CN108825301A - 一种用于煤矿井下的堆喷混凝土快速筑墙方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于煤矿井下的堆喷混凝土快速筑墙方法，属于煤矿井下构筑混凝土墙体和喷射混凝土技术领域，可解决现有煤矿井下构筑混凝土墙的方法速度慢、最终强度达不到设计要求、形不成对顶板的有效支撑以及适用范围小的问题，将砂石料、水泥、JCT‑1喷射混凝土外加剂和速凝剂在潮湿状态下按一定比例拌和均匀后装入喷射机，用压缩空气将潮湿混合料沿管路输送至喷头处与水混合并高速喷射构筑墙体的一种新型的用于煤矿井下的快速构筑混凝土墙方法。本发明的方法墙体易成形，初凝时间短，堆喷成形即具有较高的初期强度，不会滑移和坠落变形，墙体厚度不受限制。
Description
技术领域
本发明属于煤矿井下构筑混凝土墙体和喷射混凝土技术领域，具体涉及一种用于煤矿井下的堆喷混凝土快速筑墙方法。
背景技术
混凝土因具有强度高、整体性及耐久性好等优点而成为最主要的土木工程材料之一，混凝土墙一般由支模浇筑而成，具体工艺是用水泥作胶凝材料、砂石作骨料与水按一定比例混合（可含外加剂和掺合料），经搅拌而成的混凝土被浇筑在支设好的定型模板内，密实成形，养护硬化后拆卸模板。定型模板对混凝土墙的结构尺寸和成形质量至关重要，定型模板支设不合格可引发漏浆、混凝土墙体垂直度和平整度差、蜂窝麻面等质量缺陷。此外，支设和拆卸模板工序占构筑混凝土墙工作的一半以上，严重制约混凝土墙体的构筑速度。
煤矿井下经常需要构筑密闭墙、硐室等工作空间墙体，受作业空间和施工环境限制，构筑混凝土墙体只能采用现场人工搅拌或小功率设备搅拌，支模拆模工序多，劳动强度大，材料配比不易控制，筑墙效率低，养护时间长且养护易受井下环境影响而使得墙体最终强度达不到设计要求，制约混凝土在煤矿井下的推广使用。
煤矿井下目前多采用料石砌筑墙体，但砌筑料石墙工艺中的料石搬运、砌筑等环节都需要投入大量笨重的体力劳动，用工多，成本高，筑墙速度慢，且因井下作业环境差而在搬运和砌筑料石过程中容易发生砸伤等意外伤害事故。此外，砌筑料石墙体的另外一个缺陷是受料石尺寸限制，砌筑的料石墙体与顶板之间的最后缝隙填充困难，只能采用碎石或砂浆填满，料石墙体接顶部位强度明显不足，形不成对顶板的有效支撑，不能发挥墙体对顶板的支撑作用，使顶板存在一定范围的下沉变形空间，不利于通过砌筑墙体支撑顶板。
目前喷射混凝土主要用于隧道及巷道的初期或永久支护、基坑边坡支护、结构加固维修等领域。为了保证长距离输送及输送过程不发生结块堵管等问题，喷射的混凝土必须有良好的和易性，但成形厚度不能太大，否则就会滑移坠落。喷射混凝土在煤矿井下应用较多的是巷道等地下空间结构的表面单层衬砌支护，但喷层厚度多小于100mm，喷层太厚就会发生开裂、脱落等质量问题，因此喷射工艺只能形成厚度较小的喷层。
为了提高喷射混凝土的早期强度，喷射过程中都会添加一定比例的速凝剂。普通速凝剂虽然缩短了喷射混凝土的初凝时间，但会使混凝土的中期强度降低较多，标准养护28天后强度降低超过30%。以添加普通速凝剂的C35混凝土为例，标准养护28天后的混凝土强度只有18~19MPa，降压比达48.6%。
在公开文献中可以获得公开号为“CN 107522442 A”的“一种矿用喷射混凝土及其制备方法”专利，其主要提出了一种煤矿井下用喷浆材料商品化配制方法，该方法只是通过提供的材料配比使喷射浆料硬化后在强度上满足煤矿井下的施工要求，一定程度上减小了回弹率，但并没有具体说明煤矿井下的应用场所及可达到的最大喷层厚度，依然局限于形成厚度较小的混凝土喷层。
在煤矿井下构筑混凝土墙，可以发挥其墙体强度高和整体性好等优点，对促进煤矿井下安全生产具有重要意义。在已公开的文献及目前使用的浇筑或喷射混凝土方法中，并没有一种堆喷构筑混凝土墙体的方法。为了推广混凝土在煤矿井下筑墙等使用场所的的应用，迫切需要寻求一种在满足使用要求的前提下，简化传统浇筑混凝土工艺、不需要支模拆模等环节，养护简单，提高筑墙效率和速度，节省人工成本的可替代砌筑料石墙和传统支模浇筑混凝土墙的一种用于煤矿井下的新型堆喷快速构筑混凝土墙的方法。
发明内容
本发明针对现有煤矿井下构筑混凝土墙的方法速度慢、最终强度达不到设计要求、形不成对顶板的有效支撑以及适用范围小的问题，提供一种用于煤矿井下的堆喷混凝土快速筑墙方法，本发明将砂石料、水泥、JCT-1喷射混凝土外加剂和速凝剂在潮湿状态下按一定比例拌和均匀后装入喷射机，用压缩空气将潮湿混合料沿管路输送至喷头处与水混合并高速喷射构筑墙体。
本发明采用如下技术方案：
一种用于煤矿井下的堆喷混凝土快速筑墙方法，包括如下步骤：
第一步，敲帮问顶去除煤矿井下设计构筑墙体顶板范围的活矸，清除设计墙体范围底板的浮渣并找到硬底；
第二步，在筑墙范围内放置预制好的钢筋笼，钢筋笼之间用16#绑丝绑扎连接；钢筋笼宽度与墙体宽度一致，以控制墙体成形尺寸；钢筋笼的高度和长度与设计构筑墙体的高度和长度相等；
第三步，根据井下堆喷构筑混凝土墙体的体积，在地面按照水泥：砂子：石子：JCT-1堆喷混凝土外加剂的质量比为1 : 2 : 2 : 0.06的比例准备堆喷混凝土原材料，堆喷混凝土工艺构筑1m3混凝土墙体需要589.04Kg水泥，1178.08Kg砂子，1178.08Kg石子，JCT-1堆喷混凝土外加剂35.34Kg；
第四步，将石子洒水充分浸湿并放入搅拌机内，向搅拌机内加入JCT-1堆喷混凝土外加剂，启动搅拌机开始搅拌，使石子和JCT-1堆喷混凝土外加剂混合均匀；
第五步，当搅拌机内的石子和JCT-1堆喷混凝土外加剂混合均匀后，向搅拌机内加入砂子和水泥，继续搅拌至混合均匀，得到混凝土混合料；
第六步，将拌和形成均匀的混凝土混合料装车运输至井下堆喷筑墙地点，连续向喷射机料斗内加入拌和好的混凝土混合料并开启搅拌，打开喷头处的水管阀门和自动添加液体速凝剂管路阀门，调节阀门水管流量，控制喷枪出口处混凝土的水灰比为0.4~0.5，接通喷射机的压风管路，启动风动振动器和上料机，开始堆喷筑墙作业，堆喷筑墙过程中，喷头做连续不断的螺旋状圆周运动，螺旋直径为20~30 cm，后一圈覆盖前一圈1/3，先堆喷墙中间，再堆喷墙两侧以找平墙面，墙表面的不平整度小于10mm，堆喷路线在设计筑墙的墙体长度和高度范围内自下而上呈“S”形运行；
第七步，当堆喷形成的墙体达到设计高度时，停止向喷射机料斗内加料，确认喷射机料斗没有余料、喷头处不再有料喷出时，关闭自动添加速凝剂阀门，再关闭风动震动器；向喷射机料斗内加入水，将上料机和输送管路清洗干净，最后关闭压风、压水和电源，清洗自动添加液体速凝剂管路和清理喷射机周围杂物；
第八步，堆喷混凝土墙体2小时后开始洒水养护，每隔8小时洒水养护一次，共养护7天，养护用水与堆喷用水相同，每次养护洒水量以充分湿润墙面为宜。
堆喷筑墙的标准是墙体拱部圆滑、两帮平顺、整体无明显凹凸处（以堆喷形成墙体表面的凹凸度不超过10 mm为准），墙体接顶、接帮严密，不留任何空隙。
优选地，所述水泥为硅酸盐水泥，强度等级不低于32.5Mpa。
所述石子为碎石或卵石或两者混合物，粒径为5-15mm。
所述砂子为中砂或粗砂，细度模数大于2.5，含水率为5-7%，含泥量小于等于3%。
所述喷射机为转子式—Ⅱ型喷浆机，喷枪为双水环锥形喷头；喷枪设置双水环，环上按间排距10mm钻有直径为1mm的微孔，经水压射出细的水流，水流呈交叉网状，充分润湿物料。
所述喷射机喷射过程中的风压为0.12-0.17MPa，水压为0.18-0.21MPa。
JCT-1堆喷混凝土外加剂是采用机械研磨法进行细化的无机纳米级材料，是一种集促凝、早强、减水为一体的多效多功能型外加剂，呈灰白色粉末状，无毒无味，不燃，容重为200~300Kg/m3，密度为2.1~2.3g/cm3，粒径为0.3~0.5μm，在使用过程中对人体无不良影响。试验使用JCT-1堆喷混凝土外加剂时，标准养护28天后的C35混凝土强度可达35~36MPa，没有降压损失。JCT-1堆喷混凝土外加剂是由山西吉昌泰矿山工程技术有限公司开发研制的一种喷射混凝土外加剂，使用JCT-1喷射混凝土外加剂可实现使喷射层粘结力增加且不收缩，提高混凝土早期强度和最终强度，减少喷溅回弹，成型快，增加喷层厚度，接顶密实等效果。
堆喷墙内放置的钢筋笼由8#钢筋焊接的网孔尺寸为100mm的钢筋网片和连接钢筋构成，钢筋网片的宽度为堆喷墙的设计宽度，钢筋网片的高度为堆喷墙的设计高度，相邻钢筋网片之间连接钢筋的间排距为0.5m，连接钢筋的长度1.0m。
堆喷筑墙作业至少配备两名施工人员，一人负责手持喷头进行堆喷，另一人辅助照明并负责联络，观察工作场所围岩安全和堆喷墙体质量。
本发明的有益效果如下：
本发明的方法不需要支设模板，使用普通混凝土喷射机即可实现堆喷构筑混凝土墙，墙体易成形，初凝时间短，堆喷成形即具有较高的初期强度，不会滑移和坠落变形，墙体厚度不受限制。
与现有技术相比，本发明堆喷工艺施工方法填补了煤矿井下堆喷构筑混凝土墙的空白。通过在配制混合料时加入一种具有高粘结性的JCT-1堆喷混凝土外加剂，使喷头处喷射出的混凝土粘结性提高，不支设模板即可自行压实成形，简化了煤矿井下构筑混凝土墙体的工序，解放了劳动强度，提高了效率，节约了筑墙成本。喷射出的混凝土速度高，任何狭小的缝隙都可填满，使得墙体和顶板、帮部之间接触充填严密。
本发明堆喷工艺构筑混凝土墙体施工速度快、操作方便、不损失混凝土强度、成本低，符合煤矿安全生产要求。堆喷工艺筑墙的速度主要和喷射机的喷射能力有关，在喷射机喷射能力满足要求的情况下，堆喷工艺的速度可达7~10m3/h，对提高筑墙速度，减少工人劳动强度，缩短工期，促进煤矿安全生产具有重要意义。
附图说明
图1为本发明工艺流程图；
图2为本发明的喷射机结构示意图；
图3为本发明堆喷筑墙内放置的钢筋笼结构示意图；
图4为本发明堆喷筑墙过程示意图，图中曲线的箭头方向为堆喷方向；
图5为本发明堆喷筑墙最终墙体示意图；
其中：1-压风源；2-***风压表；3-工作风压表；4-料斗；5-混合环；6-喷嘴；7-喂料***；8-主风阀；9-管路；10-辅助风阀；11-雾化器；12-液体速凝剂槽；13-计量泵；14-清水槽；15-钢筋网片；16-连接钢筋；17-顶板；18-堆喷混凝土墙；19-底板；20-侧帮。
具体实施方式
一种用于煤矿井下的堆喷混凝土快速筑墙方法，包括如下步骤：
第一步，敲帮问顶去除煤矿井下设计构筑墙体顶板范围的活矸，清除设计墙体范围底板的浮渣并找到硬底；
第二步，在筑墙范围内放置预制好的钢筋笼，钢筋笼之间用16#绑丝绑扎连接；钢筋笼宽度与墙体宽度一致，以控制墙体成形尺寸；钢筋笼的高度和长度与设计构筑墙体的高度和长度相等；
第三步，根据井下堆喷构筑混凝土墙体的体积，在地面按照水泥：砂子：石子：JCT-1堆喷混凝土外加剂的质量比为1 : 2 : 2 : 0.06的比例准备堆喷混凝土原材料，堆喷混凝土工艺构筑1m3混凝土墙体需要589.04Kg水泥，1178.08Kg砂子，1178.08Kg石子，JCT-1堆喷混凝土外加剂35.34Kg；
第四步，将石子洒水充分浸湿并放入搅拌机内，向搅拌机内加入JCT-1堆喷混凝土外加剂，启动搅拌机开始搅拌，使石子和JCT-1堆喷混凝土外加剂混合均匀；
第五步，当搅拌机内的石子和JCT-1堆喷混凝土外加剂混合均匀后，向搅拌机内加入砂子和水泥，继续搅拌至混合均匀，得到混凝土混合料；
第六步，将拌和形成均匀的混凝土混合料装车运输至井下堆喷筑墙地点，连续向喷射机料斗内加入拌和好的混凝土混合料并开启搅拌，打开喷头处的水管阀门和自动添加液体速凝剂管路阀门，调节阀门水管流量，控制喷枪出口处混凝土的水灰比为0.4~0.5，接通喷射机的压风管路，启动风动振动器和上料机，开始堆喷筑墙作业，堆喷筑墙过程中，喷头做连续不断的螺旋状圆周运动，螺旋直径为20~30 cm，后一圈覆盖前一圈1/3，先堆喷墙中间，再堆喷墙两侧以找平墙面，墙表面的不平整度小于10mm，堆喷路线在设计筑墙的墙体长度和高度范围内自下而上呈“S”形运行；
第七步，当堆喷形成的墙体达到设计高度时，停止向喷射机料斗内加料，确认喷射机料斗没有余料、喷头处不再有料喷出时，关闭自动添加速凝剂阀门，再关闭风动震动器；向喷射机料斗内加入水，将上料机和输送管路清洗干净，最后关闭压风、压水和电源，清洗自动添加液体速凝剂管路和清理喷射机周围杂物；
第八步，堆喷混凝土墙体2小时后开始洒水养护，每隔8小时洒水养护一次，共养护7天，养护用水与堆喷用水相同，每次养护洒水量以充分湿润墙面为宜。
堆喷筑墙的标准是墙体拱部圆滑、两帮平顺、整体无明显凹凸处（以堆喷形成墙体表面的凹凸度不超过10 mm为准），墙体接顶、接帮严密，不留任何空隙。
优选地，所述水泥为硅酸盐水泥，强度等级不低于32.5Mpa。
所述粗骨粒为碎石或卵石或两者混合物，粒径为5-15mm。
所述细骨粒为中砂或粗砂，细度模数大于2.5，含水率为5-7%，含泥量小于等于3%。
所述喷射机为转子式—Ⅱ型喷浆机，喷枪为双水环锥形喷头；喷枪设置双水环，环上钻有微孔，经水压射出细的水流，水流呈交叉网状，充分润湿物料。
所述喷射机喷射过程中的风压为0.12-0.17MPa，水压为0.18-0.21MPa。
JCT-1堆喷混凝土外加剂是采用机械研磨法进行细化的无机纳米级材料，是一种集促凝、早强、减水为一体的多效多功能型外加剂，呈灰白色粉末状，无毒无味，不燃，容重为200~300Kg/m3，密度为2.1~2.3g/cm3，粒径为0.3~0.5μm，在使用过程中对人体无不良影响。试验使用JCT-1堆喷混凝土外加剂时，标准养护28天后的C35混凝土强度可达35~36MPa，没有降压损失。
堆喷墙内放置的钢筋笼由8#钢筋焊接的网孔尺寸为100mm的钢筋网片和连接钢筋构成，钢筋网片的宽度为堆喷墙的设计宽度，钢筋网片的高度为堆喷墙的设计高度，相邻钢筋网片之间连接钢筋的间排距为0.5m，连接钢筋的长度1.0m。
堆喷筑墙作业至少配备两名施工人员，一人负责手持喷头进行堆喷，另一人辅助照明并负责联络，观察工作场所围岩安全和堆喷墙体质量。
Claims (6)
1.一种用于煤矿井下的堆喷混凝土快速筑墙方法，其特征在于：包括如下步骤：
第一步，敲帮问顶去除煤矿井下设计构筑墙体顶板范围的活矸，清除设计墙体范围底板的浮渣并找到硬底；
第二步，在筑墙范围内放置预制好的钢筋笼，钢筋笼之间用16#绑丝绑扎连接；钢筋笼宽度与墙体宽度一致，钢筋笼的高度和长度与设计构筑墙体的高度和长度相等；
第三步，按照水泥：砂子：石子：JCT-1堆喷混凝土外加剂的质量比为1 : 2 : 2 : 0.06的比例准备堆喷混凝土原材料；
第四步，将石子洒水充分浸湿并放入搅拌机内，向搅拌机内加入JCT-1堆喷混凝土外加剂，启动搅拌机开始搅拌，使石子和JCT-1堆喷混凝土外加剂混合均匀；
第五步，当搅拌机内的石子和JCT-1堆喷混凝土外加剂混合均匀后，向搅拌机内加入砂子和水泥，继续搅拌至混合均匀，得到混凝土混合料；
第六步，将拌和形成均匀的混凝土混合料装车运输至井下堆喷筑墙地点，连续向喷射机料斗内加入拌和好的混凝土混合料并开启搅拌，打开喷头处的水管阀门和自动添加液体速凝剂管路阀门，调节阀门水管流量，控制喷枪出口处混凝土的水灰比为0.4~0.5，接通喷射机的压风管路，启动风动振动器和上料机，开始堆喷筑墙作业，堆喷筑墙过程中，喷头做连续不断的螺旋状圆周运动，螺旋直径为20~30 cm，后一圈覆盖前一圈1/3，先堆喷墙中间，再堆喷墙两侧以找平墙面，墙表面的不平整度小于10mm，堆喷路线在设计筑墙的墙体长度和高度范围内自下而上呈“S”形运行；
第七步，当堆喷形成的墙体达到设计高度时，停止向喷射机料斗内加料，确认喷射机料斗没有余料、喷头处不再有料喷出时，关闭自动添加速凝剂阀门，再关闭风动震动器；向喷射机料斗内加入水，将上料机和输送管路清洗干净，最后关闭压风、压水和电源，清洗自动添加液体速凝剂管路和清理喷射机周围杂物；
第八步，堆喷混凝土墙体2小时后开始洒水养护，每隔8小时洒水养护一次，共养护7天。
2.根据权利要求1所述的一种用于煤矿井下的堆喷混凝土快速筑墙方法，其特征在于：所述水泥为硅酸盐水泥，强度等级不低于32.5Mpa。
3.根据权利要求1所述的一种用于煤矿井下的堆喷混凝土快速筑墙方法，其特征在于：所述石子为碎石或卵石或两者混合物，粒径为5-15mm。
4.根据权利要求1所述的一种用于煤矿井下的堆喷混凝土快速筑墙方法，其特征在于：所述砂子为中砂或粗砂，细度模数大于2.5，含水率为5-7%，含泥量小于等于3%。
5.根据权利要求1所述的一种用于煤矿井下的堆喷混凝土快速筑墙方法，其特征在于：所述喷射机为转子式—Ⅱ型喷浆机，喷枪为双水环锥形喷头；喷枪设置双水环，环上按间排距10mm钻有直径为1mm的微孔。
6.根据权利要求1所述的一种用于煤矿井下的堆喷混凝土快速筑墙方法，其特征在于：所述喷射机喷射过程中的风压为0.12-0.17MPa，水压为0.18-0.21MPa。
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