泡沫喷浆材料 高性能微薄喷浆材料

1喷浆技术现状随着我国煤炭产业的结构性调整，大型矿井越来越多，规模不断的扩大，采煤的速度越来越快，但掘进速度却没有明显的提高。采掘失衡已经成为制约煤炭高产高效的主要因素。巷道支护材料的发展从木棚、工字钢棚架棚等，发展到混凝土喷浆、锚杆、锚索、铁丝网、钢筋网、W钢带等支护材料，由于两帮工程量大，挂网、打眼、锚固、喷浆等工序较多。同时，喷浆工序不能与掘进、支护等工艺平行作业，传统喷浆工艺运输量大、劳动强度高、粉尘大、污染巷道不环保的缺点，成为制约快速掘进的主要因素。目前国内煤矿使用喷射混凝土的材料基本以水泥、砂石、粉煤灰及速凝剂等按一定比例拌合而成，用干式喷浆机喷射施工。随着煤矿开采水平的提高，干喷技术存在的问题主要体现在以下几点：（1）喷射混凝土添加速凝剂使得混凝土强度损失较大，抗折强度较低，喷涂层开裂，随着井下压力越来越大，在动压（或冲击压力）的作用下，缺乏较高抗折性的喷涂层经常出现龟裂、爆裂或整块脱落的现象（在采动压力影响较大的区域喷涂层混凝土的开裂度高达50％），严重影响了支护效果，甚至造成人员伤亡和设施损毁的重大事故。（2）喷涂层脱层，井巷喷浆界面组成成份复杂，喷浆料与喷涂界面的粘附性参差不齐，加上现有喷涂混凝土弹性模量低，容易与喷涂界面分离、脱层，直接影响支护效果。

（3）质量控制难，受井下作业环境和操作人员素质的限制，对现有喷浆料的配比及混合工艺无法实施有效控制，喷涂层质量难以保证。（4）回弹率高，干喷施工，物料与水在喷出口处汇合，未经过拌合工艺，水泥的粘结作用不能充分发挥，直接导致喷射回弹率居高不下，人力、物力浪费严重。（5）致密性差，现有喷浆料本身的致密性和防渗性较差，目前的工艺只能用加厚喷涂层的办法防渗，大幅度增加了巷道支护成本。而现有喷浆料喷涂的厚度越厚，脆性也越大，就越容易开裂，甚至脱落。（6）粉尘大，传统干（潮）喷施工作业粉尘较大（粉尘浓度在50～80mg∕m3），水泥粉尘是一种吸水性很强的物质，吸入肺部后不易分解、代谢，是矿工得肺矽病的主要原因。2高强韧性薄层喷涂封闭加固材料及系统性工艺技术介绍2.1高强韧性薄喷材料针对传统混凝土喷浆材料及工艺的缺点（应力集中、粘结作用不佳、脆性大易开裂、剥落、粉尘污染大、喷射回弹高、劳动强度大等），基于国家安全监督管理总局、国家煤矿安全监察局发布关于禁止井工煤矿使用的设备及工艺目录（第三批）中，已明确将干式混凝土喷射机列为淘汰产品的要求。本产品结合了钢纤维的抗拉特点和聚合物的高韧性及密实性能，同时考虑到快速支护防护的需要，利用特种水泥添加纳米级微粉等外加剂，实现了新型高密实度、高抗折性、高抗压强度、强度快速增长型特点。高强韧性薄层喷涂封闭加固材料，主材配料表及力学性能如下表。

表1高强韧性薄喷材料主材配料表二氧化硅特种水泥纳米级微粉外加剂等30@0%表2高强韧性薄喷材料力学性能表（标准试块）产品特性单位性能指标强度MPa28d抗压60、抗折≥15初凝时间min30~60（可根据需要情况调节）回弹率%≤1%（基本无）流挂性不流淌水灰比0.2∶1密度Kg/m32100（每方重量2.1T）每平米使用量Kg/m221（涂层厚度10mm）31.5（涂层厚度15mm）42（涂层厚度20mm）阻燃抗静电纯无机材料，绝对阻燃符合标准MT113-1995图1阻燃实验图2材料样块钻孔试验图3材料样块冲击试验图4材料样块抗折实验

2.2性能优势支护性能：快速喷涂快速硬化、与围岩高粘结性、较高的抗压强度和抗折强度；可进行围岩的封闭，也可在其上进行锚固；封闭性能：高密实度有效隔绝了巷道内有毒有害气体、水分；防止锚杆、锚索、钢带、托盘等各种金属支护材料锈蚀；防护性能：防止裸露巷道表面煤岩体，在水和有毒有害气体的作用下风化进而影响深部煤岩体；防止易自燃煤层的发火问题；粘粘性能：喷层与煤岩体、金属网、锚杆、托盘及锚索头粘附力强，永久性粘结、不脱落；更好的支护协同作用；操作性能：系统施工工艺快捷高效，材料可实现干料混合加工好，形成一种干粉砂浆袋包装，使用时与水按比例直接混合搅拌使用。劳动强度低（每班3人）、无污染（无毒无味）、无回弹和环境友好性。2.3现场施工操作工艺现场施工工艺流程图如下所示：设备准备打水试泵混料打底或喷涂打料清洗设备整理记录详细操作工艺，以作业规程及安全技术措施为准。3喷涂试验方案3.1喷涂试验地点在指定的巷道进行作业，根据现场情况，在表面平整度差的地方，首先采用打底材料进行平整处理。其后，采用高强薄喷对煤岩体表面进行封闭防护，在平整度好的地方，直接采用高强薄喷进行表面防护。3.2喷涂材料使用量高强薄喷材料使用量，按断面13m2计算，如下：（1）厚度10mm，每平米使用21kg，1t可喷涂3.66延米；（2）厚度20mm，每平米使用42kg，1t可喷涂1.83延米；打底材料厚度每10mm，每平米使用12kg。3.3喷涂效果检测喷涂新掘巷道时，涂层密实连续，不可断喷、漏底。在金属支护材料（锚杆、锚索、锚网、钢带、托盘等）突出位置，需用喷涂材料将其喷盖密实，达到防护封闭的要求。（1）采用肉眼观察，观察喷涂后涂层效果，涂层有无破裂、脱落现象。（2）采用选择定点圈记，采用钢针穿刺的方式进行检测。检测后，及时采用喷涂材料进行封堵针眼。（3）在高强材料厚度20mm的实喷现场，按凝固时间分次取样，进行第三方抗腐蚀、抗压抗折检验。（4）延长巷道修复周期。对已出现腐蚀、风化的金属支护材料和煤岩体，腐蚀过程不可逆，使用高强喷涂后仅起到减缓腐蚀、风化作用。