張 農(nóng)，魏 群，吳建生

(1.中國礦業(yè)大學(xué) 煤炭資源與安全開采國家重點實驗室，江蘇 徐州 221116；2.中國礦業(yè)大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院，江蘇 徐州 221116；3.江蘇師范大學(xué)開放實驗室，江蘇 徐州 221116；4.江蘇理工學(xué)院 機械工程學(xué)院，江蘇 常州 213001；5.南京科工煤炭科學(xué)技術(shù)研究有限公司，江蘇 南京 210018)

0 引 言

我國煤礦巷道支護主要采用錨桿支護，網(wǎng)的作用是與托板、鋼帶等構(gòu)件將錨桿的預(yù)應(yīng)力擴散到距離錨桿更遠的圍巖中，防止錨桿之間的小尺寸松脫巖石塊體脫離原位，進而維持支護體-圍巖系統(tǒng)的穩(wěn)定。錨桿支護體系下對圍巖初期松動變形的有效控制十分重要[1]，然而普通金屬網(wǎng)必須在圍巖發(fā)生相當(dāng)?shù)淖冃瘟?可能數(shù)十厘米)之后才能起到承載和支護作用；煤礦巷道圍巖表面難以保證良好的平整度，網(wǎng)與巖面之間無法實現(xiàn)良好的貼合，難以及時承載。錨桿的施工基本實現(xiàn)了機械化，然而網(wǎng)的安裝作業(yè)機械化程度低，給巷道支護效率、安全性帶來挑戰(zhàn)。噴射混凝土是另外一種表面支護方式，主要作用是封閉圍巖防止風(fēng)化，同時發(fā)揮改善圍巖和支護結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)、防止破碎圍巖中巖石掉落等力學(xué)作用。然而，煤礦巷道一般變形量大，深井軟巖巷道掘進期間圍巖變形甚至達數(shù)百毫米，而噴射混凝土屬于脆性材料，巷道來壓后噴層因不能承受大的拉應(yīng)力會發(fā)生拉伸破壞，無法對巷道圍巖的穩(wěn)定起到支護作用[2]；同時破壞、脫落的噴層自身也易成為安全隱患。此外，噴射混凝土的施工還存在一些問題，如施工粉塵大、施工速度慢、回彈率高、用工量大、物料運輸量巨大等問題。針對錨桿支護體系，對新型護表方法、材料開展研究具有重要意義。

1 噴涂柔膜技術(shù)特征

近年來，在加拿大、土耳其、南非、澳大利亞等國家對一種成膜厚度小、凝固速度快、噴涂方式施工的襯層材料(Thin Spray-on Liner，TSL)進行了研究和應(yīng)用[3]，國內(nèi)一般稱其為“薄噴襯層”。薄噴襯層的“薄”通常指的是其厚度與噴射混凝土相比成數(shù)量級的降低，一般只有數(shù)毫米。與網(wǎng)相比，薄噴襯層的突出特點是與巖面之間的良好黏結(jié)性，以及對不平整巖面的適應(yīng)性。與噴射混凝土相比，薄噴襯層的明顯優(yōu)勢首先在于其很小的施工厚度以及由此帶來的物料運輸、施工量的降低；其次是良好的變形能力。此外，薄噴襯層的施工可以實現(xiàn)較高程度的機械化和自動化，這對將來采礦自動化的實現(xiàn)是有幫助的。

基于材料的上述性能和施工特點，從工程特性的角度認為“噴涂柔膜”包含了更為完整和準確的工程語義。其中，“噴涂”體現(xiàn)了該技術(shù)的施工特點，包含了材料與巖體的黏結(jié)性，以及能夠適應(yīng)不平整巖體表面的特性，顯示了與網(wǎng)等卷材的不同；“柔”表明材料具有變形能力，有別于脆性的噴射混凝土；“膜”體現(xiàn)了極小的施工厚度?；谏鲜龇治?，對噴涂柔膜技術(shù)的再定義如下：通過噴涂的施工方式，將高分子材料或高分子復(fù)合材料施加至圍巖表面，固化后形成與基體緊密黏結(jié)且具有變形能力薄層的技術(shù)[4]。以下以“噴膜”作為簡稱。

噴膜材料一般分為反應(yīng)型和非反應(yīng)型，反應(yīng)型產(chǎn)品的成分主要是異氰酸酯和丙烯酸酯，其反應(yīng)速度快、養(yǎng)護時間短，施工后1 h之內(nèi)可以獲得大部分的抗拉強度。非反應(yīng)型噴膜產(chǎn)品養(yǎng)護時間較長，產(chǎn)生黏結(jié)、抗拉強度的速度較慢。

2 噴涂柔膜技術(shù)研究進展

2.1 國外研究進展

2.1.1 力學(xué)性能測試

1)拉伸性能測試。國外對噴膜拉伸性能的測試一般基于ASTM D638標準。YILMAZ[5]對市面上的35個噴膜產(chǎn)品(其中除3種是聚氨酯基之外，其余均為聚合物水泥基材料)開展了不同養(yǎng)護期下抗拉強度的測試，抗拉強度為0.5～7.5 MPa。

2)黏結(jié)性能測試。OZTURK[6]發(fā)現(xiàn)基體的抗拉強度在2 MPa以上時噴膜與基體之間才能產(chǎn)生比較好的黏結(jié)效應(yīng)，認為黏結(jié)性能是影響噴膜應(yīng)用的重要性能，并基于實驗提出噴膜的參考厚度為4 mm。LI等[7]通過實驗發(fā)現(xiàn)，巖石基體的強度越高、黏結(jié)界面越粗糙，噴膜與巖石的黏結(jié)性能越好。YILMAZ[8]介紹了測試噴膜與基體間拉伸黏結(jié)強度的直接拉拔法，基于該方法測試了不同噴膜材料與基體的黏結(jié)性能。

3)抗剪切性能測試。JJUUKO等[9]認為噴膜的剪切-黏結(jié)強度指標是噴膜設(shè)計的重要參數(shù)。QIAO等[10]采用不同方法對噴膜材料與煤等不同基體的界面抗剪強度進行了測試，使用沖壓法開展了噴膜材料的抗剪強度測試。

2.1.2 支護作用

噴膜的初期定位是一種密閉材料：在巖體表面形成一層連續(xù)的膜結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)對巖體的表面覆蓋；由于噴膜具備良好的氣密性，可以阻止空氣進入裂隙防止巖體的弱化。然而在應(yīng)用的過程中，人們注意到其可能具備一定的支護能力。

國外研究人員對噴膜的支護機理進行了探討。STACEY[11]認為，膜結(jié)構(gòu)與巖石之間的良好黏結(jié)能夠降低由于變形導(dǎo)致的應(yīng)力和應(yīng)變，抑制巖石移動和旋轉(zhuǎn)，進而發(fā)揮控制松脫危石的作用。DUBE[12]認為噴膜可以促進巖石的自鎖，這是其發(fā)揮支護作用的機理。YILMAZ[5]認為，噴膜材料進入松脫巖石與穩(wěn)定巖體之間的縫隙起到黏結(jié)作用，進而發(fā)揮支護作用。

研究人員對噴膜的支護效果開展了一系列實驗研究。SHAN等[13]通過大尺度對比實驗發(fā)現(xiàn)，與焊接網(wǎng)相比，噴膜加固的模擬巖石試樣的峰值強度更高；還模擬了一種噴膜材料對頂板巖體屈曲破壞的支護作用，發(fā)現(xiàn)噴膜材料能夠與巖石之間黏結(jié)形成一個復(fù)合薄層，提高試樣抵抗表面破壞的能力[14]。ARCHIBALD等[15]通過大量試驗?zāi)M了噴膜在沖擊載荷下的支護作用，發(fā)現(xiàn)噴膜的效果不遜于網(wǎng)、噴射混凝土等其他常規(guī)護表手段。

2.2 國內(nèi)研究進展

與國外相比，國內(nèi)對于噴膜的研究較少。董山等[16]探討了薄膜的支護機理，認為其發(fā)揮支護作用的幾種方式包括：膠水作用、隔離作用、滲透加固作用。張少波等[17]開發(fā)了適用于國內(nèi)煤礦的噴膜技術(shù)、裝備，并在東歡坨礦、王坡礦等現(xiàn)場開展了用于封閉的實踐。李學(xué)彬等[18]開發(fā)了一種新型聚合物噴層，在弱膠結(jié)軟巖巷道中取得了良好的支護效果。

雖然學(xué)者們針對噴膜的支護效果開展了一些研究工作，但是由于噴膜與混凝土相比厚度很小，且其表現(xiàn)出明顯的柔性，因此其支護效果仍受到懷疑；將噴膜用于礦山支護時，也缺乏廣泛接受的測試、設(shè)計、施工依據(jù)[19]。在煤礦條件下，尤其是作為支護方法的應(yīng)用案例和原理研究還比較少。

3 礦用噴膜材料的選擇

煤礦井下空間狹小，對材料的安全性要求高，非反應(yīng)型噴膜材料是優(yōu)先選擇。在非反應(yīng)型噴膜中，聚合物水泥基材料最具代表性，因此選擇一種聚合物水泥基的噴膜材料進行力學(xué)性能的測試研究。該材料為粉體，根據(jù)一定的配比與水混合后噴至巖體表面，固化成膜后形成噴層。

3.1 拉伸性能

噴膜材料的力學(xué)性能對其應(yīng)用具有重要影響，相關(guān)力學(xué)參數(shù)對數(shù)值模擬分析等具有基礎(chǔ)性作用。基于ASTM D638標準測試了所選材料的拉伸力學(xué)性能，試樣為啞鈴型，如圖1所示。

養(yǎng)護期對聚合物水泥基材料的強度建立有重要影響。分別對養(yǎng)護期為1、7、14、28 d的試樣開展拉伸性能測試，抗拉強度如圖2所示。

圖2 不同養(yǎng)護期下的抗拉強度

抗拉強度由養(yǎng)護期1 d時的0.24 MPa提高至28 d時的2.04 MPa。抗拉強度隨著養(yǎng)護期的增加而提高，但速度有所變化。養(yǎng)護初期(1～7 d)提高速度最快，7 d時達到最大值的65%，中期(7～14 d)上升速度減慢，后期(14～28 d)增長很小。養(yǎng)護期為1、7、14、28 d時破斷延伸率分別為51.3%、79.1%、54.19%、52.62%。

測試周期內(nèi)材料的破斷延伸率均不低于50%，表明該材料具有良好的變形能力，這對于煤礦圍巖的大變形特性是有利的。破斷延伸率在7 d時最大，達到79.10%。不同養(yǎng)護期下的平均應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線如圖3所示。

圖3 不同養(yǎng)護期下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

不同養(yǎng)護期下試樣的拉伸強度建立速度不同。對于養(yǎng)護期1 d的試樣，應(yīng)力隨變形的增加緩慢建立，所能達到的峰值也較低，峰后變形很小。隨著養(yǎng)護期增加，試樣的強度建立速度快且維持較大載荷至較大變形才發(fā)生破壞，曲線呈“n”形。不同養(yǎng)護期下的試樣破壞前均發(fā)生大的變形，表現(xiàn)出明顯的塑性。強度建立越快，表明噴膜在巖體發(fā)生很小的變形時能夠更早發(fā)揮抑制作用，這是噴層類護表區(qū)別于網(wǎng)的重要優(yōu)勢；試樣維持較大的拉伸應(yīng)力的同時繼續(xù)發(fā)生變形，表明噴膜具備大變形且強承載的潛力。上述性能特點有利于圍巖控制，尤其是大變形煤礦巷道的圍巖控制。

養(yǎng)護期14 d時的曲線可以分為3個階段。初始階段即OA段內(nèi)試樣發(fā)生近似彈性變形，曲線近似線性。該階段內(nèi)應(yīng)變幅度極小，應(yīng)力伴隨著微小的變形快速上升，曲線斜率即彈性模量，經(jīng)計算約為42 MPa。與巖石相比，噴膜在彈性變形階段所表現(xiàn)出來的彈性模量還是非常微小的。屈服階段即AB段，應(yīng)力上升速度逐漸減緩，至B點時達到應(yīng)力峰值。BC段，試樣內(nèi)部逐漸發(fā)生微小破壞，應(yīng)力下降，C點時發(fā)生斷裂。

3.2 法向黏結(jié)性能

噴膜發(fā)揮支護作用的前提是其與巖體之間的黏結(jié)性能良好。選擇一種紅砂巖基體，測試噴膜與其法向黏結(jié)強度，如圖4所示。通過高強膠水將鋁錠(直徑20 mm)與固化后的噴膜黏結(jié)，通過數(shù)顯拉拔儀拉拔鋁錠，拉拔儀自動記錄載荷數(shù)據(jù)，進而計算法向黏結(jié)強度。

圖4 法向黏結(jié)強度測試

噴膜養(yǎng)護21 d后開展測試，有效測試結(jié)果：鋁錠編號為1、2、4時法向黏結(jié)強度為分別1.47、2.35、2.50 MPa(試樣3的加載過程受到干擾，因此數(shù)據(jù)舍棄)。

拉拔破壞后的鋁錠底部如圖5所示。可見，噴膜以及噴膜與巖石基體的黏結(jié)保持完好，拉伸破壞發(fā)生于巖石基體內(nèi)部，表明被測噴膜與基體之間具有良好的法向黏結(jié)效應(yīng)。

圖5 拉拔破壞后的鋁錠底部

3.3 塊體承載特性

歐洲噴射混凝土組織的ENC 250TSL標準[20]給出了噴膜的塊體承載能力(即線性承載能力指標)測試規(guī)范，原理如圖6所示。2個邊塊體A、B(固定塊體)和一個中間塊體(活動塊體)組成測試基體，中間塊體與兩側(cè)固定塊體之間的距離為3 mm。螺釘-壓板結(jié)構(gòu)將邊塊體A、B的部分區(qū)域(A1—A2間和B1—B2間)夾緊、固定，試驗機壓頭對中間塊體加載，記錄壓頭的位移和載荷，以此計算噴膜的承載能力。

圖6 塊體承載能力測試

標準所給出的噴膜“線性承載能力(N/cm)”指標計算方法為

其中：Fmax為峰值載荷，N；e為試樣寬度，cm。更高的線性承載能力值，意味著噴膜在抑制巖石塊體脫落時具備更大的承載能力。以養(yǎng)護期1 d的1號試樣為例，圖7為其載荷-位移關(guān)系曲線，圖8為測試過程。

圖7 養(yǎng)護1 d時試樣的位移-載荷曲線

圖8 塊體承載測試的4個階段

整個過程可分為靜態(tài)承載、脫黏、拉伸承載、拉伸破壞4個階段。靜態(tài)承載階段曲線近似直線上升，表明噴膜發(fā)生彈性變形，說明在承載的初期噴膜快速產(chǎn)生支護載荷；脫黏階段動態(tài)過程，期間載荷明顯下降。拉伸承載階段載荷再次大幅上升，然而，拉伸承載及拉伸破壞階段是在實驗工裝的夾持限制下發(fā)生的，實際應(yīng)用時難以具備類似條件。應(yīng)選擇靜態(tài)承載階段研究噴膜的承載性能，其峰值(即圖7中的A點處)表征了噴膜的靜態(tài)承載能力。在養(yǎng)護期1、7、14、28 d下測得的靜態(tài)承載能力平均值分別為16.01、39.23、48.64、37.74 N/cm，以養(yǎng)護期為14 d時最高。

假定錨桿之間的松脫巖體為球心位于巖面、半徑為r的倒半球體，半球體的周圍為穩(wěn)定巖體，如圖9所示(圖中g(shù)為重力加速度)。假定噴膜與周圍的穩(wěn)定巖體可靠黏結(jié)，進而限制半球形松脫巖體由于自重導(dǎo)致的垮落。

圖9 模擬松脫巖體的半球體

巖體密度取常見巖石中的較大值3 000 kg/m3；考慮沿邊緣承載的不均衡性，取不均衡系數(shù)為2，以所測得的線性承載能力最大值48.64 N/cm為計算依據(jù)，被測噴膜可以承受半徑r=0.493 m的半球體內(nèi)約752 kg的松脫巖體質(zhì)量。煤礦巷道的圍巖破壞通常是一個漸進過程，圍巖表面的小塊松脫巖石是護表的對象。上述承受質(zhì)量遠超小塊松脫巖石的范疇，表明所測噴膜材料具有良好的塊體承載能力。

3.4 潛在密閉作用

噴膜的潛在密閉作用首先體現(xiàn)在對開挖后的圍巖進行密閉防止風(fēng)化。地下巖體開挖后與空氣接觸，巖石顆粒之間的膠結(jié)容易因風(fēng)化而削弱，進而形成和加劇巖體裂隙，降低巖體的物理力學(xué)指標。開挖后的圍巖表面施工噴膜形成屏障，可以阻止巷道空氣中水分的侵入，防止圍巖的弱化。

當(dāng)與錨桿支護配套使用時，噴膜對金屬支護構(gòu)件實現(xiàn)包裹，可以阻止空氣中水汽對構(gòu)件的侵蝕，防止構(gòu)件銹蝕、弱化，進而提高錨桿支護系統(tǒng)的可靠性。此外，注漿時對圍巖表面封閉防止跑漿也是噴膜的潛在密閉作用之一。

4 噴膜與常見護表性能對比

與網(wǎng)、噴射混凝土相比，噴膜的力學(xué)性能及施工工藝明顯不同，決定了其不同的技術(shù)特征。以上述被測的聚合物水泥基噴膜材料為例，對比其與網(wǎng)、噴射混凝土的護表性能。

4.1 承載及時性

TANNANT[3]通過試驗發(fā)現(xiàn)焊接鐵絲網(wǎng)在變形量達到150 mm時才能發(fā)揮明顯的承載作用。將護表簡化為原長為1個長度單位的二維結(jié)構(gòu)，如圖10所示。假定護表的下沉輪廓為圓弧，下沉幅度為0.15個單位時弧長為1.06，變形量為0.06。以前文所測聚合物水泥基噴膜材料為例，應(yīng)變?yōu)?.06時材料的拉伸應(yīng)力約為1.76 MPa，處于AB段有效承載狀態(tài)。以常見的錨桿間距1 m為例，錨桿間巖體由平整狀態(tài)至下沉0.15 m過程中金屬網(wǎng)尚未有效承載，而噴膜已經(jīng)發(fā)揮抑制作用，表明噴膜承載及時。噴射混凝土與噴膜類似，也能在巖體變形初期發(fā)揮抑制作用，且脆性的混凝土噴層的承載性能明顯優(yōu)于噴膜?；谏鲜龇治觯瑖娔さ某休d及時性明顯優(yōu)于金屬網(wǎng)，次于噴射混凝土。

圖10 護表下沉0.15個單位時的狀態(tài)

4.2 承載能力

在二維空間內(nèi)對金屬網(wǎng)和噴膜的承載能力進行對比，如圖11所示。金屬網(wǎng)的絲徑取6 mm，網(wǎng)眼為邊長為100 mm的正方形，噴膜厚度取5 mm，金屬絲、噴膜的抗拉強度以235 MPa和3 MPa計算。在一個網(wǎng)眼內(nèi)焊接網(wǎng)和噴膜的拉伸承載的理論屈服值分別為6.64 kN和1.5 kN，金屬網(wǎng)的承載能力是噴膜的4.43倍，噴膜的承載能力明顯弱于金屬網(wǎng)。厚層噴射混凝土固化后能夠形成承載殼體結(jié)構(gòu)，這是柔性的噴膜所不具備的，因此噴膜的承載能力不及噴射混凝土。

圖11 網(wǎng)與噴涂柔膜承載能力示意

4.3 變形能力

混凝土噴層性脆變形能力差，隨巖體變形時容易發(fā)生破壞，如圖12a所示。網(wǎng)能夠隨擠出的巖體發(fā)生變形而不破壞，變形能力好，然而即使是小尺寸的巖體垮落也會導(dǎo)致錨桿間的全部網(wǎng)參與承載，如圖12b所示。噴膜覆蓋的巖體破碎擠出時，噴膜隨巖體協(xié)同變形的同時能夠抑制變形，如圖12c所示。在適應(yīng)巖體變形并保持承載方面，噴膜的性能優(yōu)于噴射混凝土和金屬網(wǎng)。

圖12 不同護表方式的承載和變形情況

4.4 與圍巖表面的貼合性

很多煤礦巷道為臨時性工程，開挖面可能存在明顯的超挖、欠挖，如圖13所示。錨桿之間的巖體表面有凹坑時，網(wǎng)難以良好貼合內(nèi)凹的表面。厚層噴射混凝土能夠填平內(nèi)凹部位形成平整的外表面，與圍巖表面的貼合性好。噴膜能夠在不平整的圍巖表面形成一層薄膜結(jié)構(gòu)，對圍巖表面的貼合性好，然而噴膜施工厚度小，無法像噴射混凝土一樣填平大尺寸的凹坑，難以滿足煤礦巷道質(zhì)量標準化要求。

圖13 不同護表方式對圍巖表面的貼合

4.5 施 工

煤礦井下噴射混凝土的施工厚度一般為數(shù)十毫米，甚至達150 mm，而噴膜的厚度僅為數(shù)毫米。單位面積上噴層厚度的降低，大幅減少施工量，施工效率得到極大提高。噴射混凝土勞動強度高，典型條件下所需的作業(yè)人數(shù)達7～8人，表現(xiàn)出粗放性特征；而噴膜作業(yè)最低僅需2人，勞動強度明顯降低。成膜厚度小意味著所需的物料運輸量小，輔助運輸壓力小。噴膜表現(xiàn)出明顯的集約化、精細化特征。在施工成本方面，噴膜明顯優(yōu)于噴射混凝土。

受到井下條件制約，濕式混凝土噴射仍然未能取代潮式，而潮式噴射作業(yè)的粉塵難以根除，影響安全。噴涂柔膜一般采用漿體噴涂，無粉塵產(chǎn)生，有利于勞動保護。因此，在施工環(huán)境保護方面噴膜具備明顯優(yōu)勢。

混凝土噴射和噴膜漿體噴涂作業(yè)時，噴槍能夠離開受噴巖體表面一定距離，機械化程度、安全性更高。網(wǎng)的施工工序復(fù)雜，在當(dāng)前工藝和技術(shù)條件下不易實現(xiàn)機械化，很大程度上依賴人工完成，效率較低；金屬網(wǎng)安裝作業(yè)時，施工人員要靠近未支護的巖面，安全性差。金屬網(wǎng)的上述弊端從一定程度上也阻礙了掘進自動化、智能化的發(fā)展。因此，在施工的機械化和安全性方面，噴膜和噴射混凝土優(yōu)于金屬網(wǎng)。

4.6 結(jié)構(gòu)性作用

厚層噴射混凝土所形成的殼結(jié)構(gòu)能夠?qū)鷰r起到結(jié)構(gòu)性作用。噴膜和金屬網(wǎng)為柔性材料，單獨使用時無法直接發(fā)揮結(jié)構(gòu)性作用。

4.7 密閉作用

噴射混凝土和噴膜能夠在巖體表面形成屏障，具有良好的密閉作用，而金屬網(wǎng)不能發(fā)揮巖體封閉作用。分別使用“優(yōu)、一般、差”評價上述性能指標，對噴涂柔膜、噴射混凝土和金屬網(wǎng)進行對比見表1。

表1 不同護表方式的性能對比

可見，噴膜在大部分指標中優(yōu)于噴射混凝土和網(wǎng)，尤其在施工(施工量、機械化程度、安全性)方面具有顯著的優(yōu)勢。噴膜的抗拉強度低于金屬網(wǎng)，施工厚度遠小于噴射混凝土，導(dǎo)致其承載能力處于明顯劣勢。

5 噴膜的適用性評價

5.1 應(yīng)用原則

煤礦巷道錨桿支護是一個動態(tài)發(fā)展的技術(shù)體系，噴膜在錨桿支護中的應(yīng)用并非為了取代已有的某項技術(shù)，而是給錨桿支護體系增加了一項新的手段。煤礦巷道條件復(fù)雜多樣，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場情況選擇某種護表方式，或采用多種方式的組合應(yīng)用，以達到所需的圍巖控制目標。煤礦現(xiàn)場對噴膜作為一種支護方式的主觀接受需要一個過程，噴膜在錨桿支護中的應(yīng)用應(yīng)該循序漸進：先在簡單的工程條件下試用，繼而進行總結(jié)、改進并擴展至其他條件。

5.2 潛在應(yīng)用

除施工工藝外，噴膜的主要優(yōu)勢在于具有一定的變形能力而不會發(fā)生脆性破壞，且能夠與圍巖良好黏結(jié)，這對于經(jīng)常會發(fā)生大變形的煤礦巷道圍巖控制是有利的。對噴膜在煤礦巷道錨桿支護中的初期應(yīng)用建議如下：

1)在特定的條件下取代厚層噴射混凝土。當(dāng)僅需要噴射混凝土實現(xiàn)對圍巖、金屬支護構(gòu)件的封閉而不要求其發(fā)揮結(jié)構(gòu)性作用時，或噴射混凝土所能發(fā)揮的結(jié)構(gòu)性作用客觀上非常微小時，可以充分發(fā)揮噴膜的高效、清潔等優(yōu)勢，替代噴射混凝土。

2)在特定條件下取代金屬網(wǎng)。當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件穩(wěn)定，巷道圍巖相對完整且變形較小時，可以用噴膜替代金屬網(wǎng)，此時依靠噴膜發(fā)揮密閉作用，在防止巖體發(fā)生風(fēng)化的同時還能控制小尺度巖塊的掉落，實現(xiàn)對圍巖破壞、變形的早期、及時干預(yù)。

5.3 施工的受限條件

受材料等方面的制約，在一些條件下噴膜材料的施工或預(yù)期支護性能難以保證因此無法應(yīng)用，如：

1)巷道圍巖已經(jīng)嚴重破碎時。噴膜的厚度很小，因此無法在有較大裂隙的巖石塊體間實現(xiàn)橋接，無法在巖體表面形成完整、連續(xù)的膜結(jié)構(gòu)。

2)巖體有淋水時。淋水會沖刷噴膜漿體導(dǎo)致其流失；當(dāng)采用反應(yīng)型噴膜材料時，水可能優(yōu)先與其中的特定組份發(fā)生反應(yīng)導(dǎo)致噴膜材料失效。

3)表面已經(jīng)弱化或有大量粉塵堆積的軟弱巖體。巖體表面由于吸濕出現(xiàn)弱化、崩解，或表面有大量粉塵堆積時，噴膜無法與巖石基體良好黏結(jié)，因此無法應(yīng)用。

6 結(jié) 論

1)典型的噴涂柔膜在拉伸測試中表現(xiàn)出及時承載、大變形特性，與巖石基體可良好地黏結(jié)，這對于及時發(fā)揮承載作用、適應(yīng)煤礦巖體的大變形特性是有利的。

2)塊體承載時，噴膜能夠在塊體移動初期快速建立強度，承載能力指標表明，噴膜具有良好的塊體承載潛力。

3)噴膜能夠及時承載，但是承載能力弱于噴射混凝土和網(wǎng)，且無法發(fā)揮結(jié)構(gòu)性作用；在施工方面明顯優(yōu)于現(xiàn)有的護表方式；與網(wǎng)相比，其優(yōu)越性還體現(xiàn)在能夠適應(yīng)煤礦巷道的不平整巖面。

4)噴膜在煤礦井下的應(yīng)用應(yīng)遵循循序漸進的原則，可以首先在不需要發(fā)揮結(jié)構(gòu)性作用時代替噴射混凝土，或者在地質(zhì)條件良好時部分取代網(wǎng)。此外，噴膜可以與現(xiàn)有護表方式組合使用。

致謝：本研究得到了巴斯夫浩珂礦業(yè)化學(xué)(中國)有限公司在測試材料方面的幫助，在此表示衷心的感謝。