薄喷封闭技术在西曲矿北三下组煤集中运料巷的应用

冯琦勇

（山西西山煤电股份有限公司西曲矿，山西 太原 030200）

矿井生产面临复杂的地质条件，需解决因采深、开采强度产生的高应力、采动影响、复合松软顶板、大断面巷道等条件带来的围岩控制关键问题。同时，因巷道裸露岩石、煤体风化及支护材料锈蚀等导致的巷道失修、局部垮冒现象时有发生，给矿井安全生产带来极大的隐患。薄喷封闭材料具有良好的成膜性、封闭阻隔性、延展性、渗透性、环保性、阻燃性，可通过喷射于煤岩体表面而被应用于煤矿巷道等地下工程中，作为表面封闭、加固，防风化、锈蚀及腐蚀使用。

1 喷射混凝土技术与薄喷技术对比

1.1 喷射混凝土技术目前存在的主要问题

（1）被动承载支护作用。混凝土喷射层固化后形成“壳体”结构，只有在围岩发生形变后，“壳体”才能够施加反作用力，支护作用有限，实际真正起到支护作用的是锚网、锚索、钢带、工字钢、U 型钢等其他联合支护方式。

（2）粘结作用不佳。射进围岩裂隙，粘结破碎岩（煤）块，增大残余破碎强度，实际上由于喷射骨料颗粒较大，难以进入5 mm 以下裂隙，粘结效果不佳，且粘结强度小。

（3）喷层无延展性，易变形开裂。混凝土喷层无变形延伸能力，巷道动压影响及缓慢变形时，容易引起喷层开裂、剥落形成新的安全隐患。

（4）粉尘大，回弹高，辅助运输量大，工人劳动强度大。喷射作业用人多，劳动强度大，粉尘严重超标，危害矿工身体健康，尤其是进风巷道作业，污染新鲜风流。

（5）封闭作用有限。喷射混凝土喷层固化后，含有导水、导气孔。导水孔使其不能对包裹的金属支护物进行有效防锈蚀封闭。导气孔的存在不能有效对空气中的氧气及带压有害气体（瓦斯）进行有效封闭，不能有效避免煤层氧化及有害气体扩散。

1.2 薄喷封闭技术的优势

（1）喷涂速度快。对巷道掘进作业影响小，可以节省巷道施工中喷浆作业所用工时。

（2）粘结力强。可以快速牢固粘结岩石、金属材质、塑料、木材等不同材料。

（3）密闭性好。能够有效隔水，防止瓦斯溢出，喷层有较好的柔韧性、抗弯折、成膜性，抗剪切强度高，喷涂施工时无粉尘，回弹率低。

（4）节能环保。材料为无毒无味纯粉末状，便于施工，物理凝固不发热、阻燃、抗静电，绿色施工，安全环保。

（5）移动方便。气动喷浆机体积小、重量轻，节省运输费用，并且占地面积小。

（6）安全可靠。气动喷浆机以气源为动力，无需电源，设备投资成本低，可节省费用，施工安全可靠。

2 薄喷技术应用

针对西曲矿北三下组煤集中运料巷4 段处于构造段，因长期未喷浆造成巷道煤体风化、支护材料锈蚀等问题，确定将北三下组煤集中运料巷4 段作为试验巷道。

2.1 地面薄喷试验

由于西曲矿首次使用薄喷封闭技术[1-5]，为了解其性能效果，2020 年3 月16 日下午首先在地面进行了初步试验，试验地点为地面西车场。试验过程如下：使用了一袋25 kg 薄喷料对坝墙进行了喷浆，喷浆面积约15 m2，厚度约1～2 mm，1 h 后喷浆料表面结胶。3 月17 日下午对薄喷效果进行复查，喷浆料已彻底凝固，粘结效果良好。

2.2 井下薄喷试验

经过地面试验后，于2020 年4 月1 日—20 日在西曲矿井下北三下组煤集中运料巷4 段进行工业性试验。试验过程如下：对巷帮进行了初次喷浆，试验巷道为9 号煤架棚巷道，现场使用3 袋15 kg薄喷料，巷帮喷浆面积约38 m2，从设备到位开始计算共用时75 min，喷浆90 min 后浆料无表干。后期先后对初喷段两帮进行了1 次复喷，其中对勾木后方垮落处等进行了2 次复喷。对煤岩体、勾木、棚子等的封闭达到了预期效果。

3 试验效果分析

3.1 现场试验效果

根据前期试验效果分析，薄喷封闭技术相对传统混凝土喷浆具有明显优势，遂在全矿范围内进行推广使用。先后在北三回风巷喷浆545 m，南四泄水巷集控硐室附近喷浆密闭1 道，共用870 kg 喷浆料喷了约200 m2面积，使用效果良好，无漏风、滚帮、漏渣等情况。现场应用当中，相较于喷射混凝土技术，薄喷封闭技术具有显著优势：（1）喷浆机体积小、重量轻，只需1 人就可长距离拉动，不需要轨道；（2）气动喷浆机以气源为动力，无需电源；（3）粘结力强，能够快速牢固粘结巷帮的岩石、煤体、板梁和棚子；（4）喷浆施工时基本无粉尘，回弹率极小。

3.2 经济效益分析

（1）薄喷封闭技术

根据现场试验情况，共用870 kg 喷浆料喷了约200 m2面积，每平方米用量按4.5 kg 计算，浆料成本约26 元/kg，每平方米所需喷料费用为117 元；每小班3 人约可喷涂150 m2，按初喷1 次，复喷2次计算，工人工资按每班300 元/人计算，喷涂每平方米所需人工费用为18 元/m2。合计总费用为135 元/m2。

（2）传统混凝土喷浆

按每平方米用水泥100 kg，单价0.43 元/kg，合计43 元/m2；每平方米用沙料0.43 m3，单价110元/m3，合计47.3 元/m2；每平方米使用速凝剂14.3 kg，单价0.95 元/kg，合计13.6 元/m2。总计材料成本103.9 元/m2。每小班8 人约可喷涂28 m2，工人工资按每班300 元/人计算，喷涂每平方米所需人工费用为85.7 元/m2。合计总费用为189.6 元/m2。

通过以上对比可知：ZMKJ 薄喷料的材料成本比传统混凝土喷浆略高，但加上人工成本费后要比传统混凝土喷浆低54.6 元/m2。预计在2020 年通过全矿范围的使用，全年共计可节省成本约52 万元。

4 结语

相较于以往的喷射混凝土技术，通过薄喷封闭技术在西曲矿北三下组煤集中运料巷的应用试验，实现了用人少、劳动强度低、回弹率低、粉尘少、喷浆速度快、不用电源、经济实用、封闭效果好等诸多经济技术效果，可推广应用到其他类似条件的矿井当中。