薄噴封閉技術在西曲礦北三下組煤集中運料巷的應用

馮琦勇

（山西西山煤電股份有限公司西曲礦，山西 太原 030200）

礦井生產面臨復雜的地質條件，需解決因采深、開采強度產生的高應力、采動影響、復合松軟頂板、大斷面巷道等條件帶來的圍巖控制關鍵問題。同時，因巷道裸露巖石、煤體風化及支護材料銹蝕等導致的巷道失修、局部垮冒現象時有發生，給礦井安全生產帶來極大的隱患。薄噴封閉材料具有良好的成膜性、封閉阻隔性、延展性、滲透性、環保性、阻燃性，可通過噴射于煤巖體表面而被應用于煤礦巷道等地下工程中，作為表面封閉、加固，防風化、銹蝕及腐蝕使用。

1 噴射混凝土技術與薄噴技術對比

1.1 噴射混凝土技術目前存在的主要問題

（1）被動承載支護作用?；炷羾娚鋵庸袒笮纬伞皻んw”結構，只有在圍巖發生形變后，“殼體”才能夠施加反作用力，支護作用有限，實際真正起到支護作用的是錨網、錨索、鋼帶、工字鋼、U 型鋼等其他聯合支護方式。

（2）粘結作用不佳。射進圍巖裂隙，粘結破碎巖（煤）塊，增大殘余破碎強度，實際上由于噴射骨料顆粒較大，難以進入5 mm 以下裂隙，粘結效果不佳，且粘結強度小。

（3）噴層無延展性，易變形開裂?；炷羾妼訜o變形延伸能力，巷道動壓影響及緩慢變形時，容易引起噴層開裂、剝落形成新的安全隱患。

（4）粉塵大，回彈高，輔助運輸量大，工人勞動強度大。噴射作業用人多，勞動強度大，粉塵嚴重超標，危害礦工身體健康，尤其是進風巷道作業，污染新鮮風流。

（5）封閉作用有限。噴射混凝土噴層固化后，含有導水、導氣孔。導水孔使其不能對包裹的金屬支護物進行有效防銹蝕封閉。導氣孔的存在不能有效對空氣中的氧氣及帶壓有害氣體（瓦斯）進行有效封閉，不能有效避免煤層氧化及有害氣體擴散。

1.2 薄噴封閉技術的優勢

（1）噴涂速度快。對巷道掘進作業影響小，可以節省巷道施工中噴漿作業所用工時。

（2）粘結力強?？梢钥焖倮喂陶辰Y巖石、金屬材質、塑料、木材等不同材料。

（3）密閉性好。能夠有效隔水，防止瓦斯溢出，噴層有較好的柔韌性、抗彎折、成膜性，抗剪切強度高，噴涂施工時無粉塵，回彈率低。

（4）節能環保。材料為無毒無味純粉末狀，便于施工，物理凝固不發熱、阻燃、抗靜電，綠色施工，安全環保。

（5）移動方便。氣動噴漿機體積小、重量輕，節省運輸費用，并且占地面積小。

（6）安全可靠。氣動噴漿機以氣源為動力，無需電源，設備投資成本低，可節省費用，施工安全可靠。

2 薄噴技術應用

針對西曲礦北三下組煤集中運料巷4 段處于構造段，因長期未噴漿造成巷道煤體風化、支護材料銹蝕等問題，確定將北三下組煤集中運料巷4 段作為試驗巷道。

2.1 地面薄噴試驗

由于西曲礦首次使用薄噴封閉技術[1-5]，為了解其性能效果，2020 年3 月16 日下午首先在地面進行了初步試驗，試驗地點為地面西車場。試驗過程如下：使用了一袋25 kg 薄噴料對壩墻進行了噴漿，噴漿面積約15 m2，厚度約1～2 mm，1 h 后噴漿料表面結膠。3 月17 日下午對薄噴效果進行復查，噴漿料已徹底凝固，粘結效果良好。

2.2 井下薄噴試驗

經過地面試驗后，于2020 年4 月1 日—20 日在西曲礦井下北三下組煤集中運料巷4 段進行工業性試驗。試驗過程如下：對巷幫進行了初次噴漿，試驗巷道為9 號煤架棚巷道，現場使用3 袋15 kg薄噴料，巷幫噴漿面積約38 m2，從設備到位開始計算共用時75 min，噴漿90 min 后漿料無表干。后期先后對初噴段兩幫進行了1 次復噴，其中對勾木后方垮落處等進行了2 次復噴。對煤巖體、勾木、棚子等的封閉達到了預期效果。

3 試驗效果分析

3.1 現場試驗效果

根據前期試驗效果分析，薄噴封閉技術相對傳統混凝土噴漿具有明顯優勢，遂在全礦范圍內進行推廣使用。先后在北三回風巷噴漿545 m，南四泄水巷集控硐室附近噴漿密閉1 道，共用870 kg 噴漿料噴了約200 m2面積，使用效果良好，無漏風、滾幫、漏渣等情況?，F場應用當中，相較于噴射混凝土技術，薄噴封閉技術具有顯著優勢：（1）噴漿機體積小、重量輕，只需1 人就可長距離拉動，不需要軌道；（2）氣動噴漿機以氣源為動力，無需電源；（3）粘結力強，能夠快速牢固粘結巷幫的巖石、煤體、板梁和棚子；（4）噴漿施工時基本無粉塵，回彈率極小。

3.2 經濟效益分析

（1）薄噴封閉技術

根據現場試驗情況，共用870 kg 噴漿料噴了約200 m2面積，每平方米用量按4.5 kg 計算，漿料成本約26 元/kg，每平方米所需噴料費用為117 元；每小班3 人約可噴涂150 m2，按初噴1 次，復噴2次計算，工人工資按每班300 元/人計算，噴涂每平方米所需人工費用為18 元/m2。合計總費用為135 元/m2。

（2）傳統混凝土噴漿

按每平方米用水泥100 kg，單價0.43 元/kg，合計43 元/m2；每平方米用沙料0.43 m3，單價110元/m3，合計47.3 元/m2；每平方米使用速凝劑14.3 kg，單價0.95 元/kg，合計13.6 元/m2。總計材料成本103.9 元/m2。每小班8 人約可噴涂28 m2，工人工資按每班300 元/人計算，噴涂每平方米所需人工費用為85.7 元/m2。合計總費用為189.6 元/m2。

通過以上對比可知：ZMKJ 薄噴料的材料成本比傳統混凝土噴漿略高，但加上人工成本費后要比傳統混凝土噴漿低54.6 元/m2。預計在2020 年通過全礦范圍的使用，全年共計可節省成本約52 萬元。

4 結語

相較于以往的噴射混凝土技術，通過薄噴封閉技術在西曲礦北三下組煤集中運料巷的應用試驗，實現了用人少、勞動強度低、回彈率低、粉塵少、噴漿速度快、不用電源、經濟實用、封閉效果好等諸多經濟技術效果，可推廣應用到其他類似條件的礦井當中。