薄喷技术在锚喷网支护中的应用

薄喷技术在锚喷网支护中的应用

0总结目前，道路安全面临着新的挑战。在这种情况下，我们必须解决所有困难的问题，并在条件下控制围岩控制技术。1预应力锚杆选型根据著名的Kastner公式,锚杆支护实质是锚杆和锚固区域岩体相互作用组成锚固体,形成统一承载结构,从而提高锚固体力学参数,改善其力学性能,改变围岩应力状态,达到减小巷道周围破碎区、塑性区范围及表面位移的效果基于弹性及断裂力学理论,喷射混凝土仅对围岩中临空不连续面具有抑制作用金属锚网的安装劳动强度大、耗时多,易伤害人员与锈蚀失效。有研究表明,许多情况下具备取消喷射混凝土的条件式中:M为梁承受的弯矩;Y为梁表面到中性层距离;Jz为矩形梁惯性矩;h为矩形梁高度;b为矩形梁宽度。式(1)、(2)说明,锚杆增长即可认为是锚岩梁增高,从而增加截面惯性矩,显著提高锚岩梁支撑力,弥补喷射混凝土的承载力。另一方面,运用预应力锚杆对岩体的挤压和锁紧作用,使其许用应力[σ式中:μ为材料泊松比;E为材料弹性模量。所以,增加预应力可提高锚岩梁的许用应力,从而提高锚岩梁的抗弯曲和剪切能力,并利于承受冲击荷载。因此,采用薄喷支护方式替代原有喷、网而发挥支护作用,对传统支护结构的简化与创新将是革命性的。2薄喷技术理论2.1统一承载拱承载壳:表现为应力控制模式下承受纵横压力的“承载(拱)”以及结构控制模式下与锚杆共同作用时,对松散块体的“承载篮”作用粘附:含薄层与岩面间的粘结作用和渗入围岩裂隙中的胶结作用。前者保证应力作用下两者位移同步;后者提高节理内聚力,形成统一承载拱。楔子:TSL渗入裂隙如楔子挤占其剪涨空间而保持稳定。2.2lmaz试样的等温lmazTSL优越的抗拉强度、粘附强度(1)抗拉强度。H.Yilmaz由图2可见:抗拉强度由0.5MPa至7.8MPa不等,但喷射混凝土试样的抗拉强度处于最低端,约为0.5MPa。(2)附着性能。韩国大邱大学的M.Son2.3钢锚网、tsl模型澳大利亚伍伦贡大学ShanZ等由图3(a)分析可知,变形量大于40mm后,TSL样本的抗变形能力更强;钢锚网、TSL样本在80mm变形量时负荷分别为160、450kN;由图3(b)分析可知,TSL对限制岩面上发展中的裂隙比焊接钢锚网效果好。美国犹他州盐湖城建筑公司L.Lacerda等由图4可知,挂网后岩层需移动50mm以上,锚网才会起承载作用并拉伸;喷射薄层后,瞬间承载力可达数百甚至数千公斤。3薄喷防风化技术我国于2009年开始煤矿的TSL技术研究。目前,已取得防风化、锈蚀及封堵避难硐室瓦斯2方面的薄喷技术成果。同时,在深井隔热、取代锚网等方面的研究亦取得了进展。3.1非反应型研磨材料的开发3.1.1薄喷材料基础配方确定技术先进的德、美、澳、加、南非等国的薄喷产品,可分为反应型和非反应型2类。反应型主要为聚氨酯/聚脲双组份体系确定以单组份非反应型为薄喷材料设计原则,以保持较好的水化成膜性、抗拉强度与粘附强度,同时满足施工简单、安全环保、经济等要求。基于此,通过基础乳液优化,提高了固化、强度、耐水、抗粉化、抗收缩、消泡致密等性能,促进分散保证混匀度,确定了煤矿用薄喷材料定型配方,试产的样品如表1、表2所示。由表2可知,南京所研制的TSL材料抗拉强度已处于国际市场产品的抗拉强度中等及最强区域。3.1.2非反应薄喷材料的多功能研究TSL材料因其改性的灵活性可满足多种工程要求。目前分别在瓦斯密封、替代锚网、深井隔热等方面进行研究以增强其功能。3.1.2.密封性能增强为治理一些高瓦斯矿井设置的避难硐室瓦斯渗漏和积聚问题,研制了密封性能增强的TSL材料。TSL材料是一种高分子物质,其分子链间结合并不紧密,使其易被其他物质扩散渗透。其阻隔性能与其链、相结构和结晶度及链取向及堆砌状态有关。为此,选取含有极性和交联程度较高的乳液作为成膜剂,附加共混、复合、双向拉伸、添加、表面处理和饱和处理等阻透措施,并对其微结构予以改进,提高其气体阻隔性。研制了密封性能增强的TSL材料。测试表明,在一定气体压力下,该材料具备了气体密封性能,如表2所示。3.1.2.正交试验确定材料配方为构建高强、高效、安全、洁净支护新系统,取代锚网的速喷薄衬技术具有更强的生命力。目前,采用摩尔-库伦模型数值模拟,进行了巷道衬砌支护数值模拟研究,以便确定无网支护的边界条件。同时,采用纤维强化和乳液复配优化提高材料强度:形成互穿结构,增加弹韧性,优化材料微观结构。以聚灰比、水灰比、砂率和助剂为关键因素进行正交试验确定基本配方。速喷薄衬样品与A&B胶乳嵌段聚合物与标准图谱比较如图5所示,说明已具备相当的一致性。据此研制的样品成膜效果较好,强度高于纯胶乳膜,且仍保持了较好的弹性。采用TSL与高效隔热助剂(纳米保温助剂)复配,进行隔热型TSL材料的探索试验,并进行传热性能的测试,取得了初步成果。3.2研制工艺及设备(1)PF1L型薄喷机研制。根据薄喷粉体物料加工、输送特点,以及煤矿井下喷射作业要求,确定采用粉体薄喷的专用喷涂装备研制原则为:降低能力;摈弃转子结构;全密闭结构型式;输料、混料、送料压力平衡;水灰比准确、混合均匀等。据此进行了结构设计与研制,如图6、表3、4所示。(2)WFP400型粉体喷射机研制。为进一步简化操作、轻量机型,近期又推出第二代薄喷机WFP400型粉体喷射机。该机采用负压喂料方式,开放式料仓,依靠螺旋进料和负压效应配料,粉料与压风充分混合后,以稀薄流状态经管道输送至喷头处再配水成浆后喷出。不仅机型轻,而且可连续施工,粉料输送距离远大于混凝土喷浆设备,如图7、表5所示。为满足煤矿井下空间特别狭窄区域使用,以及方便修补,可选配小型湿喷机。3.3薄喷技术在中国煤矿开采中的应用3.3.1薄喷试验效果分析2011年12月,在开滦矿区东欢坨矿开拓二区南一采区回风大巷、-690水平的机掘巷道进行防风化锈蚀薄喷技术成果现场试验。(1)支护设计如图8所示。半圆拱断面,净断面规格5.0m×3.5m;巷道涌水量0.25～0.34m(2)薄喷试验效果分析。试验巷道长30m。与喷射混凝土相比,可减少10倍材料运输量,减去拌料工序,提高3～5倍喷速,用工3人。喷厚5mm,喷速2m3.3.2薄喷封闭治理重、难点2016年5—7月,采用薄喷技术对王坡煤矿3316运输顺槽1(1)掘进时瓦斯绝对涌出量(单巷)。CH(2)1硐室瓦斯浓度上限0.8%,采用“光干涉型甲烷测定器”测瓦斯浓度,停风15min即超标。(3)薄喷封堵瓦斯施工及效果。①障碍物与壁面清理、清扫;②用工3人;③薄喷机在耙斗装岩机后下道靠近巷道边帮,不影响出矸及其他工序作业;④施工中喷浆与堵漏点结合,喷涂4层。在停风情况下,封堵后的避难硐室瓦斯体积分数可由原先增速2.8%/h降至0.1%/h～0.5%/h。可在近1个班时间内维持瓦斯体积分数不超标,封闭效果显著,如图10所示。4护坡技术薄喷技术的研发,除增加一项锚喷支护类型的选项,为岩、煤巷防止风化锈蚀提供了一项快速、可靠、安全