湿喷技术在焦家式矿床破碎带岩石的锚固应用

尹春伟1 董金波2 邹军栋3

山东莱州焦家金矿 261441

摘要：焦家金矿为我国六十年代末七十年代初发现的新的金矿成矿类型，特命名为“焦家式金矿床”，即破碎带蚀变岩型金矿床，因此而驰名中外。

湿喷并不只是一种工艺的选择，也并不只是单纯追求粉尘和回弹的降低，而是以质量控制为核心的一种新的喷射混凝土技术体系。

湿喷技术与干喷技术相比最大的好处就是回弹率低可以对游离粉尘进行有效控制。

湿喷技术对焦家式矿床破碎带岩石的锚固宜使用细度模数大于2.5的中粗砂，砂率宜为60%左右，骨料最大粒径宜控制在10mm，应控制机制砂石料中石粉含量和针片状含量，宜应用减水剂以减少水泥用量。

关键词：焦家式金矿床；湿喷；锚固；应用

一、焦家式矿床简介

焦家金矿为我国六十年代末七十年代初发现的新的金矿成矿类型，特命名为“焦家式金矿床”，即破碎带蚀变岩型金矿床，因此而驰名中外。

矿区位于黄县弧形大断裂带东宋至朱桥地段，该段即称为焦家主断裂；以主断裂面为界，东侧为花岗岩，西侧为胶东群变质岩系，面积25km2，在该带内目前以探明的大、中型金矿床有焦家、新城、马塘、红布、东季等十几处。矿区断裂活动表现为多期次特征，并且在阶段性上与区域构造运动一致。岩体冷凝成岩后，断裂进入大规模活动阶段，形成了焦家主断裂带，呈压扭性。主要特征是塑性变形不明显，构造岩主要为碎粒岩、碎裂岩及断层角砾岩，局部见糜棱岩。

矿区由于承受多次构造运动，产生了多级次的断裂构造，在主裂面的下盘形成了大量的与主裂面近于平行或交角甚小的次级断裂面。两组次级断层相交处呈“X”形交叉弱面，弱面之间多有泥质夹层，弱面背后岩石往往呈高岭土化，结构松软，揭露后极易冒落，作业支护量特别大，而且支护困难，目前采用的支护方法主要有涨壳锚杆支护、管缝锚杆支护、U型支架支护、木支护等手段，以上锚固技术只能对节理发育大的岩石起作用，都不能从根本上解决岩石破碎的现状，如何解决破碎岩石的锚固保障作业人员人身安全，喷浆技术锚固是首选。

二、喷浆技术简介

喷浆技术分为：

干喷：水泥以游离态颗粒形式存在，在搅拌、运输、上料以及机旁（结合面、余气口）、喷嘴处产生大量粉尘；

湿喷：水泥在塑性混凝土中以浆体形式存在，整个工艺过程中除喷嘴处在水雾中有少量水泥颗粒外，基本无粉尘。

水泥粉尘中的SiO2对人体非常有害，长期吸入将容易使人患上严重的职业病--矽肺病。

三、湿喷在焦家式矿床的应用

焦家式破碎带矿区内主要为玲珑花岗岩，位于矿体下盘及深部，浅肉红色，中粒花岗结构，块状、片麻状构造。主要矿物成分有：斜长石（35～40%）、钾长石（25～35%）、石英（25～30%）、黑云母（5%）以及少量的榍石、锆石等副矿物。

焦家主断裂带宽50～400m，蚀变带产状与主裂面基本一致。主裂面下盘的黑云母混合花岗岩蚀变带最为发育，上盘蚀变带规模相对较小，厚度一般在十几米左右；下盘蚀变带沿走向及倾向均很发育，随深度增加而呈扇形张开，蚀变带厚度增大。与构造期次相对应，围岩蚀变也呈现多期迭加的特征，各种蚀变往往同时伴生，只是程度有强弱之分。主要蚀变有：钾长石化及红化、黄铁绢英岩化、绢云母化、硅化和碳酸盐化等，它们与金矿化密切相关，由于岩石结构特殊，浆料附着率低，造成干喷回弹率达到50%，对生产成本造成极大的浪费。

湿喷并不只是一种工艺的选择，也并不只是单纯追求粉尘和回弹的降低，而是以质量控制为核心的一种新的喷射混凝土技术体系。

湿喷技术与干喷技术相比最大的好处就是回弹率低可以对游离粉尘进行有效控制。

喷射混凝土质量控制指标应该包含：平均强度、匀质性（变异系数）、密实性、早期强度、黏结强度。影响喷射混凝土质量指标的因素除了与普通浇注混凝土相同的水灰比外，还有喷射混凝土的特有因素：速凝剂、喷嘴料流质量、射流密实过程。

喷浆技术锚固中水灰比是混凝土强度和耐久性的决定性因素，是混凝土配合比设计与试验最关键的参数。混凝土中除化学结合水和凝胶水外，其余水分在混凝土硬化后蒸发，在水泥石中形成毛细孔，因此水灰比决定了水泥石的孔隙率和孔的形状，水灰比越低，孔隙率就越低，混凝土渗透性就越低，混凝土耐久性就越好。

那么，焦家式破碎带喷射混凝土是如何控制这个最重要指标和参数？

干喷：喷射手通过人工控制一个阀门去适应一个变量（喷射管内混凝土物料流量不稳定）-使得水灰比处于不可控或粗约控制状态。

湿喷：通过设备对水量进行自动计量去适应定量（每盘搅拌量）-使得水灰比处于完全可控状态，可以建立质量保证体系。

速凝剂也是影响喷射混凝土性能的一个重要指标，影响喷射混凝土早期强度发展与后期强度水平，同时对回弹和喷层密实性产生重要影响。潮喷工艺对速凝剂掺量的控制同样是粗放的，基本是由人工凭经验在上料处通过抛撒控制，计量不准同时混合不匀。而湿喷可以通过计量泵对掺加比例进行准确控制并在喷嘴处通过高速射流均匀混合。

公式如下：

W/C=K/（10R/Rc+0.35K）

试验数据，C25喷射混凝土其抗渗标号可达S12以上，其容重比使用相同骨料的干喷工艺增加100Kg/m3以上，实际水灰比一般在0.35～0.5的范围内波动。经估算，相应强度波动可达15MPa以上，湿喷混凝土强度变异系数可控制在10%左右。

由于湿喷工艺能够对水灰比进行准确控制，因此强度变异系数小，喷层结构可靠性高。而干喷工艺据欧洲规范（EFNARC）7.3表述：对于干喷工艺难于预设水灰比。1.3.2.4喷射混凝土密实性及整体性控制

与普通浇注混凝土的振捣密实原理不同，喷射混凝土通过高速射流密实，其密实度与射流过程关系密切。混凝土密实性是耐久性和抗渗性的关键，高耐久混凝土必须首先具备高密实性。湿喷工艺从三个环节改善和提高了喷射混凝土的密实性：比干喷工艺更高的射流速度，塑性混凝土输送与喷射射流密实过程中水泥浆体对砂石料的包裹作用（水泥裹砂）改善了混凝土骨料与水泥浆的界面结构，充分与均匀的水化作用消除了喷层分层（由水灰比过大或过小造成）的风险。据中铁西南院

由于湿喷工艺喷射的是成品塑性混凝土，因此对焦家式破碎带岩石锚固有较强的实用性，根据岩石性能本着降本增效以人为本的安全理念，还可以在混凝土中掺加硅粉、粉煤灰、磨细矿碴等矿物外掺料，超细矿物粉通过微粒填充和火山灰活性反应大幅度改善了混凝土性能，特别是密实性，可以改善混凝土力学性能（主要是抗裂），同时还可以降低回弹，降低喷浆支护使用成本。

目前焦家金矿采用Putzmeister Sika—PM 4210喷浆泵送式台车进行高性能混凝土湿喷锚固，喷射流采用均匀稀薄流，管道内混凝土以颗粒态均匀悬浮在管道内，水泥浆体完全包裹砂石颗粒表面，没有团粒状混凝土，也没有单纯的水泥浆体存在。该方式不易堵管，喷嘴无脉冲，风量风压适中，喷嘴后座力小，喷层平整混凝土不离析，水泥浆完全包裹砂石，起到了水泥裹砂（石）作用，改善了水泥石与砂石的界面结构，喷层强度和密实性提高，匀质性好回彈小，水泥浆包裹骨料的黏结作用与速凝剂混合均匀喷嘴不跌浆，喷层不易剥落掉块。

试验表明：湿喷混凝土在焦家式破碎带岩石应用配合比应注意以下几点：宜使用细度模数大于2.5的中粗砂，砂率宜为60%左右，骨料最大粒径宜控制在10mm，应控制机制砂石料中石粉含量和针片状含量，宜应用减水剂以减少水泥用量。最适宜喷射混凝土坍落度，稀薄流：8～12cm，稠密流：12～18cm，同时要具有良好的粘聚性。喷射混凝土工作度不但影响湿喷机的工作效能，同时对喷射混凝土性能也有重要影响。

参考文献：

[1]罗朝廷.《 我国湿喷混凝土技术的发展》会议论文.中国土木工程学会及地下工程分会第十一届年会.2000年第11期。

[2]罗朝廷.《湿喷技术的应用前景》会议论文.2006年中国高速铁路隧道国际技术交流会.