任宝勤

（山西晋煤太钢能源有限责任公司，山西 吕梁 033000）

喷浆是一种防止围岩风化、隔绝瓦斯有效手段，以往多采用混凝土喷浆方式，主要原材料为沙子、水泥，喷浆厚度50～200 mm，材料消耗多、运输工程量大、回弹率高、作业环境差，尤其是刚性喷浆层后期容易开裂[1-3]。计划在山西晋煤太钢能源有限责任公司中部集中辅助运输大巷开展柔性薄喷试验，目的是解决开裂问题、降低劳动强度、改善作业环境。

1 工程背景

山西晋煤太钢能源有限责任公司中部集中辅助运输大巷目前正在掘进当中，北、东、南侧均为实体煤岩层，西侧为一采区中部集中辅助运输大巷。巷道施工总长度为3193 m，分为三个阶段掘进。第一阶段和第三阶段为岩巷，总长910 m；中间第二阶段为煤巷，长度2283 m。

（1）断面

采用两种断面，岩巷采用1-1 断面，煤巷采用2-2断面。1-1 断面：拱形巷道，掘进宽度为5.9 m，高度为4.95 m，拱高为2.95 m，墙高为2 m，掘进断面积25.47 m2；2-2 断面：矩形巷道，掘进宽度5.9 m，掘进高度4.65 m，掘进断面积27.44 m2。

（2）围岩性质

直接顶为砂质泥岩，厚度为5.44 m，深灰色，水平层理，节理发育，局部岩芯破碎，底部含黄铁矿。煤巷层位在4+5 号煤层中，煤层平均厚度为4.5 m，结构较简单，夹矸多为泥岩。顶板和煤帮结构疏松，强度较低。

（3）瓦斯

根据《山西晋煤太钢能源有限责任公司三交一号井田先期开采地段勘探地质报告》，4#和5#煤层瓦斯相对涌出量为4.94 m³/t，为高瓦斯矿井。

（4）煤尘

4#煤层火焰长度为大于280 mm，抑制煤尘爆炸最低岩粉用量65%；5#煤层火焰长度为大于400 mm，抑制煤尘爆炸最低岩粉用量60%～130%。煤尘均有爆炸性。

（5）自燃等级

4#煤层自燃等级为Ⅱ类自燃，自燃倾向性为自燃煤层；5#煤层自燃等级为Ⅱ类自燃，自燃倾向性为自燃煤层。

综合分析，中部集中辅助运输大巷顶板和煤帮结构疏松，强度较低，瓦斯含量高，煤尘具备爆炸性，煤层Ⅱ类自燃，必须对围岩采取喷浆封闭措施，提高围岩强度，有效隔绝空气和瓦斯，保障巷道长期安全使用。

2 柔性薄喷材料

2.1 性能介绍

柔性薄喷材料为近两年来逐渐应用于井下的一种喷涂材料，分为A 型和B 型，A 型为粉料，25千克/袋，B 型为桶装乳液，50 千克/桶，二者按照质量比1:1 配合使用。其主要性能如下：

（1）混合后为粘稠状浆体，通过专用设备均匀喷涂在围岩上，具备良好的挂壁性能，基本无回弹，无浪费。

（2）喷涂厚度仅需3～5 mm，每吨材料实际上可喷涂200 m2，而每吨混凝土最多可喷10 m2，极大节约了材料使用量和运输量。

（3）约12 h 完全固化，固化后紧密附着在围岩上，喷涂层具有良好的柔韧性，遇巷道围岩变形不开裂。

（4）成型后，具备0.5～2 MPa 粘结强度，4.5 MPa 抗拉强度。

（5）反应温度低。为有机无机复合材料，不产生高温反应，最高反应温度40 ℃，无有毒有害气体挥发。

（6）绝对阻燃、抗静电。

2.2 与混凝土对比

（1）性能对比

柔性薄喷材料无论从材料性能、施工难易程度、施工作业环境、材料消耗及运输方面，均具备较大优势。

但由于喷涂厚度较薄，对于支护良好、变形量不大的围岩防护效果较好，对于鼓出量特别大的巷道并不适用，而混凝土适应性更强。本次巷道埋深不大，巷道变形较小，柔性薄喷材料更为适用。

（2）成本对比

以2000 m2围岩喷涂为例，柔性薄喷厚度为5 mm，混凝土喷涂厚度100 mm，综合考虑材料成本、运输成本、施工成本进行对比。

柔性薄喷：材料吨成本14 000 元，按照5 mm喷涂厚度，每吨材料约可喷涂200 m2，共计需要10 t 材料，成本140 000 元；3 人施工，每天可喷涂1000 m2，每人每天300 元计，施工成本约1800 元；运输成本约1000 元；合计142 800 元。

混凝土喷浆：厚度100 mm，每1 m2用料0.1 m3，考虑回弹率25%，共计需要250 m3混凝土，井下制备混凝土材料成本按照700 元/ 立方米计算，材料成本175 000 元；4 人施工，每天可施工20 m3，每人每天300 元计，施工成本约15 000 元；运输成本约25 000 元；合计215 000 元。

对比可知，柔性薄喷虽然材料单价较高，但消耗量少，施工成本低，整体具备较大的成本优势。

3 柔性薄喷设备及实施工艺

3.1 喷涂设备

采用全风动喷涂设备，由搅拌系统、排浆系统组成。开启搅拌系统气动马达，材料通过搅拌系统搅拌均匀后，开启排浆系统气动马达，浆液从搅拌桶下料孔进入排浆系统，通过螺杆挤压产生输出压力，通过管路输送至指定位置。搅拌系统和排浆系统气动马达通过减速机和进气阀门开关控制转速。

喷涂设备上有出浆口，通过出料管，连接喷浆枪头进料口，另外专门接一趟压风连接在喷浆枪头进气口。料浆进入喷浆枪头后，压风将浆体喷出雾化，均匀地喷涂在围岩上。

3.2 二次喷涂实施工艺

柔性薄喷材料较为粘稠，要同时保障可输送和挂壁性能。

喷浆时，为防止浆料四处流淌，采用二次喷涂工艺。第一次喷涂厚度2～3 mm，等待大约2 h，表面表干后可进行二次喷涂，第二次喷涂厚度2～3 mm，最终喷涂厚度5 mm 左右，自然条件养护。

二次喷涂工艺也有利于覆盖第一次喷涂因围岩表面不平整产生的裂隙，加强封闭效果。

现场要求风压不得低于0.3 MPa，否则无法满足设备启动运转和压风雾化要求，喷枪口距离围岩0.5 m 左右喷涂效果最佳。设备使用完毕后，采用清水彻底清洗设备和喷浆枪头，防止凝固堵塞。

4 实施效果考察

4.1 实施情况

在中部集中辅助运输大巷2283 m 煤巷区域开展柔性薄喷工业性试验，目前已经实施1000 m 长度，喷涂位置为顶板、两帮，总计喷涂面积15 200 m2，消耗柔性薄喷材料75 t，每天实施6 t，工期约13 d，而采用混凝土喷浆至少需要1520 m3，76 d 工期。薄喷实施后，12 h 左右完全固化成型，柔韧性良好，未出现开裂现象。

4.2 效果考察

在柔性薄喷过后，开展长期跟踪效果观测。观测发现，巷道掘进后7 d 左右变形稳定，两帮累计移近量约60 mm，顶板下沉量约30 mm，监测巷帮瓦斯浓度长期在0.02%以下，未出现煤体瓦斯泄漏超限情况。

5 结论

（1）中部集中辅助运输大巷顶板和煤帮结构疏松，强度较低，瓦斯含量高，煤尘具备爆炸性，煤层Ⅱ类自燃，必须对围岩采取喷浆封闭措施，提高围岩强度，有效隔绝空气和瓦斯，保障巷道长期安全使用。

（2）柔性薄喷材料喷涂厚度仅3～5 mm，每吨材料实际上可喷涂200 m2，材料消耗少，喷涂层具有良好的柔韧性，不开裂，与混凝土喷浆相比，在技术上和成本上均具备较大的优势。

（3）在中部集中辅助运输大巷开展1000 m 工业性试验，采用二次喷涂工艺，实施速度快，成型良好，有效控制了巷道变形和煤体瓦斯泄漏。