煤矿井下喷射混凝土减尘降弹技术.pdf

第 1 5卷 第 4期 ( 总第 9 5期 ) 2 0 1 0年 8月 矿 开 采 t l“1 1 i n i ng Te c hn o l o g y V o 1 1 5 N o 4 ( S e r i e s N o 9 5 ) Aug us t 2 01 0 煤矿井下喷射混凝 土减 尘降弹技术 李建民 一，章之燕 ( 1 开滦 ( 集团)有 限责任公 d，河北 唐1 1 f 0 6 3 0 1 8；2 中同煤炭学会岩 学与支护、 I 委员会，北 康1 0 0 0 1 3 ) 摘 要 简要介 绍 了国外混凝土湿喷技术 的应用 ，并分析 了混凝土 喷射过程 中产尘及 回弹影 响因素。结合开滦东 欢坨矿 采用 P C 6 U K型转子式潮喷机和 S X W 系列湿式振 弦捕 尘器 、陶粒土做 骨料 进行喷射混凝土支 护减 尘降弹工艺和特 点。提 出了在进行喷射混凝土 配合 比设 计 时，应对配合 比主要 参数进行分析，掌握参数变化对质量的影响采取有效措施可以控制粉尘和回弹量。 关键词 喷射混凝土；湿喷；减尘降弹；配合比 【 中图分 类号T U 6 4 3 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 6 6 2 2 5 ( 2 0 1 0 )0 4 0 0 5 7 - 0 3 Te c h no l o g y o f Dus t - r e du c t i o n wi t h S pr a y e d Co nc r e t e i n Un de r g r o un d M i ne 煤矿井巷喷射混凝土支护已成为矿井的主要支 护方式和重要工艺环节。但在我国混凝土喷射作业 中，不同程度地存在粉尘大 、回弹率高、质量不稳 定等问题 。作业粉尘已成为矿井生产过程中的主要 尘源之一 ，其危害甚至比瓦斯爆炸 、冒顶 、水灾等 重特大事故造成非正常减员更严重。回弹率高 、材 料浪费严重是锚喷支护作业长期存在 的另一 问题。 据统计 ，采用一般喷射混凝 土装置 ，常规泥 、沙 、 水 的配合 比，矿 山巷 道 喷 射混 凝 土 回弹率 高 达 3 54 0 。 在国外 ，为解决粉尘危害和回弹率问题 ，湿喷 技术得到广泛运 用 ，美 国 c h a l l e n g e公 司开发的挤 压泵送湿喷混凝 土的 回弹率仅为 5 8 ，施工 粉尘量显著减少，抗压咀度达到 2 8 MP a ；德 国生产 的一种双罐式 喷射机使工程作业效 率提高 了 8 0 以上。理论和实践表明 ，湿喷作业能有效降低粉尘 浓度和回弹率 ，提高喷射混凝土的质量 ，但 由于湿 喷机具结构复杂庞大 、操作维修复杂 、后配套设施 ( 混凝土的配料、搅拌等 )不完善等原因 ，在 国内 煤炭行业仍未普遍推广使刚。为解决喷射混凝土支 护 中的粉尘和回弹问题 ，近年来我 国进行了潮喷技 术研究 ，改进喷浆工艺 ，使潮喷工 艺喷射能力提高 了 2 0 ，平均 回弹率和粉尘浓度有较大降低 ( 如 回弹降至 2 0 ，粉尘浓度降低至 2 0 m g I l l ) ，但仍 没有彻底解决锚喷支护回弹和粉尘浓度的问题。 1 混凝土喷射产尘及 回弹分析 采用干喷或一般潮喷方式喷射混凝土时，粉尘 主要在上料 、喷射机旁 、喷头处产牛。上料时的粉 尘是 由于人工开放式作业产生；机旁粉尘则是由于 喷射机结合板和忖板 问磨损造成在该处漏风跑尘。 喷头产生粉尘原因是 ：拌合水主要在喷头处与干料 混合 ，水 、料接触时间短 ，水 、料拌合均匀度差 ， 未拌合均匀的水 、料混合物即被高压空气输送出喷 出 口，产生剧烈体积膨胀 ，从而把未润湿的干水泥 粉和 已润湿的湿水泥粉分别吹散成干尘和湿尘 ，湿 尘较快沉降 ，而干尘则在喷头附近形成尘雾 ，由于 界 面张力的影响，微小的于尘表面形成空气膜 。尘 粒越小，空气膜越牢 固。这种空气膜阻碍了水分对 尘粒的湿润和凝聚 ，使得在空气中飘浮的微小于尘 既不易凝聚也不易与水雾碰撞变成湿尘沉降。 大量的资料和实践表明 ，采用干喷或一般潮喷 方式喷射混凝土时 ，影响回弹量的主要因素有 ：喷 混凝土配合 比和骨料级配；最大骨料粒径；施工中 对喷射距离 、角度及风量的控制 ；外加剂 、外加材 料 的品种 、掺量及掺加方式。前三项与现场施工有 关 ，后一项 的掺加方式可通过喷射机的结构设计予 以实现 。 2开滦东欢坨矿减尘降弹 2 1工程 概况 开滦东欢坨 矿一 6 9 0 m水平井底 巷道主要岩性 为灰色 、灰 白色的中砂岩和浅灰、深灰色的粉 、细 砂岩 ，主要矿物成分为石英 、长石等 ，次为黑色岩 屑 。巷道涌水量较大，涌水量为 1 5 1 6 m m i n 。巷 道为半 圆拱 形 ，毛 断面 1 9 6 m ，净断 面 1 7 8 m ， 地脚深度 5 0 ram，水沟侧地脚深度 2 8 0 m m。采用锚 杆 、钢筋网、喷射混凝土支护形式。 收稿 日期2 0 1 0 0 2 一 O l 作者简介 李建民 ( 1 9 5 7 一 ) ，男 ，河北丰润人 ，教授级高工 ，博士 ，副总经 理 ，中国煤炭学会岩石力学与支护专业委员会 委员。 5 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 总第 9 5期 煤矿 开采 2 0 1 0年 第4期 2 2 设备 配置 工作面采用了 P C 6 U K型转子式潮喷机和 S X W 系列湿式振弦捕尘器 ，其配置设备主要参数见表 1 和表 2 。 表 1 P C 6 U K型转子式潮喷机基本参数 名称 参数 喷射能力 ( m h ) 混合料水灰比 粉状速凝剂添加量( 占水 泥用量 ) 骨料最 大直径 m m 输送管 内径 m m 耗风量 ( m mi n ) 工作压力 MP a 最大输送距离 ( 水平 垂直) m 表 2 S X W 系列湿式振弦捕尘器基本参数 名称 参数 处理风量 ( m h ) 除尘效率 阻力 P a 液气 比 ( L IT I 。) 适用粉尘种类 噪音 d B ( A) 适用粉尘浓度 mg 8 6 0 02 4 4 8 0 ( 系列型号) 9 O 9 8 ( 1 0 1x m 呼吸性粉尘 ，与滤 过风速呈正相关 ) 1 2 0 0 0 0 3 0 0 9 ( 含尘空气 ) 煤 、岩 、铁矿尘 、水泥等亲水性粉尘 8 5 0 2 4 0 0 0( 单位处理风量) P C 6 U K型潮喷机采用 了整体式弹性不粘料料 杯 、弹性不粘结不堵塞出料弯头 、楔销紧固和翻转 铰接结构、整体式清扫板 、耐用的结合板和衬板等 易损件。同时设置了结合板处的液压压紧装置，使 得压紧装置具有动态均匀压紧功能，以减少喷射时 机旁泄漏粉尘 ；设置了速度可调的粉状速凝剂的 自 动添加装置 ，以增加速凝剂在物料 中的混合均匀度 来控制回弹；设置了 自动振动式落料筛板 ，以方便 上料过程 中自动落料；调整落料筛板孔径至 2 0 m m 以下 ，以滤去大块降低 回弹 ；摒弃管接头中的螺丝 采用快速紧固方式 ，更加便于现场操作。 2 3 使用条件及材料配比参数 P C 6 U K型转子式潮喷机使用条件及材料配比： 最大输送距离 ( 水平 垂直) 8 0 4 0 m；工作面风 压 0 3 0 5 MP a ；水泥 ： 陶粒土 = 1： 3 55 。 3 实施工艺和特点 3 1 实施 工艺 喷射混凝土减尘降弹工艺过程 ：劳动组织和设 备配置完毕后 ，将经过预湿润 ( 同时添加抑尘剂 水溶液)并达到要求含水量 的陶粒土 ，按配 比加 入水泥拌合成潮料 ，用矿车将拌和好的潮料推至喷 射机旁 ，人工将潮料加入潮喷机的料斗内，粉状速 58 凝剂通过速凝剂添加器也加人料斗内。加料同时在 上料处施喷雾状抑尘剂水溶液降尘。潮混合料通过 潮喷机利用压缩空气经输料管路输送到喷嘴处 ，在 喷嘴处补充压水后 ，由喷嘴喷射到受喷面上。井下 喷射混凝土设备布置见图 1 。 J 。 。 。 。 。 。 。 - 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 一 巷 道 竺 图 1 设备 布置 3 2工 艺特点 喷射混凝土减尘降弹技术中的潮喷工艺特点 ： ( 1 )水泥与陶粒土之间为预湿拌合 ，预湿拌 合时 ，加入抑尘剂水溶液。最后达到含 5 7 水的陶粒土与水泥拌合成含水量为 4 6 的潮 混合料。 ( 2 )在上料处施加抑尘剂水溶液喷雾 ，以进 行局部加强降尘。 ( 3 )潮料 以介于稀薄流与半稠流状态输送到 喷嘴。 ( 4 )潮喷机设有速凝剂添加器 ，达到定量均 匀地添加速凝剂。 ( 5 )潮喷机旁设有除尘器以辅助降尘。 3 3陶粒土骨料特性 ( 1 )陶粒土矿物组成主要是 13 石英，其余为 无定形的A 1 0 ，S i O 。活性检测表明具有较高的 活性；密度测定表明该种陶粒土是一种较好的轻质 骨料，可以制成轻骨料混凝土。 ( 2 )用陶粒土配制混凝土 ，其早期强度 ( 3 d ， 7 d )较低，但 7 d后强度增进速率加大 ，2 8 d强度 能达到甚至超过砂石配制的普通混凝土。 ( 3 )陶粒土配置 的混凝土 ，由于其本身具有 的活性而适用于地下 、水中及潮湿环境。陶粒土在 其中不仅起到骨料的支撑作用 ，而且参与水化反 应 ，能促进水泥的凝结，提高混凝土后期强度。 ( 4 )对陶粒土的组成结构及水化机理性能 的 试验分析认为 ：影响陶粒土混凝土性能主要是陶粒 土自身活性 、骨料的粒度分布与水灰 比。 ( 5 )使用陶粒土为骨料的喷射混凝土，其 需 水量提高 ，保水性 、黏聚性增强 ，有利于施工中降 低粉尘浓度和回弹量 ，改善劳动环境。 5 ) 如 船 加 一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 李建 民等 ：煤矿井下喷射混凝土减 尘降弹技术 2 0 1 0年 第4期 4测试 结果 井下减尘降弹系统粉尘控制情况测试结果见表 3 、表 4 。 表 3 井下减尘 降弹粉尘控制情况 测量位置 粉尘浓度 ( mg m ) 丁 作 前 拌 料 区 机旁 喷头附近 作业区后方 1 6 O 1 7 0 7 8 08 6 0 1 1 5 05 2 9 0 l O 3 O 5 6 5 O 4 7 O 5 3 O 表 4 井下减尘降弹 系统 回弹控制情况 6结束语 ( 1 )煤矿井下混凝土喷射减 尘降弹首先要研 究制定 以尘源控制 、物理和化学方式联合除尘为主 的除尘技术方案；以速凝剂均匀添加设计 、落料筛 板滤去大块和施工控制为主的降弹技术方案。 ( 2 )在煤矿井下喷射混凝 土作 业 中采用化学 抑尘技术是成功的。抑尘剂使用后 ，作业区、拌料 区、机旁、喷头等处粉尘显著降低 ，粉尘测试结果 不仅显示粉尘浓度指标已降到 1 2 mg m 以下 ，而且 也表明喷浆产生的粉尘基本控制在施工巷道内以喷 浆机为核心的很小区域。 ( 3 )在进行配合 比设计 时 ，应对 配合 比主要 参数进行分析 ，掌握参数变化对质量的影响 ，采取 有效的控制措施 ，将影响降到最低 ，从而确保施工 质量 ，使喷射混凝土结构满足设计技术要求。 参考文献 1 叶明亮 ，续建科 ，马家松 降低井 巷工程 喷射混凝 土 回弹率 的试验研究 J 煤 炭科学技术 ，1 9 9 9 ( 0 4) 2 王红喜 ，陈友治 ，丁庆军 喷 射混凝 土的现状与 发展 J 岩土工程技术 ，2 0 0 4 ( 0 1 ) 3 韩跃文，张咸民P C 6 B型潮式混凝土喷射机的特点及应用效 果 J 矿业研究与开发 ，2 0 0 3 ( 0 3 ) 4 张成民 ，刘新普 P C 6 B型潮式混凝土喷射机减弹 降尘 性能研 究 J 煤炭科学技术 ，2 0 0 1 ( 1 2 ) 5 马成军 ，刘成章 降低喷浆作业的粉尘和 回弹技木 J 山 东煤炭科技 ，2 0 0 1( 0 2 ) 责任编辑 ：王兴库 ( 上接 l 6页) 式中， ， ，占 分 别为下 山移动 角、上 山移 动角 、 走向移动角。 显然 ，用公式 ( 4 ) ，( 5 )和 ( 6 )计算得 的垂 线长度 q ，z ，k 的实际意义与公式 ( 1 ) ， ( 2 )和 ( 3 ) 已经有所不 同，公式中各参 数 的意义也有 了 变化。以下山方向的垂线长度 Z ( 图 3 )为例 ，与 图2中的z 相 比较 ， 实际上是 由图2中的 Z ，d和 组成 。相 应 地 ，留设保 护煤 柱 的操 作 程 序 改进 ( 如图 4所示)为 ：按公式( 4 ) ， ( 5 )和( 6 )计 算各点对应的垂线长度 q ，f ，k ，确定保护煤 柱 边 界 。 在平面图上，由保护对象边界 a b c d e向外做 出 保护煤柱边界 A B C D E 。 3结 论 改进后的垂线法 ，操作程序简化 ，作图工作减 少，操作更加简便 ，更适于延 伸型建 ( 构 )筑物 ( 如铁路 、长输油气管道 l 4 等)下保护煤柱的留 设。目前 ，煤矿用图基本上已经数字化 ，用改进后 的垂 线法 确 定 保 护煤 柱 ，更 容易 在 数 字化 平 台 ( 如 A u t o C A D，G I S )矿图上使用。 图4 改进 后的垂线法 留设保 护煤柱 参考文献 1 何国清， 杨伦 ，凌赓娣，等 矿山开采沉陷学 M徐 州 ：中国矿、 l 大学 出版社 ，1 9 9 1 2 国家煤炭工作局 建筑 物 、水体 、铁路及 主要井 巷煤柱 留设 与压煤开采规程 M北京 ：煤炭工业出版社 ，2 0 0 0 3 陈清通 ，文学宽 铁路下煤 层群 留设保护 煤柱方 法的选择 和 计算 J 煤矿开采 ，2 0 0 8，1 3 ( 6 ) ：2 8 2 9 4 张华兴 ，刘海青 ，孙万 明，祝琨 管 道过采 空区压煤 开采 与煤柱 留设研究 R 北 京：天地科技股份有 限公 司开采设 计事业部特殊采煤与矿区环境治理研究所 ，2 0 0 9 责任编辑 ：周景林 5 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m