地下礦山噴射混凝土工藝技術探討

毛 勇,李正東

(大冶有色金屬有限責任公司豐山銅礦, 湖北陽新縣 435232)

地下礦山噴射混凝土工藝技術探討

毛 勇,李正東

(大冶有色金屬有限責任公司豐山銅礦, 湖北陽新縣 435232)

介紹了混凝土噴射機的工作原理、工藝特點、發(fā)展過程,分析了干噴工藝與濕噴工藝的優(yōu)缺點及國內外混凝土噴射技術的應用情況。濕噴混凝土具有許多技術優(yōu)勢,可保證初期支護的效果,減少礦山采礦后期維護成本,是值得在礦山推廣應用的一種支護施工技術。

噴射混凝土;干噴;濕噴;對比分析

對于地下礦山頂板節(jié)理、裂隙比較發(fā)育以及地壓較大的采場,需要采用兩種以上的聯(lián)合支護形式。采場常用的聯(lián)合支護形式有錨桿與金屬網、噴射混凝土與錨桿、長錨索與錨桿。目前,混凝土噴射技術主要有干噴和濕噴兩種噴射方式。

1 噴射混凝土技術的工藝分析

地下礦山噴射混凝土干噴工藝設計的基本原則是:噴射混凝土支護厚度最小為50 mm;在含水層地段最小厚度為80 mm;在軟弱破碎巖層中最小厚度為100 mm;大斷面工程視揭露的巖石情況而定,噴層厚度一般在100～200 mm;網噴支護的最小設計厚度為100 mm;噴射混凝土的強度等級不應低于C20;噴射混凝土的回彈率,邊墻不應大于15%,拱部不應大于25%。混凝土骨料最大粒徑不超過15 mm,噴射混凝土的基準配比一般為:水泥∶砂∶石∶水∶速凝劑＝1∶2∶2∶0.45∶0.04。在礦山生產實踐中,干噴工藝兩次噴射混凝土實際上墻厚度一般在20～30 mm,回彈率高達30%,現(xiàn)場作業(yè)條件差,粉塵濃度達30～120 mg/m3。

干噴和濕噴的主要工藝區(qū)別在于足重(按水灰比要求應加的量)拌合水的加入時機不同。干式噴射混凝土是在輸料管中輸送未加入拌合水的干料(地面自然濕度拌合料或烘干料),而在噴嘴前再加足夠量拌合水,與干料迅速混合為全濕混凝土后輸送至噴嘴處,摻加速凝劑后形成料束噴至施工面;濕式噴射混凝土是在其進入輸料管前混合料中已加了足量的拌合水,輸料管中輸送的是全濕混凝土。

干式噴射混凝土的主要優(yōu)點是設備投資少,工藝簡單。但施工中粉塵、回彈均較大,危害工人健康,尤其是斷面較小的巷道工程施工中,粉塵污染更為嚴重。與干噴相比,濕噴的明顯優(yōu)勢就是生產率高、粉塵濃度低。

近十年來,濕噴技術的發(fā)展日趨完善,特別是混凝土泵、活塞式速凝劑計量泵的出現(xiàn),使?jié)駠姺ǖ膽妙I域大大拓寬。隨著機械化程度的不斷提高,噴射混凝土技術的標準也在不斷提高。歐洲噴射混凝土強度等級主要為C40,并根據(jù)環(huán)境條件提出耐久性指標要求。我國隧道噴射混凝土標準由C20提高到了C25,并提出了1 d強度大于10 MPa的要求。根據(jù)對隧道初期支護設計理念的調整,應該進一步提高強度標準,在軟巖隧道進一步提高早期強度標準,同時提出耐久性指標要求,使初期支護結構真正成為永久支護結構。干噴工藝作業(yè)現(xiàn)場環(huán)境惡劣、勞動強度大、安全性較差,改善的途徑就是不斷推廣先進的生產工藝和提高機械化生產的程度。可見,在未來礦山建設中,濕噴工藝的引進已經成為礦山發(fā)展不可逆轉的趨勢。

干噴和濕噴工藝的特點對比見表1。

2 混凝土干、濕噴工藝的設備費用及生產效率

以目前國內使用的最好的TK系列濕噴機為例,其銷售價格大概為9～10萬元/臺,可以噴射混凝土10000～15000 m3,使用濕噴工藝設備成本6～10元/m3;干噴機國內售價6000～15000元/臺,可以噴射混凝土約5000 m3,使用干噴工藝設備成本1～3元/m3。這樣采用濕噴工藝設備成本比干噴高5～7元/m3。根據(jù)多年的實踐經驗和統(tǒng)計資料,采用干、濕噴工藝配件消耗均在8～20元之間,沒有明顯差別。

表1 混凝土干噴、濕噴工藝的對比

采用濕噴工藝可以采用機械化施工,利用混凝土罐車送料,無需人工上料,僅需要3個工作人員(罐車司機兼放料員1名,噴射手1名,噴射輔助人員1名),生產效率為5 m3/h;采用干噴工藝需要上料工人2名、噴射手1名,送料司機1名,共4名,生產效率為3 m3/h。由此可見,濕噴工藝的人均生產效率是干噴工藝的2.5倍。

3 某礦山的混凝土噴射支護分析

某中型地下礦山年出礦量為80萬t,年自營掘進量為8000 m,需要噴砼支護巷道長度約為6000 m,噴砼量約為3000 m3,采用干噴工藝實際噴砼作業(yè)人員為9人。干、濕噴工藝材料費分別為407元/m3和348.5元/m3,采用濕噴工藝效率大為提高,預計可減少5名定員,按照該企業(yè)2011年在崗職工年平均工資為3.7萬元計算,采用濕噴工藝比干噴工藝每年預計節(jié)約費用:(407-348.5-7)× 3000+5×37000＝33.95萬元。

當然,采用濕噴工藝必須要采用混凝土攪拌罐車運輸,另外,混凝土計量攪拌系統(tǒng)也需要改造,這些無形中增加了濕噴工藝的使用成本。由于濕噴工藝具有明顯的技術優(yōu)勢,近年來,世界各國分別研發(fā)出一系列的濕噴臺車機械手,噴射效率高達30 m3/h,但價格較為昂貴,進口濕噴臺車機械手約300～400萬元。但是,采用濕噴臺車機械手進行作業(yè),能快速高效地完成初期支護,從而確保礦山工程建設的施工安全,縮短了采礦周期。

4 小 結

從總的投資及成本對比來看,濕噴工藝的前期投入相對較高,但是濕噴工藝具有機械化程度高、工作效率高、回彈率低、作業(yè)環(huán)境好等諸多優(yōu)點,具有廣泛的適應性,并且實現(xiàn)對初期支護質量的控制,使混凝土的質量處于受控狀態(tài),從而保證初期支護的效果,減少了礦山采礦后期維護成本,是一種值得推廣的支護施工技術。

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2012-03-06)

毛 勇(1977-),男,湖北羅田人,助理工程師,主要從事礦山工程測量及技術管理工作。