毛 勇,李正東

(大冶有色金屬有限責(zé)任公司豐山銅礦, 湖北陽(yáng)新縣 435232)

地下礦山噴射混凝土工藝技術(shù)探討

毛 勇,李正東

(大冶有色金屬有限責(zé)任公司豐山銅礦, 湖北陽(yáng)新縣 435232)

介紹了混凝土噴射機(jī)的工作原理、工藝特點(diǎn)、發(fā)展過(guò)程,分析了干噴工藝與濕噴工藝的優(yōu)缺點(diǎn)及國(guó)內(nèi)外混凝土噴射技術(shù)的應(yīng)用情況。濕噴混凝土具有許多技術(shù)優(yōu)勢(shì),可保證初期支護(hù)的效果,減少礦山采礦后期維護(hù)成本,是值得在礦山推廣應(yīng)用的一種支護(hù)施工技術(shù)。

噴射混凝土;干噴;濕噴;對(duì)比分析

對(duì)于地下礦山頂板節(jié)理、裂隙比較發(fā)育以及地壓較大的采場(chǎng),需要采用兩種以上的聯(lián)合支護(hù)形式。采場(chǎng)常用的聯(lián)合支護(hù)形式有錨桿與金屬網(wǎng)、噴射混凝土與錨桿、長(zhǎng)錨索與錨桿。目前,混凝土噴射技術(shù)主要有干噴和濕噴兩種噴射方式。

1 噴射混凝土技術(shù)的工藝分析

地下礦山噴射混凝土干噴工藝設(shè)計(jì)的基本原則是:噴射混凝土支護(hù)厚度最小為50 mm;在含水層地段最小厚度為80 mm;在軟弱破碎巖層中最小厚度為100 mm;大斷面工程視揭露的巖石情況而定,噴層厚度一般在100～200 mm;網(wǎng)噴支護(hù)的最小設(shè)計(jì)厚度為100 mm;噴射混凝土的強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C20;噴射混凝土的回彈率,邊墻不應(yīng)大于15%,拱部不應(yīng)大于25%?；炷凉橇献畲罅讲怀^(guò)15 mm,噴射混凝土的基準(zhǔn)配比一般為:水泥∶砂∶石∶水∶速凝劑＝1∶2∶2∶0.45∶0.04。在礦山生產(chǎn)實(shí)踐中,干噴工藝兩次噴射混凝土實(shí)際上墻厚度一般在20～30 mm,回彈率高達(dá)30%,現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)條件差,粉塵濃度達(dá)30～120 mg/m3。

干噴和濕噴的主要工藝區(qū)別在于足重(按水灰比要求應(yīng)加的量)拌合水的加入時(shí)機(jī)不同。干式噴射混凝土是在輸料管中輸送未加入拌合水的干料(地面自然濕度拌合料或烘干料),而在噴嘴前再加足夠量拌合水,與干料迅速混合為全濕混凝土后輸送至噴嘴處,摻加速凝劑后形成料束噴至施工面;濕式噴射混凝土是在其進(jìn)入輸料管前混合料中已加了足量的拌合水,輸料管中輸送的是全濕混凝土。

干式噴射混凝土的主要優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備投資少,工藝簡(jiǎn)單。但施工中粉塵、回彈均較大,危害工人健康,尤其是斷面較小的巷道工程施工中,粉塵污染更為嚴(yán)重。與干噴相比,濕噴的明顯優(yōu)勢(shì)就是生產(chǎn)率高、粉塵濃度低。

近十年來(lái),濕噴技術(shù)的發(fā)展日趨完善,特別是混凝土泵、活塞式速凝劑計(jì)量泵的出現(xiàn),使?jié)駠姺ǖ膽?yīng)用領(lǐng)域大大拓寬。隨著機(jī)械化程度的不斷提高,噴射混凝土技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)也在不斷提高。歐洲噴射混凝土強(qiáng)度等級(jí)主要為C40,并根據(jù)環(huán)境條件提出耐久性指標(biāo)要求。我國(guó)隧道噴射混凝土標(biāo)準(zhǔn)由C20提高到了C25,并提出了1 d強(qiáng)度大于10 MPa的要求。根據(jù)對(duì)隧道初期支護(hù)設(shè)計(jì)理念的調(diào)整,應(yīng)該進(jìn)一步提高強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn),在軟巖隧道進(jìn)一步提高早期強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn),同時(shí)提出耐久性指標(biāo)要求,使初期支護(hù)結(jié)構(gòu)真正成為永久支護(hù)結(jié)構(gòu)。干噴工藝作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣、勞動(dòng)強(qiáng)度大、安全性較差,改善的途徑就是不斷推廣先進(jìn)的生產(chǎn)工藝和提高機(jī)械化生產(chǎn)的程度?？梢?jiàn),在未來(lái)礦山建設(shè)中,濕噴工藝的引進(jìn)已經(jīng)成為礦山發(fā)展不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì)。

干噴和濕噴工藝的特點(diǎn)對(duì)比見(jiàn)表1。

2 混凝土干、濕噴工藝的設(shè)備費(fèi)用及生產(chǎn)效率

以目前國(guó)內(nèi)使用的最好的TK系列濕噴機(jī)為例,其銷(xiāo)售價(jià)格大概為9～10萬(wàn)元/臺(tái),可以噴射混凝土10000～15000 m3,使用濕噴工藝設(shè)備成本6～10元/m3;干噴機(jī)國(guó)內(nèi)售價(jià)6000～15000元/臺(tái),可以噴射混凝土約5000 m3,使用干噴工藝設(shè)備成本1～3元/m3。這樣采用濕噴工藝設(shè)備成本比干噴高5～7元/m3。根據(jù)多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)資料,采用干、濕噴工藝配件消耗均在8～20元之間,沒(méi)有明顯差別。

表1 混凝土干噴、濕噴工藝的對(duì)比

采用濕噴工藝可以采用機(jī)械化施工,利用混凝土罐車(chē)送料,無(wú)需人工上料,僅需要3個(gè)工作人員(罐車(chē)司機(jī)兼放料員1名,噴射手1名,噴射輔助人員1名),生產(chǎn)效率為5 m3/h;采用干噴工藝需要上料工人2名、噴射手1名,送料司機(jī)1名,共4名,生產(chǎn)效率為3 m3/h。由此可見(jiàn),濕噴工藝的人均生產(chǎn)效率是干噴工藝的2.5倍。

3 某礦山的混凝土噴射支護(hù)分析

某中型地下礦山年出礦量為80萬(wàn)t,年自營(yíng)掘進(jìn)量為8000 m,需要噴砼支護(hù)巷道長(zhǎng)度約為6000 m,噴砼量約為3000 m3,采用干噴工藝實(shí)際噴砼作業(yè)人員為9人。干、濕噴工藝材料費(fèi)分別為407元/m3和348.5元/m3,采用濕噴工藝效率大為提高,預(yù)計(jì)可減少5名定員,按照該企業(yè)2011年在崗職工年平均工資為3.7萬(wàn)元計(jì)算,采用濕噴工藝比干噴工藝每年預(yù)計(jì)節(jié)約費(fèi)用:(407-348.5-7)× 3000+5×37000＝33.95萬(wàn)元。

當(dāng)然,采用濕噴工藝必須要采用混凝土攪拌罐車(chē)運(yùn)輸,另外,混凝土計(jì)量攪拌系統(tǒng)也需要改造,這些無(wú)形中增加了濕噴工藝的使用成本。由于濕噴工藝具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì),近年來(lái),世界各國(guó)分別研發(fā)出一系列的濕噴臺(tái)車(chē)機(jī)械手,噴射效率高達(dá)30 m3/h,但價(jià)格較為昂貴,進(jìn)口濕噴臺(tái)車(chē)機(jī)械手約300～400萬(wàn)元。但是,采用濕噴臺(tái)車(chē)機(jī)械手進(jìn)行作業(yè),能快速高效地完成初期支護(hù),從而確保礦山工程建設(shè)的施工安全,縮短了采礦周期。

4 小 結(jié)

從總的投資及成本對(duì)比來(lái)看,濕噴工藝的前期投入相對(duì)較高,但是濕噴工藝具有機(jī)械化程度高、工作效率高、回彈率低、作業(yè)環(huán)境好等諸多優(yōu)點(diǎn),具有廣泛的適應(yīng)性,并且實(shí)現(xiàn)對(duì)初期支護(hù)質(zhì)量的控制,使混凝土的質(zhì)量處于受控狀態(tài),從而保證初期支護(hù)的效果,減少了礦山采礦后期維護(hù)成本,是一種值得推廣的支護(hù)施工技術(shù)。

[1]劉生華.新型混凝土噴射機(jī)械手在隧道工程中的應(yīng)用[J].建設(shè)機(jī)械技術(shù)與管理,2011(2).

[2]馬忠誠(chéng).噴射混凝土技術(shù)及其速凝劑的發(fā)展[J].混凝土,2011 (12).

[3]賀 超.SPL-4濕式混凝土噴射機(jī)的研究分析[J].煤礦開(kāi)采,2010,15(1):83-84.

[4]朱君秦.混凝土噴射機(jī)的工作原理與應(yīng)用探討[J].廣東建材, 2008(11).

[5]樊 華.混凝土噴射機(jī)的概述及改進(jìn)[J].山西建筑,2007(32).

2012-03-06)

毛 勇(1977-),男,湖北羅田人,助理工程師,主要從事礦山工程測(cè)量及技術(shù)管理工作。