锚网初喷浆工艺

锚喷巷道初喷浆工艺的研究与应用评议材料

山东东山军城能源开发有限公司

（军城煤矿）

二0一0年六月

目录

一、评议大纲

二、计划任务书

三、技术研究报告

四、用户使用报告

五、经济效益、社会效益分析报告

- 1 -

锚喷巷道初喷浆工艺的研究与应用评议大纲

山东东山军城能源开发有限公司

（军城煤矿）

二〇一〇年六月

评议大纲

一、项目来源

军城煤矿自选

二、项目名称

锚喷巷道初喷浆工艺的研究与应用

三、项目完成单位

临沂矿业集团军城煤矿

四、评议依据

计划任务书

五、评议形式

专家会议评议

六、评议的内容：

1、对课题研究所取得的成果进行评价。

2、对课题研究所提供的技术文件、资料进行审查。

3、对课题研究所取得的社会效益、经济效益及推广应用

前景进行评价。

七、评议文件：

1、计划任务书

2、技术研究报告

3、用户使用报告

4、经济效益分析报告

八、评议程序：

1、成立评议委员会

- 1 -

2、通过评议大纲

3、听取项目完成单位汇报

4、评议委员会进行评议

5、提出评议意见、签字

评议委员会 2010、7

- 2 -

课题研究人员名单

军城煤矿林英良高级工程师矿长军城煤矿庄又军工程师生产矿长临矿集团张晓明工程师科长军城煤矿刘汉慈工程师生产科长军城煤矿庄文涛助理工程师科员

- 3 -

编号

类别

二〇一〇年科学技术项目

计划任务书

项目名称锚喷巷道初喷浆工艺的研究与应用

负责单位山东东山军城能源开发有限公司

起止年限 2008年2月至2009年1月

国内外概况、水平和发展趋势：

混凝土喷射工艺已在矿井施工应用30多年，初期喷射施工工艺较为简单，逐渐趋于成熟。初喷浆工艺在近两年才被提出，现国内主要矿业集团均有矿井在试用研究。

军城煤矿借鉴其他煤矿的施工经验，进一步提出了自己的研究理论、研究目标，经过了近两年的时间，研究出了自己的一套成果，并在本矿井主要开拓巷道实施，效果良好。

由于普通喷浆工艺，未及时支护巷道围岩，放炮后巷道顶板经常掉矸，有冒顶危险，且喷浆前，需要要对巷道架设临时支护，既浪费了时间又不安全，不能满足现在煤矿以安全为本的管理理念。传统喷浆工艺是在巷道掘出后直接在围岩上进行永久成形喷浆，喷浆时回弹率高，又因喷浆料不能完全充实锚网和巷壁间隙，喷浆后成巷巷道经常出现喷层开裂现象，巷道修复率高。

初喷浆工艺的使用，由于有及时封闭围岩、形成密闭圈、深入裂隙、粘贴岩面等特性充分解决了传统喷浆工艺中存在的问题。军城煤矿自筹建阶段开始已施工主要运输、回风巷道5000多米，现在巷道使用正常，均未出现喷层开裂等支护质量问题。初喷浆工艺具有巨大推广效益。

初喷浆工艺虽已取得了一定的研究成果，但仍具有较大的研究、发展的空间，主要发展趋势是将在喷浆的原料上进行改进，及具体施工工艺进行改进，施工过程中将更多的应用机械自动化。

- 1 -

主要研究、实验内容、目标、技术关键及主要技术经济指标

（目标要具体，包括阶段目标和最终目标）：

主要研究、实验内容:

1、初喷浆工艺巷道的围岩情况的判断及分析；

2、传统喷浆工艺的优缺点；

3、初喷浆工艺的优点；

1）初喷浆对破碎围岩的控制；

2）初喷浆对围岩密闭的及时性；

3）初喷浆深入围岩裂隙及孔洞；

4）柔性支护特点。

4、初喷浆施工组织及安全措施；

5、技术经济效果分析；

6、注意事项及发展空间。

主要研究目标：

1、摸清军城煤矿锚喷巷道围岩种类及岩性情况；

2、初喷浆工艺与传统喷浆工艺的技术经济比较；

3、针对军城煤矿及同类地质围岩情况的施工工艺；

4、对初喷浆工艺的进一步改进及发展研究方向。

主要技术经济指标

1、确保安全生产；

2、初喷浆对巷道掘进后的及时支护，对顶板进行了有效控制，提高了安全性；

3、提高支护质量；

4、降低了回弹率，节省材料费用，减少了巷修费用。

- 2 -

达到的技术水平、经济、社会效益及推广应用前景：

在技术人员和实际操作人员经过一段时间的现场摸索、改进，初喷浆工艺改进后的良好效果在以下几方面逐渐表现了出来。

1、增强了施工安全性

由于我矿施工巷道揭露岩层多为稳定性较差岩层，巷道开挖后后，围岩稳定时间较短，经过暴露风化，岩石会出现碎块掉落现象，现在爆破后，先进行初喷浆，围岩得到及时封闭，稳定性得到加强，施工现场安全性得到很大提高，顶板类轻微伤害事故降低至零。

2、施工进度加快

以前放炮后，临时支护使用前探梁，现场操作即繁琐又浪费时间，巷道顶部锚网支护完后，前探梁还要进行拆除，前后时间大约要90～120分钟，现在使用初喷浆作为临时支护，大概需要30～45分钟，每循环可节约45～90分钟，即缩短了循环时间，又提高了循环率，进而加快了施工进度，全月可提高进尺6～8米。

3、经济效益明显提高

初喷浆工艺未改进时，初喷浆在锚网支护完后进行，由于金属网未贴紧岩面，巷道壁在锚杆头和锚网的共同作用下，回弹率加大，造成喷浆料的浪费；初喷浆工艺改进后，在操作人员熟练程度提高以后，并掌握好初喷浆混凝土配合比，回弹率有较大下降；另外由于围岩得到及时封闭，锚网支护时碎落岩石少，巷道壁面平整度好，锚网能够贴紧岩面，所以锚杆合格率也有所提高，巷道复喷时用料也大有节省；同时巷道维修率也大大降低。综合以上因素，经过实际成本核算，初喷浆工艺改进后，巷道支护材料可节省10～15%。

4、现场巷道观感好，工程内在质量好，工程优良率得到提高

- 3 -

初喷浆工艺未改进时，由于岩石暴露风化，加上因岩面不平整造成锚杆角度不协调一致，导致施工现场未成巷段观感较差，同时巷道初喷后，喷体孔隙多，工程内在质量不能保证；初喷浆工艺改进后，巷道壁面平整度好，锚网贴紧巷道壁面，巷道未成巷段观感较好，且巷道复喷后，喷体几乎无孔洞，工程内在质量有了很大保证，经过对喷体现场取样进行强度检验，试件强度均大于设计值，工程优良率大大提高。

- 4 -

采用的研究、实验方法和技术路线

采用的研究、实验方法

本课题拟采用理论分析、现场实际应用、用后观测分析、总结理论经验，进一步改进研究，分环节逐步研究的方法。

1、根据原有喷浆支护工艺在现场施工中实际应用的效果等技术特征，提出初喷浆工艺改进的初步方案。

2、将初喷浆工艺初步方案应用于现场的理论依据，从而使初喷浆工艺用于现场施工具有可能性；

3、组织现场施工对初喷浆工艺进行试用；

4、总结经验并提出进一步改进方案。

研究的技术路线：

参考国内外文献-理论、逻辑分析-现场实际应用-数据收集、录入-数据分析-检验反馈修正-总结项目成果

- 5 -

现有技术基础及条件（包括本课题做了哪些工作和现有仪器设备条件等）：

军城矿井自二期工程施工初期，针对锚网喷巷道施工实际情况和存在的问题，即对锚网喷巷道的施工工艺进行了大胆探索和改进，经过反复的研究和现场实践，已总结出了自己的施工、理论经验，并有现场的技术支持。

由于初喷浆工艺与传统喷浆工艺在施工工具设备、材料上差别较小，无需增加主要施工设备工具，只是在施工方法及工艺上进行了改进，成本较小。

- 6 -

地点：试验规模和进度安排：

2008.2 可行性研究，理论研究，方案设计论证；

2008.3 巷道围岩性质研究及判断；

2009.9～2009.11 工作面合理支护参数的选择；

2009.12 项目总结，撰写研究报告。

经费概算（包括总概算和分年度预算的项目和费用及偿还经费和年度）:

总概算：2.5万元

其中：计划设计费用0.3万元。

支护材料投入实验费用1万元。

喷浆料配比桶改进费用 0.2万元。

实验阶段的人工费用1万元。

- 7 -

锚喷巷道初喷浆工艺的研究与应用技术研究报告

山东东山军城能源开发有限公司

（军城煤矿）

二〇一〇年六月

掘锚喷巷道初喷浆工艺的研究与应用

一、问题的提出

长期以来，大多数矿井在施工锚网喷巷道时，喷浆工序一般都放在对围岩进行锚网支护以后进行，对于一些稳定性较差岩层和不稳定岩层，如页岩、泥岩、胶结不好的砂岩、煤，以及经常遇到过断层，陷落柱等地质构造，这种条件下，巷道成形的控制和围岩的支护成为难点，加之，由于岩石在空气中暴露时间较长，有的地方井下淋水对岩石的潮解和膨胀作用等诸多因素，造成初喷浆前岩层开裂和剥落，围岩出现不稳定。

军城煤矿锚网喷巷道施工时，放炮后巷道顶板经常有掉矸或冒顶现象，对临时支护和施工安全带来隐患，喷浆时回弹率较高，又因喷浆料不能完全与锚网和巷壁胶结，喷浆成巷巷道经常出现喷层开裂现象，给矿井安全带来潜在隐患。针对这种现状，军城煤矿工程技术人员锚网喷巷道的施工工艺进行了大胆的探索和改进，经过反复的研究，提出了锚网初喷浆的支护工艺。

二、研究内容（过程及取得成果）

研究初喷浆工艺的关键是弄清巷道围岩特征，以便制定与之相符合的初喷浆施工工艺及喷砼配比，还要针对传统喷浆工艺在本矿井施工中存在的问题及不足，研究出解决这些问题的施工方法与工艺。

（一）巷道围岩情况确定

军城煤矿为单水平两翼开采，井下东西翼主要运输大巷均设在-425水平，本水平揭露岩石以泥岩为主，灰岩、砂岩次之，岩层稳定性较好。

矿井初步设计开拓巷道支护形式为锚网喷，但根据现场实际施工巷道及支护效果观测可知，巷道施工时由于受到淋水与施工水的侵蚀及空气对其风化作用，泥岩层极易软化掉落，所以怎样对揭露的围岩及时密闭，使之与空气及水隔离至关重要，决定了新的支护工艺必须

- 1 -

具备解决这两项问题的特征。

（二）传统喷浆工艺的优缺点

传统施工喷浆工艺即一次成巷法，主要施工顺序是：爆破掘进——敲帮问顶——架设临时支护——掘进迎头出矸——挂网打锚杆——喷浆成巷

1、传统喷浆工艺的优点：

一次喷浆成巷施工工序少，节省了二次喷浆的准备时间。

2、传统喷浆工艺的缺点：

巷道掘出后不能及时封闭围岩，围岩长时间暴露在空气中，易造成围岩风化水蚀，从而破坏了围岩稳定性；锚网直接敷设在不平整的围岩上，不能紧贴岩面，锚盘及网片受力不均匀，支护质量降低，锚杆不合格率较高；一次成巷喷浆的喷浆量较大，回弹率高，喷浆材料浪费严重；以上几条原因造成巷道支护质量差，喷层易开裂，巷道维修期短，增加了巷修费用。

（三）初喷浆工艺的优点

军城煤矿工程技术人员根据传统喷浆工艺不能满足现场支护的要求，以解决其缺点为主提出初喷浆支护工艺，经综合比较，改进后的施工工艺优势特点主要体现在以下几方面。

1、及时性

由于支护及时，降低了巷道围岩的风化，较好地保持了围岩的稳定性，并给围岩及时提供支护抗力，从而改善了围岩的应力状态。

2、密封性

由于喷射混凝土及时，全面的密封围岩，很好地阻止了风化作用，同时也阻止了潮气和地下水对围岩的侵蚀，保护原岩不受潮解和膨胀，维持了原岩强度。

3、深入性

喷射混凝土在高压喷射时，不受到锚网的遮挡，不仅使喷层紧贴岩面，而且把灰浆注入到围岩的裂隙和孔洞中去，对岩层起到部分注

- 2 -

浆加固的效果。

4、粘贴性

喷射混凝土与围岩全面紧贴粘结在一起，这种粘贴性可产生三种作用：联锁作用，将被裂隙分割开的岩块粘结在一起，保持了岩块间的整体性；复合作用，围岩与喷射混凝土结合成一个复合体，使二者在径向和切向上都共同受力，这种效应改变了围岩的应力状态，有利于提高喷射混凝土和围岩共同承载的能力；增强作用，喷射混凝土充填了围岩四周，使岩面与喷层粘贴的较为平整，因此提高了围岩的强度，也减少了围岩的应力集中。

5、柔性

由于喷射混凝土的粘结强度大，能和围岩紧密地粘结在一起共同支撑，同时初喷喷层较薄,具有一定的柔性，可以和围岩共同变形产生一定量的的径向位移,在围岩中形成一定范围的非弹性变形区，使围岩的自支撑能力得以充分发挥,因而喷层本身的受力状态得到改善。

（四）初喷浆施工组织

1、准备工作

⑴检查锚杆安装是否符合设计要求,发现问题及时处理。

⑵清理喷射现场的矸石杂物,将喷浆机安设在顶帮围岩稳定安全地点,距离道轨间隙不能小于0.5m。接好风、水管路,输料管路要平直不得有急弯,接头要严密,不得漏风,严禁将非抗静电的塑料管做输料管使用。

⑶检查喷浆机是否完好,并送电空载试运转,紧固好磨擦板,不得出现漏风现象。

⑷喷射前必须用高压风水冲洗岩面,在巷道拱顶和两帮应安设喷厚标志。

⑸喷射人员要佩戴齐全有效的劳保用品。

2、配拌料

⑴利用筛子、斗检查粗细骨料规格、配比是否符合要求。

- 3 -

⑵、检查骨料含水率是否合格。

⑶、按设计配比把水泥和骨料送入拌料机,上料要均匀。?水泥：砂：石子,砼重量配合比水泥∶砂∶石子=1∶2∶2,人工拌料时采用潮拌料,水泥、砂和石子应清底并翻拌三遍使其混合均匀。

⑷、检查拌好的潮料含水率,要求能用手握成团,?松开手似散非散,吹无烟。

⑸、速凝剂按水泥含量的2.5-4%在喷浆机上料口均匀加入。?

3、喷射工作

喷射工作开始前,应首先在喷射地点铺上旧皮带,以便收集回弹料，回弹率不超过10%。

⑴开水开风,调整水量,保持风压不得低于是0.4MPa, 水压应比风压高0.1MPa左右,加水量凭射手的经验加以控制,水灰比0.4。

⑵喷射手操作喷头,自上而下冲洗岩面。

⑶送电,开喷浆机拌料机,上料喷浆。

⑷根据上料情况再次调整风水量,保证喷面无干斑,无流淌,粘着力强,回弹料少。

⑸喷射手分段按自下而上先墙后拱的顺序进行喷射。

⑹喷射时喷头尽可能垂直受喷面,夹角不得小于70度。

⑺喷射时,喷头运行轨迹应呈螺旋形,按直径200-300mm,?一圆压半圆的方法均匀缓慢移动。

⑻一次喷射混凝土厚度50～70mm,并要及时复喷,复喷间隔时间不得超过2个小时。否则应用高压水重新冲洗受喷面。

⑼应配两人,一人持喷头喷射,一人辅助照明并负责联络,观察顶帮安全和喷射质量。

4、停机

⑴喷浆结束后,按先停料、后停水再停电最后关风的顺序操作。

⑵喷射工作结束后,卸开喷头,清理水环和喷射机内外部的灰浆或材料,盘好风水管。

- 4 -

⑶清理收集回弹料,并应将当班拌料用净。

⑷喷射砼2小时后开始洒水养护,28天后取芯检测强度。

5、喷射质量

喷射前必须清洗岩帮,清理浮矸,挖出墙基础,拉好线,喷射均匀,无裂隙,无“穿裙、赤脚”。

6、注意事项

⑴分次喷射时,复喷应在前一次砼终凝后进行,若终凝一小时后进行喷射时,应先用水清洗喷层表面。有超挖或裂缝低凹处,应先补喷平整,然后再正常喷射。

⑵严禁将喷头对准人员。

⑶喷射过程中,如发生堵管、停风停电等故障时,应立即关闭水门,将喷头向下放臵,以防水流入输料管内;处理堵管时采用敲击法输通料管。

⑷喷射人员要配戴防尘口罩、乳胶手套和眼镜。

⑸喷射工作结束后,喷层在七天以内,每班洒水一次,7天以后,每天洒水一次,持续养护28天。

⑹喷浆机司机必须经过专门培训熟悉喷浆机性能结构和工作原理,并能排除一般故障,进行日常维修和养护。

⑺喷浆机进气口密封良好,防止漏风吹起粉尘；排气口畅通，废气排放顺利；喷浆管接头牢固、密封良好、摆放整齐。个人配带防尘口罩,粉尘浓度不超过6mg/m3。

（五）技术经济效果分析

在技术人员和实际操作人员经过一段时间的现场摸索、适应,初喷浆工艺改进后的良好效果在以下几方面逐渐表现了出来。

1、增强了施工安全性

由于我矿施工巷道揭露岩层多为稳定性较差岩层,巷道开挖后后,围岩稳定时间较短,经过暴露风化,岩石会出现碎块掉落现象,现在爆破后,先进行初喷浆,围岩得到及时封闭,稳定性得到加强,施工现场安

- 5 -