弱胶结巷道新型聚合物喷层材料及其喷射支护技术研究

普通喷射混凝土支护技术存在喷射物料回弹率高、施工粉尘质量浓度大、喷层强度不均一等缺点,难以满足弱胶结软岩矿井高效生产要求。本文通过理论力学分析影响软岩巷道喷层支护性能的关键因素——黏结性、强度和延展性,并以普通喷射混凝土材料为基础,通过室内材料配比试验优化聚合物胶粉、抗裂短纤维、有机乳液等组分的掺量,确定新型聚合物喷层材料配比和力学性能;结合煤矿巷道等狭小地下空间喷射施工要求,对喷射系统(螺杆泵的动力源、喷射枪结构和搅拌进料系统)进行改造,构建满足煤矿巷道安全高效生产要求的新型聚合物喷层支护施工工艺。通过红庆梁煤矿井下100 m巷道支护对比试验发现:试验巷道施工半年后,在传统混凝土喷层支护下,含水段巷道表面完整性差,部分区域出现裂纹和渗水现象;而在新型聚合物喷层支护下,巷道表面完整较好,无裂纹和渗水现象,锚杆锚索受力也更小,说明新型聚合物喷层更有利于保障巷道围岩和支护结构的稳定性,更适合应用于西部弱胶结软岩巷道支护。     

新型混凝土喷层在软岩巷道中的适用性研究

聚丙烯纤维混凝土柔性喷层是软岩巷道支护中的一种新型混凝土喷层。通过对聚丙烯纤维混凝土的抗压、抗拉、抗剪和弯曲性能试验研究及数值模拟计算,分析了这种新型混凝土喷层在软岩巷道中的适用性。顾桥煤矿软岩巷道工业性试验表明：聚丙烯纤维喷射混凝土施工工艺简单;回弹率低;喷层成形较好,可增加一次喷射厚度,减少复喷量,有利于提高施工效率。这种新型混凝土喷层具有较高的耐久性,较好的抗渗性、防水效果及抗裂性,并且经济上是划算的,完全可满足软岩巷道支护要求,具有推广应用价值。     

矿用湿喷纤维混凝土的优化设计

针对目前煤矿巷道支护湿喷技术中混凝土的配比往往采取经验值具有不可靠性的问题,对矿用湿喷纤维混凝土最优配比进行了实验分析。运用多指标正交试验法,对纤维混凝土组合中纤维长度、纤维掺量、水灰比以及砂率4项影响纤维混凝土工作性能的因素进行了配比试验。利用极差分析法得到了砂率60%、水灰比0.54、纤维掺量0.8 kg/m3、纤维长度19 mm、喷射压力0.2 MPa、喷射距离1.5 m、喷射角度90°的最优配比和施工工艺。     

巷道钢纤维硅粉混凝土喷浆支护试验与应用

为解决普通混凝土喷浆支护浆体开裂、巷道变形严重的问题,提出采用钢纤维硅粉混凝土对其进行湿喷支护。通过试验研究钢纤维掺量与形状、硅粉掺量和减水剂掺量对混凝土抗弯强度的影响规律,得出最佳的钢纤维硅粉混凝土配比,应用于某矿的回风斜井喷浆支护。结果表明：波浪型钢纤维对混凝土抗弯强度提高能力远大于平直型钢纤维,最佳的波浪型钢纤维掺入率为1.5%,最佳的硅粉掺量为替代水泥掺量的10%,最佳减水剂掺量为0.6%。通过喷层应力监测和围岩变形观测证明了钢纤维硅粉混凝土喷浆支护控制巷道围岩的可行性.     

煤巷锚网防风化喷涂材料性能的试验

为了探讨适用于煤壁及锚网的防风化材料的合理配比,提出采用聚乳液改性水泥浆液作为喷涂材料,对锚网支护巷道进行喷涂.应用正交试验方法,选取水泥用量、水灰比、聚灰比和砂灰比为4个因素及4个水平作正交试验.改变材料配比以研究喷涂材料的抗压强度、黏结抗拉强度等性质的变化,得到适用于煤矿巷道的喷涂材料配比,将其应用于井下巷道,结果表明聚合物砂浆喷层胶结性好,凝固快,对巷道封闭效果好,能覆盖金属网和煤壁,有效防止金属网锈蚀.     

低温环境下湿喷混凝土强度配比优化研究

湿喷射混凝土由于其良好的特性被广泛应用于地下巷道支护。针对高原地区某铜矿巷道低温环境下湿喷混凝土存在的强度问题,以灰砂比,硅灰掺量,温度,钢纤维掺量为变量,设计4因素3水平的正交试验,并以28 d的单轴抗压强度为考察指标,研究各个因素对于湿喷混凝土强度的影响。结果表明:灰砂比和硅灰掺量对湿喷混凝土的强度影响最大,其次是温度和硅灰掺量。通过试验得到适合该矿的湿喷混凝土的最佳配合比为:水泥用量450 kg/m3,纤维用量50 kg/m3,灰砂比0.22,硅灰掺量15%,最佳温度0℃。研究结果可为高寒地区低温环境湿喷混凝土技术的推广应用提供一定的指导。     

煤矿巷道绿色喷射封闭支护技术研究

在传统的喷射混凝土材料中,加入聚合物胶粉、抗裂短纤维、有机乳液等成分,研发了新型聚合物喷层,其力学性能明显优于传统的混凝土喷层,并对螺杆泵的动力源、喷射抢和搅拌进料系统进行改进,形成满足煤矿巷道等狭小地下空间工程施工要求的新型喷射机具。通过地面喷射试验和地下巷道喷射工业性试验,形成了新型聚合物喷层支护技术,具有喷射物料回弹率低、喷枪雾化效果好、粉尘污染程度小和喷层力学性能稳定等优点。     

超强韧性纤维混凝土在深井巷道支护中的应用

煤矿深井巷道的围岩具有工程软岩特征,支护要求强度高,还要有一定的可缩性,将超强韧性PP纤维混凝土用于深井支护是一种新的选择.介绍了PP-ECC复合水泥基材料的制备技术,通过对纤维掺量、喷层厚度和纤维搅拌工艺等关键参数、工艺进行试验研究,得出了最适合PP纤维掺量为2.0％(体积比).采用适合煤矿窄小巷道的螺旋搅拌机进行了施工.通过工业性试验取得了很好的效果,能满足深井巷道支护需要.结合工程介绍了施工工艺,为这种新支护材料推广与应用提供理论根据.     

新型混凝土配比设计及其在锚喷巷道中的应用

根据锚喷结构原理和纤维增强机理,研究地下新型锚喷混凝土配合比,通过正交试验,对影响新型喷射混凝土的因子和不同纤维掺量进行试验分析,得到了优化后的新型喷射混凝土配合比。应用有限元软件和工业试验对所得配比下的新型混凝土喷层进行了数值模拟计算和现场应用,表明:与普通混凝土相比,新型混凝土具有更好的抗变形能力,让压效果明显。新型喷射混凝土为锚喷巷道支护技术的发展开辟了新的途径。     

喷射纤维混凝土在深井巷道支护中的应用

煤矿深井巷道的支护一直是世界采矿界的难题.介绍了聚丙烯(粗)纤维复合水泥基材料的制备技术.通过对纤维掺量、喷层厚度和纤维搅拌工艺等关键参数、工艺的试验研究,得出了最适聚丙烯(粗)纤维掺量为0.8％(体积比).经过模拟优化确定纤维混凝土喷层厚度为120mm.结合工程实例分析了支护效果,为这种支护材料推广与应用提供理论根据.     

缓凝柔性喷射混凝土试验研究

软岩巷道支护新材料－－新型缓凝柔性喷射混凝土的外加剂是新研制的超长缓凝复合外加剂，它具有使混凝土凝结时间延长且后期强度也较高的特点。经试验，缓凝聚性喷射混凝土的喷层性较普通喷层有较大程度的改善。     

钢纤维形状对混凝土力学性能的影响及湿喷支护应用研究

为详细研究不同形状和掺量钢纤维对混凝土的增强性能,以更好地应用于巷道湿喷支护,选取了平直型、波浪型和凹凸型钢纤维,通过试验分别研究了3种形状钢纤维在掺量为0、20、40、60、80、100 kg/m3时混凝土的抗拉和抗弯强度。将最佳形状和掺量的钢纤维应用于巷道湿喷支护,通过现场观测分析了钢纤维混凝土湿喷支护效果。结果显示:不同形状钢纤维增强混凝土抗拉强度和抗弯强度的排序为:凹凸型>波浪型>平直型;钢纤维增强混凝土抗拉强度和抗弯强度的最佳钢纤维掺量为60 kg/m3;钢纤维混凝土湿喷支护能够有效控制巷道围岩,比普通混凝土的喷浆支护效果好。     

松软砂岩型铀矿床相似材料配比试验研究

针对松软砂岩型铀矿床在常规开采过程中存在巷道稳定性差、难以成型的问题，开展巷道开挖支护相似材料配比试验。以细砂、重晶石粉、膨润土、425普通硅酸盐水泥为原料，采用正交试验方法，获得了不同配比条件下相似材料的单轴抗压强度、密度、单轴抗拉强度等物理力学参数。研究表明，与矿岩物理力学参数接近的相似材料配比为：灰砂质量比为1∶8,m(重晶石粉)∶m(砂)为20%,m(膨润土)∶m(砂)为8%,细砂粒径-2.00 mm;得到的相似材料的关键指标(密度、单轴抗压强度和单轴抗拉强度)与矿岩比较接近，误差均在7%之内。相似材料配比试验结果能够满足相似模拟试验要求，研制的松软砂岩相似材料可为开展巷道开挖与支护相似模拟试验提供参考。     

新型锚固材料控制巷道底鼓技术研究

为治理受巷道积水影响的底鼓问题,研制出新型锚固材料在东大煤矿中央进风大巷进行锚索锚固底板治理中应用。通过对新型锚固材料进行不同配比试验,结合巷道现场监测数据得到如下结论:锚固材料水灰比为0.4时,锚固性能最佳。硅灰、矿粉、偏高岭土、聚丙烯纤维素各占锚固原材料的1.5%、0.1%、12%、0.05%时锚固材料固化性能最佳。采用新型锚固剂有效解决了巷道底鼓问题,巷道底鼓量最大位移量控制在100 mm以内。     

混杂纤维混凝土喷层在锚网喷支护中的研究应用

针对煤矿深井巷道支护结构要求高强高韧的特点,提出了将高韧性合成(粗)纤维与高弹模纤钢纤维混杂掺加到水泥基材料中形成复合水泥基材料,通过喷射工艺在围岩表面形成支护层与锚杆、锚索形成共同支护体的施工方案,结合孔庄煤矿深部巷道施工的实例,对施工中遇到的纤维的选择、纤维掺量的确定、喷层厚度确定、纤维掺加工艺等关键技术进行了论述,并给出了支护效果和经济效益分析,为该技术的推广提供借鉴.     

大变形巷道的锚喷技术研究

本文首先介绍了用模型试验研究不同锚杆布设方式对围岩加固效果的差异,列出了平面应变条件下软岩巷道无锚固、常规锚固及新型交叉倾斜锚固效应的对比结果。新型锚固法可明显提高围岩强度和减少移近量。还介绍了为适应围岩大变形而研制的几种可伸缩式锚杆的特性曲线和一种新型的柔性喷层及其性能。锚杆的伸缩量可达原长的3～20％以上。柔性喷层的变形量则可达普通材料的3～10倍。通过现场的工艺性试验及监测分析,说明这两项新型锚喷技术是有效的可行的。     

高韧性纤维混凝土在深部软岩巷道支护中的应用

为满足煤矿软岩巷道支护结构高强高韧的要求,改善素混凝土的脆性高韧性差问题,提出了将高韧性合成(粗)纤维与钢纤维混杂掺加到水泥基材料中形成复合水泥基材料,通过喷射工艺使这种复合材料在软岩巷道围岩表面形成一定厚度的喷层与锚杆、锚索等组成联合支护体,完成对软岩巷道支护的方法。通过实验室对选择的混杂合成(粗)纤维混凝土进行力学性能试验,混杂改性合成(粗)纤维增强增韧效果明显。同时对掺入的比例进行了优选。用FLAC有限差分程序计算的设计软件对初选的支护参数进行支护效果模拟验算和对支护参数进行了优化选择,经过3 a试验巷道的观测,素混凝土对比段已经出现开裂和脱落修护过一次,纤维混凝土试验段巷道依然完好,取得了很好的支护效果。     

矿用高性能聚合物改性混凝土的应用研究

为了解决普通混凝土在井巷施工和使用过程中存在脆性大、柔性不足等问题,研制出一种矿用高性能聚合物改性混凝土.通过正交试验研究了聚丙烯酸乳液和苯丙乳液,聚灰比、水灰比、减水剂掺量和砂率对混凝土力学性能的影响,确定了矿用高性能聚合物改性混凝土的配合比,并进行了井下试验,分析了该混凝土修补巷道裂缝的机理.结果表明:聚丙烯酸酯乳液对混凝土有更好的改性作用.与普通混凝土相比,研制的聚合物改性混凝土抗折强度提高了39.3%,劈裂抗拉强度提高了53.1%,黏结强度提高了73.0%,抗渗性提高了83.3%.     

基于正交试验的全尾砂胶结充填材料配比优化

以某矿山全尾砂为骨料、水泥和粉煤灰为胶凝材料制作胶结充填材料,采用正交试验探讨了料浆质量浓度、灰砂比和掺灰量对充填材料泌水率、7 d和28 d抗压强度的影响程度,并确定了最佳的全尾砂胶结充填材料配比方案.研究结果表明:料浆质量浓度是影响充填料浆泌水率的主要因素,料浆质量浓度为71%和74%时泌水率小于15%可满足工艺要求;灰砂比对充填材料7 d和28 d抗压强度的影响最大,掺灰量次之,料浆质量浓度最小;确定的最佳配比方案为料浆质量浓度74%、灰砂比1:4、掺灰量10%.     

PAN基碳纤维混凝土喷层力学性能试验研究

通过对不同纤维掺量和水灰比混凝土试件进行力学性能正交试验,利用直观分析法、极差分析法和方差分析法,分析了不同碳纤维掺量、不同水灰比对混凝土力学性能的影响,结果表明纤维掺量和水灰比均对抗压强度和劈拉强度具有重要影响,其中抗压强度受水灰比影响更大,劈拉强度受纤维掺量影响更大。结合理论分析得出恰当配合比混凝土,能够满足巷道喷层支护要求。