新型薄喷技术在切顶留巷中的应用

毛晓龙

（陕煤韩城矿业公司象山矿井，陕西 韩城 715400）

象山矿井在3 号煤开采中研究实施了切顶卸压沿空留巷技术，实现无煤柱开采，并采用Y 型通风的方式治理瓦斯。由于采空区侧巷帮是由顶板垮落的岩石堆积而成，不可避免地造成采空区内瓦斯逸出，容易造成回风巷内瓦斯超限，给工作面瓦斯防治带来困难[1-3]。为防止采空区瓦斯逸出，需对采空区侧巷帮进行喷涂封闭。传统的喷射混凝土在工作面来压后易开裂，且施工工艺复杂，劳动强度高，产生大量粉尘，不太适用于切顶留巷采空区侧封闭。新型薄喷技术是采空区侧巷道封闭、防止瓦斯逸出的一种有效手段。

1 新型薄喷技术原理及优势

1.1 新型薄喷技术原理

新型薄喷技术原理是通过专用风动喷涂设备，将喷涂粉料和乳液搅拌均匀后喷出，在巷道表面形成一种高韧性、适应大变形、不透风的非反应型薄膜，紧紧贴附在巷道煤岩体和支护结构表面，从而隔绝巷道内潮湿空气和水分，防止煤岩体的瓦斯逸出。新型薄喷技术可以快速封闭巷道，防止围岩风化和支护结构的氧化，阻止煤岩体的瓦斯逸出，延长巷道使用寿命，保证矿井安全生产。

1.2 技术优势

与传统的喷射混凝土相比，新型薄喷技术具有以下优势。

（1）材料运量少

新型薄喷技术涂层厚度一般为3～10 mm，材料用量为喷射混凝的1/10，大大降低了矿井运输工作量。

（2）工艺简单、劳动强度低

喷射混凝土需要现场将水泥、砂子搅拌均匀后再添加到喷射机中，工人劳动强度大，现场需要5～6 人才能正常施工。新型薄喷技术采用风动喷涂机施工，只需将喷涂材料加入到喷涂机搅拌桶内即可，劳动强度低，现场有3 人即可进行喷涂施工。

（3）作业环境好、粉尘少

喷射混凝土一般采用干喷工艺，工作地点粉尘浓度大，施工环境恶劣。新型薄喷技术采用湿喷工艺，喷涂粉料和乳液混合后喷涂，现场无粉尘，作业环境好。

（4）施工速度快

新型薄喷技术涂层薄（3～10 mm），施工工艺简单，施工速度是普通喷射混凝土施工速度的5 倍以上。

2 施工方案及工艺流程

2.1 技术方案

象山矿井312 切顶留巷工作面煤层厚度3 m，尾巷采空区侧采用金属网和单体液压支柱挡矸。喷涂涂层厚度为3～8 mm，喷涂范围：尾巷采空区侧巷帮和邻近顶板500 mm。321 切顶留巷工作面尾巷喷涂范围如图1。

喷涂材料选用陕西煤业化工技术研究院有限责任公司研发生产的SCPPT-2 型复合喷涂材料。该材料由乳液和粉体两种组分组成，使用时按照5:3～1:1比例混合，形成的喷涂层抗拉强度在3 MPa 以上，拉伸变形大于30%，具有硬化时间快、阻燃抗静电等优点。SCPPT-2 型复合喷涂材料性能指标见表1。

图1 321 尾巷喷涂范围

表1 SCPPT-2 型复合喷涂材料性能指标

2.2 施工工艺流程

新型薄喷技术施工工艺流程图如图2。

（1）施工准备。连接风、水管路；风动喷浆泵、薄喷材料运输到施工地点；包裹施工地点附近电缆、管路、设备等。

（2）打水试泵。在风动喷浆机料斗内加入清水，开风打水试泵，观察喷浆机运行状态，调整喷枪出风口距离，达到最好的雾化效果，以喷枪喷出均匀的水雾为最优。

（3）料浆制备。打开喷浆机料斗内搅拌开关，先倒入乳液，再缓慢加入粉体，搅拌1 min 后开始喷涂。乳液和粉体按照质量比5:3～1:1 的比例添加。添加时，要防止将异物加入到搅拌料斗内。

（4）开泵喷涂。在巷道顶板和两帮用铁丝挂好喷厚标志线，打开喷涂泵开始喷涂，喷枪头与受喷面应尽量保持垂直。喷枪头与受喷面的垂直距离以0.8～1.0 m 为宜。在喷涂过程中，禁止将喷枪朝向任何人员。

（5）清洗设备

喷涂完成后，打水清洗喷浆泵及喷浆管路，将残存浆液清洗干净，防止残存浆液堵塞注浆泵及管路。

（6）整理记录

将施工地点、施工时间、喷涂厚度、材料用量、施工人员等进行记录并备案。整理施工材料、设备、管路等，做到文明施工。

图2 新型薄喷技术施工工艺流程图

3 新型薄喷材料施工效果

为了验证新型薄喷材料喷涂涂层防瓦斯逸出效果，对切顶留巷内瓦斯浓度进行了观测。

3.1 测点布置

本次瓦斯观测测点布置在留巷采空区侧顶板附近，共布置11 个测点，其中1 测点为采煤工作面支架后端，1、2、3、4 四个测点间距为25 m，5、6、7、8、9、10、11 测点间距为5 m。测点布置如图3。

图3 瓦斯观测测点布置图

3.2 喷涂前瓦斯浓度

喷涂施工前采用瓦检仪对巷道内瓦斯浓度进行观测，各测点瓦斯浓度见表2。

表2 喷涂前各测点瓦斯浓度

由表2 可以看出，1～7 号测点瓦斯浓度很低，从8 号测点开始瓦斯浓度增高。瓦斯增高原因是8～11 号测点为老切眼附近30 m 范围，该范围内巷帮顶板岩石垮落不实，上部存在较大的缝隙空洞，瓦斯涌出通道较多，瓦斯浓度较大。

3.3 喷涂后瓦斯浓度

新型薄喷材料施工后，各测点的瓦斯浓度见表3。

表3 喷涂后各测点的瓦斯浓度

新型薄喷材料施工前后巷道瓦斯浓度对比图如图4。

从图4 中可以看出，新型薄喷材料施工后各个位置的瓦斯浓度均出现不同程度的下降，其中8号点从治理前的2.21%下降到治理后的1.62%，降幅26.7%，8、9、10、11 号测点平均瓦斯浓度降低0.52%，说明新型薄喷材料对于防止瓦斯逸出具有较好的效果。

图4 施工前后巷道瓦斯浓度对比图

4 结论

（1）新型薄喷材料施工工艺简单，劳动强度低，材料运输量小，施工粉尘少，巷道防漏风、防围岩风化、防瓦斯逸出效果好。

（2）新型薄喷材料抗拉变形大（≥30%）、韧性好、粘结性好，可以适应巷道变形而不开裂。

（3）在切顶留巷的尾巷施工后，形成了一种防漏风的喷涂涂层，尾巷内瓦斯浓度最高降低了26.7%，对于防止瓦斯逸出具有较好的效果。