煤礦錨噴錨網混凝土支護結構與施工技術

龐廣建

摘要：本文主要闡述了噴射混凝土的原材料及其配比，噴射混凝土支護結構等問題。分析了錨噴和錨網噴射混凝土施工的噴射混凝土施工設備布置、錨桿噴射混凝土支護、錨網噴射混凝土施工等技術措施。

關鍵詞：煤礦；噴射混凝土；技術

0 引言

為了保持煤礦巷道的穩定性，避免圍巖出現垮落或過大變形，巷道掘進后一般都要進行支護。支護的主要方法是架設棚式支架、砌筑石材整體式支架和錨噴、錨網支護。進行支護以前一般選打砌達碹方式或混凝土碹方式。這些支護方式的缺點是加大了掘進斷面，影響了掘進速度，還爆破、運輸、支護等材料費用高。支護效果上，埋深厚，混凝土碹開裂，巷道變形，底鼓現象比較嚴重，滿足不了安全生產的需要。目前，一些煤礦采用錨網、錨索噴聯合支護技術。

在采用錨網、錨索噴聯合支護技術后，可明顯改善圍巖受力狀態，有效地控制圍巖變形，提高支護的安全可靠性。與混凝土碹相比，錨噴、錨網噴和、錨網索噴聯合支護技術可減少掘進荒斷面，降低支護費用，經濟效益顯著。錨噴、錨網噴和、錨網索噴聯合支護技術可縮短工期。因掘進斷面比混凝土碹支護方式小，掘進工程量小，掘進速度快，可縮短工期20%左右。

噴射混凝土作為用噴射方法制備的混凝土，是砂石料、水泥和速凝劑等材料攪拌而形成，借助混凝土噴射機使混合物在壓縮空氣的作用下，通過軟管輸送到噴嘴處。在噴嘴處加水混合并形成料束，高速噴敷在圍巖表面上，就可形成噴射混凝土層，以支護礦井圍巖。錨桿和噴射混凝土兩種支護手段經常相互配合、補充，聯合使用，形成錨桿噴射混凝土支護，能夠增加它們對圍巖的支護能力，可以適應多種圍巖條件。

1 噴射混凝土的原材料及其配比

1.1 水泥。應優先選用普通硅酸鹽水泥，它凝結硬化快，保水性好，早期強度增長快。也可從實際出發選用礦渣硅酸鹽水泥或火山灰質硅酸鹽水泥。水泥標號一般不得低于P.O.32.5，過期、受潮結塊或混合的水泥不能使用。

1.2 砂子。應采用堅硬耐久的中砂或粗砂，細度模數應大于2.5，含泥量要小于3%。細砂會增加噴射混凝土的干縮變形，過細的粉砂易產生粉塵，影響操作人員的身體健康。

1.3 石子。應采用堅硬耐久的卵石或碎石，粒徑小于15mm。卵石因其光滑干凈，對噴射機和輸料管路磨損少，有利于遠距離輸料和減少堵管故障。碎石混凝土比卵石混凝土強度高，噴射作業中回彈率也較低，但碎石有棱角，表面粗糙，會對噴射機和輸料管路磨損，應少用。

1.4 水。飲用水及潔凈天然水可以作為噴射混凝土混合水。混合水不應含有影響水泥正常凝結與硬化的物質，不得使用污水和酸性水。

1.5 速凝劑。一種以鋁酸鹽和碳酸鹽為主；一種以水玻璃為主；按形狀又可分為粉狀和液體兩類。速凝劑能使噴射混凝土凝結速度決、早期強度高、后期強度損失小、縮變形增加不大、對金屬腐蝕小、在低溫（5℃左右）下不致失效，用量一般約為水泥用量的2.5%～4%.由于噴射混凝土施工工藝的特點，在選擇噴射混凝土配比時，既要滿足支護方面的要求，還應考慮施工工藝的要求。

2 噴射混凝土支護結構

噴射混凝土的結構選擇，要視巷道的地質條件、圍巖、工程斷面、跨度等情況確定。《巖土錨桿與噴射混凝土支護工程技術規范》（GB50086-2015）規定了在各種條件下錨噴支護參數選擇，可以結合施工情況選用，支護結構一般可分為以下幾類。

2.1 噴砂漿支護是在巷道周圍圍巖表面噴一層砂漿的支護形式，主要用以封閉圍巖使之不與不利環境接觸，減緩其風化。侵蝕等作用。噴砂漿的標號要等于或大于75號，噴砂漿的厚度應等于或大于10mm，小于30mm。

2.2 噴射混凝土支護是在井巷圍巖表面噴射一層混凝土，與圍巖自承能力相結合，實現巷道支護的支護形式，根據它的使用功能，即臨時支護、永久支護，初噴、復噴的要求，噴射混凝土厚度最小30m。

2.3 錨桿噴射混凝土支護是錨桿和噴射混凝土聯合支護的一種支護結構，這種結構既能充分發揮錨桿的作用，又能充分發揮噴射混凝土的作用，兩種作用相結合，有效地改進了支護的效能。

2.4 錨桿噴射混凝土金屬網聯合支護是錨桿、金屬網和噴射混凝土進行聯合支護的形式。金屬網的介入，起到了加固的作用。因此，在Ⅳ、V類圍巖的井巷支護，軟巖巷道中得到廣泛的應用。一般金屬網的網格不小于150mm，金屬網所用鋼筋或鋼絲直徑為2.5～10mm，施工時應注意用錨桿固定牢靠，金屬網間要用絲綁扎結實，鋼筋保護層厚度不應小于20mm、不大于40mm，必須能與噴射混凝土密切結合產生強度。

2.5 鋼纖維噴射混凝土支護是在噴射混凝土中摻入適當鋼纖維，以提高噴射混凝土性能的支護。較多地應用于過斷層破碎帶的巷道支護和大斷面交叉點，或處理冒頂等事故，也可在裂隙、節理發達的圍巖以及承受擾動影響的巷道和高速水流沖刷中使用，一般碳素鋼纖維的抗拉強度不得低于380MPa，鋼纖維的直徑應控制在0.3～0.5mm，鋼纖維的長度20～25mm，鋼纖維摻量應為混合料質量的3%～6%。

2.6 鋼架噴射混凝土聯合支護是在軟巖中應用的一種支護結構，先在掘進后架設鋼架，允許圍巖收斂變形，穩定后再進行噴射混凝土支護，把鋼架噴在里面，有時也打一些錨桿，控制圍巖變形。鋼架自身仍保持相當的支護能力，被噴射混凝土裹住后又起鋼筋加固作用。而噴射混凝土層的柔性，對圍巖穩定后的微量變形可以適應。

3 錨噴和錨網噴射混凝土施工

3.1 噴射混凝土施工設備布置。噴射混凝土施工設備的布置，要以施工安全、高效操作為前提。盡量縮短混合料攪拌機與噴射機之間的距離。如攪拌機設在地面，按一定比例攪拌的粗細骨料運往井下，在現場與水泥、速凝劑一起攪拌后噴射，噴射機至作業面的距離要近，以便提高效率，防止堵管。斜井施工中噴射機布置在井口進行長距離輸料時，應檢查鋪設輸料管，不宜用彎頭，改變輸料管徑時應用錐形變徑接頭，以減少運輸阻力，防止管路堵塞。使用壓力水箱向噴頭供水時，水箱位置設置在噴射機司機、噴射手的可視范圍內，調節和控制水箱壓力。攪拌機、上料機、噴射機等均應布置在巷道一側，以便掘進排研和噴射混凝土供料車能隨時通過，確保連續施工。

3.2 錨桿噴射混凝土支護。錨桿的施工要根據錨桿的型號而不同。在掘進后，先安裝臨時錨桿，繼而噴薄層混凝土，再進行復噴達到設計規定的噴層厚度，頂板情況良好時，噴一薄層混凝土，再安裝錨桿，再進行復噴，達到設計規定的噴層厚度。

3.3 錨網噴射混凝土施工。錨桿的施工對于破碎軟巖斷層帶需增加金屬網一層或兩層，增大其強度，起到鋼筋混凝土的作用，鋼筋網鋪設在使用前清除污銹，在圍巖表面噴射一薄層棍凝土后再鋪設金屬網，金屬網與錨桿或其他堅固件應聯結牢固。金屬網片也應互相綁扎緊密，使之在噴射混凝土操作時不晃動，鋼筋網的網格尺寸應等于或大于150mm，采用金屬網時，第一層金屬網被噴射混凝土覆蓋后再鋪設第二層金屬網。

鋼筋網在噴射混凝土中的位置。鋼筋網與巖面的間隙，或噴射混凝土厚度應大于30mm，網筋保護層的厚度應等于或大于20mm，小于40mm.這有利于鋼筋網噴射混凝土的應力分布和受力狀態，利于防止噴射混凝土支護表面破損。

鋼筋網噴射混凝土作業時，應先埋設好噴厚的標釘，以控制噴層厚度。噴射時，適當縮小噴頭與受噴面間的距離，調節噴射角度，確保鋼筋和圍巖表面混凝土的密實性，鋼筋網被混凝土覆蓋后，再適當加大噴頭到噴面的距離，保證平整度，其余操作與一般噴射混凝土同樣施工。

4 施工工藝的控制

4.1 澆筑混凝土：摻有外加劑的混凝土，其干料攪拌時間不得低于1分鐘，加水后的攪拌時間仍不得低于1分鐘，以保證攪拌均勻。要經常檢查混凝土的坍落度，發現有較大變化時，要找出原因并及時調整。混凝土入模后要用振搗器進行振搗，分層厚度300mm左右，振搗要適度，見混凝土表面出現浮漿即可。

4.2 噴射混凝土噴射混凝土施工技術要求

1、噴射應分段、分片由下而上螺旋順序進行，每段長度一般不超過6m。噴射時，噴嘴要正對受噴面作均勻順時針方向的螺旋轉動，螺旋直徑20～30cm，以使混凝土噴射密實。當巖面有較大坑洼時，應先噴凹處，然后找平。

2、噴射前，受噴面應用高壓風、水清洗。

3、噴射混凝土的回彈物不能重復利用，所有回彈物應從工作面清除。當噴射面有水時，應在混凝土中根據試驗結果添外摻劑。

4、已完成噴射混凝土的表面上，不允許有開裂、掉皮等現象。

5、在混凝土終凝后2小時開始灑水養護，養護時間應在14天以上。