系统和液体速凝剂添加系统两套输送系统组成，生产能力4.5m3/h，工作风压0.40～5.0MPa。

图2 湿喷机系统原理图

（3）混合料搅拌机，采用螺旋强制式搅拌机。一台将砂、石、水泥、添加剂混合搅拌；另一台将水和添加剂加入混合料中，同时将水拌入。

2.2 湿喷纤维混凝土原材料及配比

2.2.1 纤维材料

（1）聚丙烯纤维，纤维长度为30mm的聚丙烯网状纤维，纤维的物理、力学性能如下：密度为0.91g/cm3，抗拉强度为500MPa，抗拉弹性模量为7GPa，无吸水性，强抗酸碱，断裂伸长率为8%，当量直径为0.6mm，分散性良好，对人体安全性好。

（2）钢纤维端钩型钢纤维.纤维长度为30mm，长径比为50～60，平均极限抗拉强度700MPa，密度7.85t/m3。

2.2.2 混凝土材料

（1）水泥。采用强度等级不低于32.5MPa的普通硅酸盐水泥。有严重硅酸盐侵蚀的环境时，应选用抗硫酸盐水泥。矾土水泥不得使用，过期或受潮结块的水泥不得使用。

（2）外加剂。按水泥重量掺入3～5%。

（3）骨料。细骨料：为中砂。细度模数2.8，表观密度2.63，含泥量（

（4）粗骨料。石子最大粒径10mm.表观密度2.68。

（5）自然含水率。含水率对干喷影响较大，中粗砂的含水率在5%～7%为宜。

2.2.3 拌合用水

纤维混凝土对水的要求，一般只要不含影响水泥正常凝结和硬化的有害杂质（油类、糖类、污水）、以及不含对纤维及基体有腐蚀作用[PH值小于4的酸性水和硫酸盐含量（按SO3计）超过水重的1%]的水均可使用。

2.2.4 湿喷纤维射混凝土配合比

配合比应满足设计要求的强度，粘附性好、不发生管道堵塞。

胶骨比：水泥与骨料之比为1：4～1：5，每立方混凝土水泥用量为450kg。

合成纤维：每立方混凝土掺入8kg。

砂率：砂率为55%。

水灰比：应控制在0.45，以保证喷层表面平整，呈水亮光泽。

由此可得纤维混凝土的配合比为：lm3纤维混凝土中水泥450kg，水162 kg（考虑到添加剂对水的作用），砂965kg，石子775kg。

2.3 拌料工艺

混凝土配合比（重量比）为水泥：砂：石=1：2.3：1.84。每立方米混凝土中添加27kg添加剂A、4.5kg添加剂B。要求搅拌的人相对固定，并进行培训，保证设备正常运行，每次上料和操作人员应不少于6人（1人操作设备，4人装料，1人调配添加剂）。添加剂B放入水箱中，用专用棍棒搅拌不少于5圈。

搅拌料的要求：经搅拌后，各种材料能充分分散在混凝土中，并且保证坍落度在80～150mm范围内。定期检查混凝土的坍落度控制计量泵的加水流量。

2.4 湿喷纤维混凝土工艺流程

图3 湿喷纤维混凝土工艺流程图

3 应用效果分析

图4 原巷道效果图

图5 新技术应用后效果图

图6 纤维混凝土

通过原有支护巷道段与湿喷纤维混凝土试验段测压对比，巷道支护韧度和强度明显提高，巷道收缩变形量大大减少，浆皮开裂现象明显减少，取得了很好的实现效果。

（1）通过项目试验，纤维喷层韧性比原来提高8倍以上，抗拉强度达到25MPa以上，增加了支护系统的可靠性。

（2）回弹率比原来降低30%以上，提高了建工材料的利用率，避免了材料的无谓消耗。

（3）施工3个月后，矿压现象明显好转，巷道浆皮开裂现象比以往减少80%以上。

（4）工作面粉尘比原来减少50%以上，净化了工作面的环境，保护工人的身心健康。