濕噴技術在焦家式礦床破碎帶巖石的錨固應用

尹春偉1 董金波2 鄒軍棟3

山東萊州焦家金礦 261441

摘要：焦家金礦為我國六十年代末七十年代初發現的新的金礦成礦類型，特命名為“焦家式金礦床”，即破碎帶蝕變巖型金礦床，因此而馳名中外。

濕噴并不只是一種工藝的選擇，也并不只是單純追求粉塵和回彈的降低，而是以質量控制為核心的一種新的噴射混凝土技術體系。

濕噴技術與干噴技術相比最大的好處就是回彈率低可以對游離粉塵進行有效控制。

濕噴技術對焦家式礦床破碎帶巖石的錨固宜使用細度模數大于2.5的中粗砂，砂率宜為60%左右，骨料最大粒徑宜控制在10mm，應控制機制砂石料中石粉含量和針片狀含量，宜應用減水劑以減少水泥用量。

關鍵詞：焦家式金礦床；濕噴；錨固；應用

一、焦家式礦床簡介

焦家金礦為我國六十年代末七十年代初發現的新的金礦成礦類型，特命名為“焦家式金礦床”，即破碎帶蝕變巖型金礦床，因此而馳名中外。

礦區位于黃縣弧形大斷裂帶東宋至朱橋地段，該段即稱為焦家主斷裂；以主斷裂面為界，東側為花崗巖，西側為膠東群變質巖系，面積25km2，在該帶內目前以探明的大、中型金礦床有焦家、新城、馬塘、紅布、東季等十幾處。礦區斷裂活動表現為多期次特征，并且在階段性上與區域構造運動一致。巖體冷凝成巖后，斷裂進入大規模活動階段，形成了焦家主斷裂帶，呈壓扭性。主要特征是塑性變形不明顯，構造巖主要為碎粒巖、碎裂巖及斷層角礫巖，局部見糜棱巖。

礦區由于承受多次構造運動，產生了多級次的斷裂構造，在主裂面的下盤形成了大量的與主裂面近于平行或交角甚小的次級斷裂面。兩組次級斷層相交處呈“X”形交叉弱面，弱面之間多有泥質夾層，弱面背后巖石往往呈高嶺土化，結構松軟，揭露后極易冒落，作業支護量特別大，而且支護困難，目前采用的支護方法主要有漲殼錨桿支護、管縫錨桿支護、U型支架支護、木支護等手段，以上錨固技術只能對節理發育大的巖石起作用，都不能從根本上解決巖石破碎的現狀，如何解決破碎巖石的錨固保障作業人員人身安全，噴漿技術錨固是首選。

二、噴漿技術簡介

噴漿技術分為：

干噴：水泥以游離態顆粒形式存在，在攪拌、運輸、上料以及機旁（結合面、余氣口）、噴嘴處產生大量粉塵；

濕噴：水泥在塑性混凝土中以漿體形式存在，整個工藝過程中除噴嘴處在水霧中有少量水泥顆粒外，基本無粉塵。

水泥粉塵中的SiO2對人體非常有害，長期吸入將容易使人患上嚴重的職業病--矽肺病。

三、濕噴在焦家式礦床的應用

焦家式破碎帶礦區內主要為玲瓏花崗巖，位于礦體下盤及深部，淺肉紅色，中粒花崗結構，塊狀、片麻狀構造。主要礦物成分有：斜長石（35～40%）、鉀長石（25～35%）、石英（25～30%）、黑云母（5%）以及少量的榍石、鋯石等副礦物。

焦家主斷裂帶寬50～400m，蝕變帶產狀與主裂面基本一致。主裂面下盤的黑云母混合花崗巖蝕變帶最為發育，上盤蝕變帶規模相對較小，厚度一般在十幾米左右；下盤蝕變帶沿走向及傾向均很發育，隨深度增加而呈扇形張開，蝕變帶厚度增大。與構造期次相對應，圍巖蝕變也呈現多期迭加的特征，各種蝕變往往同時伴生，只是程度有強弱之分。主要蝕變有：鉀長石化及紅化、黃鐵絹英巖化、絹云母化、硅化和碳酸鹽化等，它們與金礦化密切相關，由于巖石結構特殊，漿料附著率低，造成干噴回彈率達到50%，對生產成本造成極大的浪費。

濕噴并不只是一種工藝的選擇，也并不只是單純追求粉塵和回彈的降低，而是以質量控制為核心的一種新的噴射混凝土技術體系。

濕噴技術與干噴技術相比最大的好處就是回彈率低可以對游離粉塵進行有效控制。

噴射混凝土質量控制指標應該包含：平均強度、勻質性（變異系數）、密實性、早期強度、黏結強度。影響噴射混凝土質量指標的因素除了與普通澆注混凝土相同的水灰比外，還有噴射混凝土的特有因素：速凝劑、噴嘴料流質量、射流密實過程。

噴漿技術錨固中水灰比是混凝土強度和耐久性的決定性因素，是混凝土配合比設計與試驗最關鍵的參數。混凝土中除化學結合水和凝膠水外，其余水分在混凝土硬化后蒸發，在水泥石中形成毛細孔，因此水灰比決定了水泥石的孔隙率和孔的形狀，水灰比越低，孔隙率就越低，混凝土滲透性就越低，混凝土耐久性就越好。

那么，焦家式破碎帶噴射混凝土是如何控制這個最重要指標和參數？

干噴：噴射手通過人工控制一個閥門去適應一個變量（噴射管內混凝土物料流量不穩定）-使得水灰比處于不可控或粗約控制狀態。

濕噴：通過設備對水量進行自動計量去適應定量（每盤攪拌量）-使得水灰比處于完全可控狀態，可以建立質量保證體系。

速凝劑也是影響噴射混凝土性能的一個重要指標，影響噴射混凝土早期強度發展與后期強度水平，同時對回彈和噴層密實性產生重要影響。潮噴工藝對速凝劑摻量的控制同樣是粗放的，基本是由人工憑經驗在上料處通過拋撒控制，計量不準同時混合不勻。而濕噴可以通過計量泵對摻加比例進行準確控制并在噴嘴處通過高速射流均勻混合。

公式如下：

W/C=K/（10R/Rc+0.35K）

試驗數據，C25噴射混凝土其抗滲標號可達S12以上，其容重比使用相同骨料的干噴工藝增加100Kg/m3以上，實際水灰比一般在0.35～0.5的范圍內波動。經估算，相應強度波動可達15MPa以上，濕噴混凝土強度變異系數可控制在10%左右。

由于濕噴工藝能夠對水灰比進行準確控制，因此強度變異系數小，噴層結構可靠性高。而干噴工藝據歐洲規范（EFNARC）7.3表述：對于干噴工藝難于預設水灰比。1.3.2.4噴射混凝土密實性及整體性控制

與普通澆注混凝土的振搗密實原理不同，噴射混凝土通過高速射流密實，其密實度與射流過程關系密切。混凝土密實性是耐久性和抗滲性的關鍵，高耐久混凝土必須首先具備高密實性。濕噴工藝從三個環節改善和提高了噴射混凝土的密實性：比干噴工藝更高的射流速度，塑性混凝土輸送與噴射射流密實過程中水泥漿體對砂石料的包裹作用（水泥裹砂）改善了混凝土骨料與水泥漿的界面結構，充分與均勻的水化作用消除了噴層分層（由水灰比過大或過小造成）的風險。據中鐵西南院

由于濕噴工藝噴射的是成品塑性混凝土，因此對焦家式破碎帶巖石錨固有較強的實用性，根據巖石性能本著降本增效以人為本的安全理念，還可以在混凝土中摻加硅粉、粉煤灰、磨細礦碴等礦物外摻料，超細礦物粉通過微粒填充和火山灰活性反應大幅度改善了混凝土性能，特別是密實性，可以改善混凝土力學性能（主要是抗裂），同時還可以降低回彈，降低噴漿支護使用成本。

目前焦家金礦采用Putzmeister Sika—PM 4210噴漿泵送式臺車進行高性能混凝土濕噴錨固，噴射流采用均勻稀薄流，管道內混凝土以顆粒態均勻懸浮在管道內，水泥漿體完全包裹砂石顆粒表面，沒有團粒狀混凝土，也沒有單純的水泥漿體存在。該方式不易堵管，噴嘴無脈沖，風量風壓適中，噴嘴后座力小，噴層平整混凝土不離析，水泥漿完全包裹砂石，起到了水泥裹砂（石）作用，改善了水泥石與砂石的界面結構，噴層強度和密實性提高，勻質性好回彈小，水泥漿包裹骨料的黏結作用與速凝劑混合均勻噴嘴不跌漿，噴層不易剝落掉塊。

試驗表明：濕噴混凝土在焦家式破碎帶巖石應用配合比應注意以下幾點：宜使用細度模數大于2.5的中粗砂，砂率宜為60%左右，骨料最大粒徑宜控制在10mm，應控制機制砂石料中石粉含量和針片狀含量，宜應用減水劑以減少水泥用量。最適宜噴射混凝土坍落度，稀薄流：8～12cm，稠密流：12～18cm，同時要具有良好的粘聚性。噴射混凝土工作度不但影響濕噴機的工作效能，同時對噴射混凝土性能也有重要影響。

參考文獻：

[1]羅朝廷.《 我國濕噴混凝土技術的發展》會議論文.中國土木工程學會及地下工程分會第十一屆年會.2000年第11期。

[2]羅朝廷.《濕噴技術的應用前景》會議論文.2006年中國高速鐵路隧道國際技術交流會.