关于煤矿井下湿喷技术发展方向的探讨

关于煤矿井下湿喷技术发展方向的探讨

郭强

冀中能源集团东庞矿河北省邢台市054200

摘要：本文基于湿式喷射混凝土技术现状，对现有煤矿井下混凝土湿式喷射技术与设备进行分析，指出湿式混凝土喷射技术在煤矿井下锚喷支护使用时存在的技术难题，进而提出煤矿井下湿喷技术发展的技术方向。

关键词：湿喷技术存在问题发展趋势

引言

喷射混凝土是煤矿井巷支护技术、设计和施工方法的一次重要变革,在煤矿施工技术中占有重要地位。但其技术的发展不能适应煤矿井巷建设的需要,一是目前喷射混凝土技术无法从根本上解决干(潮)料喷浆所造成的粉尘浓度大的问题,难以达到国家对煤矿企业作业场所职业卫生标准,其次是干喷或潮喷混凝土回弹和混凝土喷射质量不易控制。目前国内煤矿喷浆技术研究的重点以潮料喷浆工艺为主,从生产转Ⅱ型,转Ⅳ型到目前生产具有料腔防粘贴,直通式转Ⅵ型喷射机,已形成系列的转子式产品。但是到目前为止,虽然几乎所有转子式喷射机以湿喷冠名,但实际难以达到预期的湿喷效果,一是两次加水难以掌握,二是技术改造升级并未达到解决潮料的粘附问题。

一、煤矿井下湿喷技术存在的问题

随着湿喷技术及机具的不断发展与完善，目前取得了一定的效果，但在工艺、机具、和管理等多方面仍需提升。现有煤矿井下湿喷机主要存在问题如下:模仿国外技术的湿喷机难以适应煤矿井下复杂的施工环境，如柱塞泵送型湿喷机机型庞大笨重，对井下作业现场的施工要求高，适应狭窄的井下作业空间困难;在煤矿井下难以直接提供成品混凝土，必须进行现场制备，现场制备时混凝土搅拌机机型较大，同样存在作业空间紧张的问题，且现场制备混凝土质量难以控制;湿喷工艺中，难以对管路进行清理，由于煤矿井下喷射混凝土不能连续作业，每次喷射作业后，都必须用水进行清洗，增加喷射混凝土的辅助时间，降低劳动效率。

二、分析巷道支护中的湿喷技术

1.湿喷技术特点。在对湿喷技术进行应用时，传统煤矿中应用的湿喷技术与设备中的弊端日渐显露，经不断改良，超喷剂逐渐被广泛应用在其中。一系列的湿喷技术、设备被研发出来，但对这些技术与设备进行具体应用时，不能盲目应用，需对具体矿井的实际情况进行考虑与分析，并将这些技术与设备合理应用到其中。这样，才能实现巷道支护中的有效湿喷，对巷道中粉尘的含量、浓度进行有效控制，进而使矿井的作业环境得到改善。分析PS5I－H湿喷机技术目前，在我国煤矿喷浆支护中，PS5I－H转子式的混凝土喷射机得到了较为广泛的应用。此种设备的喂料机构由转子活塞凸轮构成，对混凝土进行输送时，将机内泵送与管道风送两种技术结合在一起，对泵送型与风送型湿喷设备中具备的优点进行了综合，具有以下几种关键性的技术:①机内泵送的技术，此技术对料腔黏结、堵塞的问题进行了彻底性解决;②将轴向喂料转变为径向喂料，对喂料进行了增加，如此一来，在高压风的作用下，湿的混凝土团粒容易被粉碎为稀薄流质。在以上两项关键性技术的支持下，混凝土湿料能够保证被稀薄流输送，混凝土料流的均匀性、连续性得到了提升，可使脉冲减少，从而实现良好的安全性。

2.搅拌运输。由于煤矿井下空间狭小，不适合较大的配料搅拌设备安装及常规的混凝土运输罐车通行。加之混凝土运输距离长，用量相对较小等其他不利条件，混凝土的搅拌运输是制约湿喷技术在煤矿井下应用的关键。解决思路是：搅拌配料在地面或井底车场搅拌站集中进行，专门设计的煤矿井下混凝土罐车完成运输，同时采用新型稳定剂保持混凝土长时可工作性。配料站在地面安装，配料机精确配出混合料；通过翻斗车运至井底车场搅拌站加水搅拌；专门设计的轨道式运输车将混凝土运送至掘进工作面。运输车主要由混凝土搅拌存储罐、行走装置、转动装置组成，正转搅拌或进料，反转出料，实现了运输过程中车轮转动驱动搅拌存储罐转动，进行二次搅拌。

三、湿喷机原理分析

1.经过对各种湿喷机结构和中国国情的分析研究,认为我国目前宜发展转活塞型湿喷机。一是我国喷射混凝土材料及机械设备管理水平普遍不高,二是煤矿目前不可能普遍配备机械手。分析现有风送型喷射机不能实现湿喷关键技术,主要是混凝土在喂料机构的粘附堵塞和管道内未实现稀薄流输送。通过技术研究开发适合在煤矿巷道应用的湿喷机,采用转子活塞凸轮喂料机构解决湿喷关键技术。这种机内泵送和管道风送相结合的混凝土输送方式,在一定程度上综合了泵送型和风送型湿喷机的优点。第一项关键技术,通过机内泵送彻底解决了料腔的粘结堵塞问题。第二项关键技术是通过改轴向喂料为径向喂料(活塞喂料通路与压缩空气进路垂直相交),并且加大喂料面,这样高压风就容易将湿混凝土团粒粉碎形成稀薄流形态。实验证明:该机成功实现了混凝土湿料的稀薄流输送,且混凝土料流均匀、连续、脉冲小、不堵管。在转子的每个料腔内有一个活塞,转子活塞与凸轮组成联动机构,在转子的转动过程中,通过凸轮、活塞、转子联动机构迫使活塞在料腔内上下移动,完成下料和喂料。混凝土料由活塞强制喂入气料混合仓后,与压缩空气混合形成稀薄流形态,通过混凝土喷射管输送到喷嘴喷出。与此同时,计量泵泵送液体速凝剂,经过雾化器雾化加速,通过速凝剂管输送到喷嘴与混凝土混合后,由喷嘴喷射到受喷面上。

2.喷射混凝土技术的发展落后于煤矿施工技术的发展,喷射混凝土技术的研究落后于支护理论的研究,喷射混凝土无论是强度、厚度、密实度还是表面平整度都普遍存在严重缺陷,影响施工安全和进度,并给矿井安全生产造成隐患,原因是:技术与管理的冲突,质量与效益的冲突,设计与施工的脱节,缺乏有效的检验手段,脱离实际工程数量的验工计价(按设计工程数量而不是实际工程数量计价)。解决喷射混凝土质量、进度问题最有效的手段是发展湿喷,但目前推广湿喷技术面临诸多困难,原因是推广湿喷技术是涉及到机械、混凝土材料、施工组织管理、支护理论、综合成本核算、人员培训、环保意识等多方面的一项系统工程,同时还需要正确理解工期、质量、安全、成本间的辨证关系。目前现状是人们从理论上普遍承认湿喷技术的优越性,但实际上却因干(潮)喷更能偷工减料而不愿采用,推广工作有一定难度

四、发展趋势

混凝土湿喷技术具有明显的优势，是未来喷射混凝土技术发展的主攻方向之一。湿喷混凝土技术在我国煤矿井下的应用尚处于起步探索阶段，应充分借鉴国外采矿业和国内其他岩土工程中较为成熟的技术和经验，发展适合我国煤矿井下的湿喷混凝土技术。

结合现有材料和技术，设计新型配套输送管。新型输送管路设计要求具有不粘料、轻型、高强等性能。如今材料新技术层出不穷，如纳米技术等，攻关配套输送管使用后清理难、易堵管、堵管后混凝土清理难等难题。通过新型输送管路研制，有效提高使用湿喷机的生产效率，缩短喷射混凝土后的辅助时间，设计的湿喷机才有生命力，才能受到煤矿企业的欢迎。

重视对原材料和配合比的要求，将相关的配料标准、规范移植应用与井下，实现配合比设计的科学化、配料计量的准确化。提高各工序尤其是配料、搅拌、上料等辅助工序的机械化水平。其他岩土工程湿喷混凝土机械化水平高，但通常设备尺寸较大，应在此基础上进行改进和创新，缩小设备尺寸，以适应井下狭小空间。

发展高性能混凝土技术。在素喷基础上，发展合成聚合物纤维或钢纤维喷射混凝土技术，改善混凝土力学性能，尤其是峰后力学性能，在一定程度上取代金属网；研制新型混凝土外加剂，提高混凝土的长时可工作性及耐久性。

五、结语

煤矿井下湿喷技术是一个复杂的课题，它不仅有喷射工艺或设备自身的问题，还牵涉到使用环境、来料、操作人员素质等众多问题，推行湿喷不可能一蹴而就。必须针对具体情况具体分析，然后制订合理的混凝土喷射方案，才能为现场所接受、持续使用，也才能够真正达到降尘降弹的目的。

参考文献

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［2］张龙彪，等．锚喷巷道湿式喷浆工艺的应用［J］．科技视界，2016，27:280－281．

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