薄噴涂層技術(shù)在底抽巷圍巖防風(fēng)化中的應(yīng)用

張志強(qiáng)

（山西晉煤集團(tuán)沁秀公司岳城煤礦，山西 晉城 048006）

岳城煤礦底板瓦斯抽采巷 （以下簡(jiǎn)稱底抽巷）頂板巖層大多為砂質(zhì)泥巖，易風(fēng)化，極易引發(fā)漏頂、冒頂事故。目前我國(guó)煤礦風(fēng)化巷道的治理主要是對(duì)風(fēng)化巖層的水巖耦合作用規(guī)律和風(fēng)化特征進(jìn)行研究，制定科學(xué)有效的隔離水技術(shù)方案和巖層噴漿防風(fēng)化技術(shù)方案，最終形成風(fēng)化煤巖體錨桿（索）索噴聯(lián)合支護(hù)技術(shù)[1]。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐表明，煤礦巷道噴射混凝土后能延長(zhǎng)巷道的使用壽命，但與煤巖體粘接不嚴(yán)不實(shí)，同時(shí)還存在工序復(fù)雜、運(yùn)料銜接緊張、粉塵治理難度大等問(wèn)題。快速薄噴涂層技術(shù)是廣泛應(yīng)用于機(jī)械設(shè)備防銹的一種成熟技術(shù)，具有粘接嚴(yán)實(shí)、效率高、污染小等顯著優(yōu)點(diǎn)[2]。因此研究如何采用快速薄噴涂層技術(shù)替代噴漿技術(shù)，實(shí)現(xiàn)防范巷道頂板破碎及漏頂、冒頂事故，具有重要意義。

1 存在問(wèn)題

晉煤集團(tuán)岳城煤礦為高瓦斯礦井。由于礦井本煤層瓦斯抽采效果不理想，目前在綜采工作面施工底抽巷來(lái)提高區(qū)域瓦斯抽采能力。底抽巷層位選擇在K6灰?guī)r和K7砂巖之間，K6灰?guī)r和K7砂巖之間巖層厚度在3.1 m左右，底抽巷巷道高度至少4.0 m左右。由于K6灰?guī)r強(qiáng)度大，掘進(jìn)機(jī)無(wú)法割動(dòng)K6灰?guī)r。因此，底抽巷掘進(jìn)時(shí)需要放炮破K6灰?guī)r，但K6灰?guī)r強(qiáng)度大造成底板放炮孔很難施工。

為提高底抽巷掘進(jìn)效率和速度，底抽巷道準(zhǔn)備選擇沿底板K6灰?guī)r、破頂板K7砂巖掘進(jìn)。K7砂巖厚度在1.8 m左右，上部巖層為泥質(zhì)砂巖或砂質(zhì)泥巖，極易風(fēng)化變形破碎，導(dǎo)致底抽巷頂板破壞變形，造成很大的安全隱患。因此，非常有必要對(duì)底抽巷易風(fēng)化圍巖進(jìn)行快速薄噴層防護(hù)，實(shí)現(xiàn)頂板的安全高效管理。

因此，全面分析岳城礦底抽巷圍巖特性，研究巷道圍巖風(fēng)化破碎機(jī)理，提出底抽巷圍巖快速薄噴涂層圍巖控制技術(shù)，選擇合適的成套設(shè)備，有效保證巷道圍巖穩(wěn)定性，進(jìn)一步提高底抽巷巷道掘進(jìn)效率，意義重大。

2 薄層噴涂技術(shù)應(yīng)用

2.1 研究方法

研究技術(shù)路線主要包括地質(zhì)資料調(diào)查、巷噴參數(shù)確定、薄層復(fù)合噴涂材料配比試驗(yàn)、設(shè)備選型、現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)性試驗(yàn)、效果考察分析等幾個(gè)方面。

底抽巷需要施工大量的深度大、孔徑大的鉆孔。瓦斯抽采鉆孔對(duì)底抽巷圍巖穩(wěn)定性具有重要的影響，一方面一定程度上破壞了圍巖結(jié)構(gòu)，另一方面導(dǎo)致水和空氣進(jìn)入圍巖內(nèi)部，造成風(fēng)化加劇，影響巷道穩(wěn)定性。因此需要提前對(duì)底抽巷穩(wěn)定性進(jìn)行研究，確定重點(diǎn)噴涂區(qū)域。結(jié)合底抽巷地質(zhì)資料和現(xiàn)場(chǎng)情況，確定噴涂區(qū)域?yàn)榫喙ぷ髅?20～300 m處。

2.2 噴涂材料

本次選取的薄層噴涂材料為高分子無(wú)機(jī)復(fù)合噴涂材料[3]，由兩組份包裝組成：A組份為水性液體樹(shù)脂材料，由50 kg塑料桶包裝，B組份為無(wú)機(jī)粉體材料，由25 kg防潮包裝袋包裝。兩組份包裝按照一定配比混合攪拌噴涂施工。噴涂厚度一般在30～50 mm左右，每平方米消耗量為95 g左右，僅為傳統(tǒng)噴漿成本的40%左右。該材料與煤巖體表面粘附力強(qiáng)，固化物本體抗拉強(qiáng)度高，同時(shí)還兼具粘附力和耐久性好，硬化時(shí)間快，頂立面噴涂不流掛及阻燃和抗靜電性等優(yōu)點(diǎn)。材料的物性參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 薄層噴涂材料性能參數(shù)

2.3 噴涂設(shè)備

結(jié)合礦井煤層地質(zhì)條件和薄噴材料特點(diǎn)，擬采用WFP400型粉體噴射機(jī)進(jìn)行集中作業(yè)，其設(shè)備結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 WFP400型粉體噴射機(jī)設(shè)備結(jié)構(gòu)

WFP400噴射機(jī)主要通過(guò)螺旋軸運(yùn)轉(zhuǎn)在腔內(nèi)形成負(fù)壓，將噴涂材料吸入料倉(cāng)，使材料、水、空氣充分混合，以流體形式經(jīng)噴射器噴出。與傳統(tǒng)噴漿機(jī)相比，具有質(zhì)量輕、用風(fēng)量小、封閉抑塵等優(yōu)點(diǎn)。其技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 WFP400型粉體噴射機(jī)技術(shù)參數(shù)

2.4 噴涂工藝

底抽巷施工后，現(xiàn)場(chǎng)采取邊掘邊噴方式，對(duì)新掘進(jìn)巷道進(jìn)行薄噴涂層封閉，即采用氣動(dòng)噴涂泵，通過(guò)壓風(fēng)帶動(dòng)攪拌倉(cāng)馬達(dá)和螺桿泵馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)，完成混料和輸送漿料工藝。漿料通過(guò)管路輸送出去，在出口位置再次通過(guò)壓風(fēng)將漿料打散霧化，從而噴涂到墻體表面。與傳統(tǒng)噴漿相比，具有工藝操作簡(jiǎn)便、粘接嚴(yán)實(shí)、效率高、材料污染小等特點(diǎn)。其現(xiàn)場(chǎng)噴涂效果見(jiàn)圖2。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)噴涂效果

從圖2中可以看出，采用噴涂方式施工后的幫部巷道墻面外觀平整密實(shí)，密閉效果良好，無(wú)明顯反彈及流掛現(xiàn)象。

3 效果考察

3.1 巷道表面位移觀測(cè)

采用“十”字布點(diǎn)法對(duì)巷道頂?shù)装寮皟蓭蛧鷰r位移變化情況進(jìn)行觀測(cè)，在底抽巷內(nèi)每隔25 m布置一個(gè)測(cè)點(diǎn)，共布置10個(gè)測(cè)點(diǎn)，每2～3天觀測(cè)一次。測(cè)點(diǎn)布置時(shí)，首先選擇觀測(cè)斷面，在頂板、底板、兩幫打孔，孔徑42 mm，孔深200～300 mm，塞入木楔敲實(shí)，木楔尾部敲入鐵釘。將垂直測(cè)線一端懸掛在頂板鐵釘上，不觀測(cè)時(shí)收至一側(cè)巷幫，將水平側(cè)線一端固定在一幫鐵釘上，不觀測(cè)時(shí)收至一幫，觀測(cè)時(shí)拉直。

3.2 頂板離層觀測(cè)

巷道沿底掘進(jìn)后布置多點(diǎn)位移計(jì)，當(dāng)頂板發(fā)生離層下沉后，可以清楚地掌握離層發(fā)生在什么位置，進(jìn)行針對(duì)性的注漿加固或者補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)措施。

圖3 巷道變形觀測(cè)曲線

3.3 礦壓觀測(cè)數(shù)據(jù)分析

將巷道頂?shù)装寮皟蓭蛧鷰r的位移變化觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，其變化曲線見(jiàn)圖3。

由圖3可知，在底抽巷支護(hù)設(shè)計(jì)不變的前提下實(shí)施薄噴涂層工藝，涂層厚度40±5 mm，此時(shí)兩幫移近量在距工作面220 m處達(dá)到280 mm并趨于穩(wěn)定，移進(jìn)速度在距工作面110 m處達(dá)到11 mm/d，并在200 m前后趨于穩(wěn)定，巷幫位移量趨近于0。頂?shù)装逡平吭诰喙ぷ髅?10 m處達(dá)到300 mm并趨于穩(wěn)定，移進(jìn)速度在距工作面110 m左右達(dá)到最大值9.64 mm/d，并在200 m前后趨于穩(wěn)定，底板位移量趨近于0。說(shuō)明薄噴涂層有效遏制了底抽巷圍巖的變化速度，保持了圍巖的整體塑性，防風(fēng)化效果顯著，但頂板和兩幫圍巖還在蠕動(dòng)，移近量還在緩慢增大，建議提前采取高強(qiáng)錨索補(bǔ)強(qiáng)加固措施。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上可知，岳城礦底抽巷采用薄噴涂層工藝替代傳統(tǒng)噴漿工藝，能夠有效遏制了底抽巷圍巖的變化速度，保持了圍巖的整體塑性，防風(fēng)化效果顯著，同時(shí)兼具噴涂效果好、效率高、污染小等優(yōu)點(diǎn)，具有很好的環(huán)保效益和安全效益。