混凝土噴射臺車在礦山支護中的應用

王大干

（紫金礦業建設有限公司，安徽 淮北 235000）

福建閩西某礦山所施工區域巖性為Ⅳ類、Ⅴ類強風化粉砂巖，地質構造發育，圍巖自穩能力較差，且巷道埋深普遍在40m～60m，局部埋深100m，局部地段有淋水，巷道支護作業風險較大。為保證施工安全，原噴砼支護工藝采用干噴，作業效率低，職業健康危害大。為此，礦山通過與設備廠家合作開發引進適應礦山作業條件的HPSJ2008混凝土噴射臺車，作業效率得到大幅提升，作業條件得到極大改善。

1 HPSJ2008混凝土噴射臺車技術特點和技術參數

HPSJ2008混凝土噴射臺車技術特點：HPSJ2008混凝土噴射臺車是根據中小型隧道和礦山等施工特點進行研發的最新產品，集行走、泵送和噴射三大功能于一體，性能穩定，操作簡單，可應用于預拌混凝土、含鋼纖維或聚合纖維的預拌濕混凝土噴射，主要技術特點如下：①輪胎行走，四輪驅動，鉸接轉向，移動靈活；②設置手動、自動反泵功能，預防堵管；③液壓元器件采用進口產品，使用性能更高；④三段式伸縮臂架，水平回轉180°，噴頭可軸向回轉360°，水平方向回轉240°，無噴射死角；⑤噴射臺車臂架及泵送系統采用雙動力系統液壓系統，提高工作效率，使用更可靠；⑥速凝劑的添加自動跟隨混凝土的流量，噴射效果更好；⑦人機交互式顯示，操作簡單。

2 混凝土噴射臺車在礦山支護中的應用

閩西某礦所施工井下巷道工程主要有2種斷面：4.8＊4.8m，5＊5m,均為半圓拱型，施工過程中，鑿巖、爆破、通風、出渣工序完成后，使用開山錨桿臺車進行錨網支護，錨網支護完成后使用HPSJ2008混凝土噴射臺車進行噴砼支護，錨桿采用φ40mm，長度1.8m管縫式錨桿，網片采用φ6mm圓鋼，2＊3m和2＊1m兩種規格網片搭配使用，噴砼強度等級C25，設計厚度10cm～15cm,噴射混凝土工藝流程如下。

2.1 濕噴混凝土工藝流程

該礦山濕噴混凝土工藝流程如圖1，混凝土攪拌站設在地表，原材料采用自動計量裝置計量，使用強制式攪拌機攪拌，配置好的混凝土采用混凝土罐車運送至井下作業面，由人工遙控進行噴砼作業，整個作業過程機械化程度高，生產效率高。

2.2 原材料及配合比

（1）配比。通過對比其他施工點配比數據和現場試驗優化，最終確定材料用量為水泥450kg/m3～455kg/m3，水30kg/m3，砂子（機制砂）1000kg/m3，碎石790kg/m3，速凝劑參量為4%～6%，減水劑參量為0.5%～1%，設計強度C25。

圖1 濕噴混凝土工藝流程

（2）原料。①骨料：粗骨料選粒徑為5mm～10mm，細骨料選用機制砂。②水泥：采用P.042.5級的水泥，符合GB175-2007《通用硅酸鹽水泥》標準。③水灰比：通過實驗確定水灰比為0.31，塌落度控制在80mm～130mm。④減水劑：通過實驗確定減水劑參量為0.5%～1%。⑤速凝劑：選用型號HT-18無堿液體速凝劑，pH4.0,參量為4%～6%。

2.3 材料制備及運輸

嚴格按照配比進行制備混凝土，誤差控制在±3%，配置好的混凝土使用6m3混凝土罐車進行運輸至井下作業面，使用HPSJ2008混凝土噴射臺車進行作業，運輸要考慮混凝土初凝時間，必要時適當增加緩凝劑，參量為6%～8%。

2.4 噴射混凝土現場施噴關鍵技術

（1）現場作業前的準備。①對混凝土泵加注黃油潤滑。②對易粘附混凝土的機件涂抹脫離劑或油液（噴射臂和料斗等表面可涂抹脫模劑或平時收集的廢液壓油、廢機油）。③用水泥漿潤滑輸送管路。卸下噴嘴，將海綿球從清洗口放進輸料管，向料斗內加入半斗水和1包水泥，攪拌均勻后將水泥漿泵入輸料管，海綿球和水泥漿從出口流出后，表示潤滑輸送管路工作完成。

（2）噴射角度與距離。噴射角度和距離不當會對噴砼質量產生較大影響，噴射時，盡量使噴嘴垂直于噴射面，噴頭距離作業面距離控制在0.8m～1m之間。縱向噴射主要依靠三臂和四臂的伸縮，環向噴射依靠噴頭回轉和一臂的俯仰來實現，同時配合噴嘴的上下左右擺動進行噴射。

（3）正常泵送噴砼作業。混凝土泵送前要保證混凝土的活易性，攪拌罐車要以最快的轉速攪動罐內混凝土3min～8min。正常泵送時，供風壓力控制在5.5Mpa～6Mpa,料斗內應充滿混凝土，當混凝土降到攪動軸高度以下時，繼續泵送會使混凝土泵空吸和空氣進入輸送管路，進而造成堵管或噴射流不穩定。盡量避免泵送噴射過程中斷，若必須中斷泵送，不得讓輸料管內持續處于高壓下，中斷后利用反抽2個～3個行程降低管內壓力，停泵后，在較短時間間隔內，做一兩次反抽和正泵移動一下管道內的混凝土，若長時間中斷，應將混凝土反抽回料斗，再次泵送前需重新攪動混凝土再重新泵送。

（4）堵管處理方法。如發生堵管，須立即將混凝土反抽回料斗并攪動重新混合，當混凝土泵缸和擺管閥自動轉換正常時，可小心地轉到緩慢泵送，確認泵送正常不再堵管后轉入正常泵送轉速繼續施噴。

（5）設備清洗。泵送結束后或者中斷作業30min～40min以上時，應立即清洗噴射附件、輸料管和混凝土泵，避免殘留的混凝土影響設備運行。

（6）噴射厚度的確定和控制方法。施工設計噴砼厚度為10cm～15cm,噴砼時用插筋法測試噴砼厚度，對于大面積鋼拱架進行噴射時，要先整體噴射打底，然后逐段噴平，最后補噴凹陷部位，切忌局部噴射量過大造成噴射面積高于設計要求。

3 技術經濟比較

根據現場施工經驗，干噴與濕噴工藝技術經濟對比如下：

表2 干噴與濕噴技術經濟比較表

①合理的配合比不僅可以降低回彈率，節約成本，還能減少堵管，提高作業效率；②濕噴混凝土中的水灰比控制非常重要，影響混凝土的初凝時間和終凝時間，為減少堵管提供依據；③濕噴機購買價格和直接成本均高于傳統的干噴工藝，但濕噴工藝大大降低了回彈率和作業現場環境，提高了作業效率，大大提高了井巷施工速度。

4 總結

①合理的配合比對降低回彈率，節約成本，提高支護強度具有重要意義，經現場施工經驗表明：水灰比控制在0.31，塌落度控制在80～130，速凝劑控制在4%～6%，作業效果較好。②從礦山實際施工應用來看，混凝土噴射臺車在設備直接成本投入較高，但比較干噴工藝，作業效率明顯，作業環境得到較大改善。③隨著社會對礦山安全發展、環境保護方面要求的提高，使用濕噴技術代替干噴是發展的必然趨勢。