新型巷道噴涂材料及其工藝的應用研究

宋小林 熊 偉 周福寶

（中國礦業大學安全工程學院，江蘇省徐州市，221116）

新型巷道噴涂材料及其工藝的應用研究

宋小林 熊 偉 周福寶

（中國礦業大學安全工程學院，江蘇省徐州市，221116）

針對白芨溝煤礦地表裂隙大及分層開采等因素導致該礦巷道漏風嚴重的問題，采用以黃泥、水泥為基料，配以玻璃纖維及噴涂添加劑的新型噴涂材料治理巷道漏風，并將“回彈率”作為噴涂效果的一個評價指標，研究了新型噴涂材料的現場應用情況，結果表明：該材料在大大降低生產成本的基礎上將漏風量減少了68%，保證了連續安全生產，且取得較好的經濟和社會效益。

噴涂材料 回彈率 堵漏風

煤礦井工生產中，受采動等因素的影響，地面與進風巷道之間以及進風巷道與回風巷道之間、回風巷道與地面之間的風量交換逐漸變大，對煤礦的通風系統造成了很大程度的破壞，給煤礦安全生產埋下隱患。現有的巷道隔風技術主要有巷道壁面噴涂、構筑隔風帶和風壓調節等。

目前，我國礦井應用的噴涂材料主要有混凝土材料和化學噴涂材料。混凝土噴涂作業操作困難，噴漿流量小，水泥、砂子等材料的運輸量大，不易于井下施工。化學噴涂材料主要有馬麗散、羅克休和聚氨酯3種，材料制備工藝較復雜，且材料成本昂貴。

1 工藝介紹

針對水泥砂漿、化學材料噴涂的不足，中國礦業大學研制出了一種新型噴涂堵漏風材料，該材料以黃土、水泥為基料，配以玻璃纖維及噴涂添加劑，按質量以1.5︰1︰0.003︰0.02的比例進行配制。利用過細篩后的黃土與425＃水泥按以上比例在地面混合攪拌均勻。配備1臺PZ－5噴漿泵，人工添料，并在此過程中加入適量玻璃纖維，出口連接?50mm管路至噴漿地點，管路出口連接專用的80mm長的三通噴槍，在風壓作用下混合粉料被壓至噴槍口，接通水管對巷道頂部及2個肩窩以下1m范圍進行噴射，厚度需達2～5cm，工藝示意見圖1。

為了驗證新材料及工藝的可行性和優缺點，選取神華寧夏煤業集團公司白芨溝煤礦進行現場試驗。

圖1 噴涂堵漏風工藝示意圖

2 試驗礦井概況

白芨溝煤礦位于寧夏回族自治區石嘴山市境內，汝箕溝礦區北部。歷年鑒定結果均為高瓦斯礦井。設計產量180萬t／a，現主采2＃煤層，平均厚度21m，分層開采，一、二分層間距平均僅0.4m，假頂需大量工字鋼支護。白芨溝煤礦地處賀蘭山腹地，地表為裸露基巖，無軟巖土覆蓋層，煤層賦存淺，在煤礦開采的30多年中，表土巖層下陷，各采空區地表出現大量裂隙，礦井采過2個分層后，地表漏風無法控制，對工作面配風及采空區防滅火極為不利。白芨溝礦現有火區5處，其中井下火區3處。堵漏風工作十分必要。

圖2 噴涂試驗區域平面圖

該礦現主要采用水泥砂漿噴涂堵漏風技術進行堵漏。該法噴涂后有較大的硬度，能夠保證在一定程度的巷道變形條件下的堵漏風效果。由于白芨溝煤礦煤層較厚需分層開采，工作面進、回風巷均采用工字鋼支護。水泥砂漿噴涂堵漏風后有很強硬度，工字鋼無法回收利用。加之噴涂堵漏風是利用風壓的作用使水泥砂漿附著在巷道頂部以及巷道壁上，水泥砂漿有較大的自重和粒徑，導致噴涂材料的回彈率很高，使得工作效率和經濟性大大降低。對此，課題組在該礦進行了新型材料噴涂現場應用，試驗地點選在2521－2工作面回風巷，位于井田向斜軸部的南翼采區第五階段，西部為未開采的實體煤（2621區段），東部為2421－2工作面采空區，南部為那里溝煤柱，北部為白芨溝礦河床煤柱及北四采區實體煤，上覆2521－1采空區，噴涂試驗區域見圖2。

3 應用效果及分析

3.1 噴涂堵漏風效果

圖3 試驗區噴漿前后漏風量對比

此次試驗共噴涂430m，經測定，沿2521－2回風巷試驗區段噴漿前漏風量1244m3／min，噴漿后漏風量為393m3／min，共減少漏風量851m3／min，減少漏風量68%，達到礦方相關要求。噴漿前后效果對比見圖3。

3.2 新型工藝優點分析

利用現有的噴涂材料及工藝，在保證噴涂堵漏風效果的前提下，與原水泥砂漿相比主要還有以下優點：

（1）材料成本降低。新型噴涂材料的主要成分是在周圍山上可取到的黃土，水泥砂漿則為市場購買的水泥和細石子，采用新材料噴涂，平均每米巷道噴涂成本11.4元，而采用水泥砂漿則為23.7元；新材料的噴涂厚度平均只是水泥砂漿的1／3，單位質量的新型噴涂材料可控面積為水泥砂漿的3～5倍；新材料顆粒平均粒徑不到1mm，遠小于水泥砂漿，混合攪拌器的磨損度明顯降低。對比水泥砂漿，新材料的直接和間接成本都大大降低。

（2）噴涂回彈率顯著降低。噴涂回彈率是檢驗噴涂效果的重要指標，是指在噴涂過程中回彈散落的無效噴料與噴出的總料的質量比，由于噴料的密度變化很小，為定量檢驗新材料的噴涂效果，從統計分析的角度出發，提出回彈率公式如下：

式中：η——噴涂回彈率，%；

ha——回彈至巷道底面噴料的平均厚度，cm；

hd——作用于巷道頂面的噴料的平均厚度，cm。

在試驗區域選擇3段長度為50m的巷道段，每隔10m上下布置3對測點（同一位置頂、底板打一對）測量巷道頂、底板噴涂材料的厚度，結果見表1。

表1 各個測點的噴料厚度測量值

由表1數據可知，新型材料及工藝噴涂的回彈率基本保持在4%～26%，平均回彈率為12.5%。而根據白芨溝煤礦相關技術人員對水泥砂漿噴涂效果的統計分析結果可知，水泥砂漿噴涂的回彈率約在30%～50%之間，平均37%左右。新型材料及工藝噴涂回彈率明顯低于水泥砂漿，主要原因是水泥砂漿中含有自重較大的砂石子未至巷道頂面便散落地上，水泥被潤濕后粘度不足，很多砂石粘著水泥反彈至地上，而黃土、玻璃纖維、噴涂添加劑及水的混合物經試驗粘性很強，且玻璃纖維更增加了材料的韌性，對比水泥砂漿附著能力明顯增強，又顆粒很小自重遠小于水泥砂漿，故回彈率大大降低。

（3）工字鋼可回收再利用。白芨溝礦分層開采，需要大量的工字鋼支護巷道，支護周期短，工作面推過后，水泥砂漿已將工字鋼基本覆蓋，完全凝固后，硬度接近巖石，工字鋼無法回收利用，損失嚴重。新材料的噴涂厚度基本是工字鋼厚度的1／3，且成分以黃泥為主，粘性大，硬度低，只需簡單處理，噴料可從工字鋼脫落，實現了工字鋼的回收利用，降低了生產成本。

（4）據現場施工情況及噴涂操作工提供的信息可知，利用新型噴涂材料，巷道工作環境大大改善，即施工現場和順風巷道的粉塵濃度明顯降低。水泥砂漿原材料中有大量干水泥（體積約占60%），填料時大量干水泥被風吹起，且噴槍長度有限，大量干水泥得不到足夠潤濕，逸散至巷道內；而新材料以黃土為主，水泥用量有限（體積約占25%），井下的風量很難讓黃土在大空間內飄揚，故粉塵濃度明顯下降。

4 結論

新型巷道噴涂材料及工藝在白芨溝煤礦成功應用，可減少漏風68%左右，已完全達到礦方的要求，保證了安全連續地產煤；新型噴涂材料的回彈率平均為12.5%遠小于 水泥砂漿的37%，材料的利用率明顯提高；對比水泥砂漿新型噴涂材料成本有所削減，平均每米巷道材料成本降低12.3元；噴涂后工字鋼可回收利用，具有較大的間接經濟效益。

[1] 楊綠剛.沿空巷道噴涂隔風復合漿體材料研究及應用[J].中國煤炭，2009（8）

[2] 鄔劍明，劉超，吳玉國等.淺埋藏復合煤層開采漏風防治技術研究[J].中國煤炭，2009（5）

[3] 周福寶，李金海，劉英科，楊綠剛，白蘭永.復合漿體噴涂新材料及其隔風特性[J].煤炭學報，2010（7）

[4] 蘭澤全，張國樞，馬漢鵬.多漏風采空區“三帶”分布模擬研究[J].礦業安全與環保，2008（4）

New spraying material for roadway and its application

Song Xiaolin，Xiong Wei，Zhou Fubao
（Faculty of Safety Engineering，China University of Mining and Technology，Xuzhou，Jiangsu 221116，China）

Aiming at the serious air leakage caused by large gap on the earth and slice mining in Baijigou Coal Mine，a new spraying material was proposed using yellow mud and cement as basic material with the addition of glass fibers and spray additives，and the springback rate was taken as an index to evaluate the spraying effect.The application results showed that this kind of material greatly reduced the spraying cost and the air－leakage amount decreased 68%，assuring the safe and continuous production and achieving good economic and social benefits.

spraying material，springback rate，air－leakage sealing

TD728

A

宋小林（1985－），男，漢族，江蘇省徐州人，中國礦業大學安全工程學院碩士研究生，主要研究方向為礦井通風與防滅火。

（責任編輯 梁子榮）