新型隔热混凝土喷层支护技术研究与应用

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1、第34卷第1期长江科学院院报V01．34No．12017年1月JournalofYangtzeRiverScientificResearchInstituteJan．2017doi：10．11988／ckyyb．20150899新型隔热混凝土喷层支护技术研究与应用姚韦靖。庞建勇(安徽理工大学土木建筑学院，安徽淮南232001)摘要：针对当前矿井热害问题，对深井热源进行了阐述，从喷射支护材料角度出发，选取陶粒、玻化微珠、粉煤灰作为隔热材料，通过正交试验的方法，研制出一种新型隔热混凝土；由功效系数法得出最佳掺量配比，在保证混凝土力学性能的前提下，提高了保温隔热性能，其导热

2、系数仅为普通混凝土的1／8。结合淮南矿区巷道锚喷支护工程，进行了回弹损失、围岩压力、混凝土应力和围岩收敛的现场试验。现场监测结果表明，该种隔热混凝土材料不仅隔热效果明显，而且工作性能完全符合井下喷射混凝土的施工需要，有利于井下作业人员的安全和身心健康，具有良好的推广和使用价值。关键词：喷射混凝土；保温隔热；正交试验；锚喷支护技术；工程应用中图分类号：TU45文献标志码：A文章编号：1001-5485(2017)01—0124—05热的缘故，包括井巷围岩散热、空气自压缩热、机电设备散热、运输中的矿物和岩石放热，以及人员散热1研究背景等。其中，围岩传热占据主要影响，围岩通

3、过传目前，喷射混凝土广泛应用于煤矿巷道锚喷支护导的方式从岩体本身传到整个深部巷道中去，也可工程中，但随着开采深度日益增加，地温呈线性增长作用于地下水，通过对流传递热量。这样，井下空气趋势，严重的高温热害，不仅影响矿山的开采效率，也利用上述2种方式获取热量，热量源源不断地从巷严重威胁作业人员的生命安全。有关统计表明：工作道围岩深处向表面传递，致使温度升高。围岩传热面风温超过标准1℃，工作效率降低7％～10％，同时，为最直接和主要的井下热源，占总热源比重的48％风温在30～37cc以上的工作面，较30℃以下的工作左右。为此，有必要从喷层材料人手，研制一种面的事故率增加1．

4、5～2．3倍¨。隔热混凝土材料，应用于井下喷层支护，用以阻止嗣而目前，常用的井下降温方法为机械制冷方式，岩热量向巷道内传播。主要是人工引入冷介质，如地面、地下降温系统、空2．2隔热材料的选取气冷却器、人工制冷降温技术等]。本文从支护(1)页岩陶粒：页岩陶粒细观结构如图1(a)所材料角度出发，通过正交试验，研制出一种新型隔热示，是由泥质岩石、黏土、粉煤灰、煤矸石为主要原材混凝土材料，其既具有保温隔热效果，又具有良好的料，经过加工煅烧而制成的具有一定颗粒级配的陶质力学性能；将其应用于煤矿巷道锚喷支护当中，目的物，其内部有封闭的微孔结构，外部是一层致密的釉在于限制围岩热量向

5、巷道内传播，再辅以通风降温壳包裹，呈球状。具有孑L隙率高、筒压强度高、保温隔等机械制冷方式，将热量排出，是一种治本的主动降热、耐火性好、抗震及耐久性好的特性。温措施。该保温隔热材料已经申请国家发明专利。(2)玻化微珠：玻化微珠如图1(b)所示，是⋯一种非金属轻质保温绝热颗粒材料，呈颗粒粉末状，以火山岩矿石中的松脂岩为原材料，经开采后，破碎、2材料特性与作用机理筛分、高温瞬时燃烧膨胀玻化而成¨。具有理化性2．1深井热源分析能稳定、轻质、导热系数低、隔热防火、耐高低温、抗矿井高温热害的产生是由于各种热源向井巷散老化、吸水率小等优良特性。收稿日期：2015-10-26：修回

6、日期：2015-11—12基金项目：国家安全生产监督管理总局安全生产重大事故防治关键技术科技项目(anhui一0003—2016AQ)；安徽省高校自然科学重大项目(KJ2015ZD20)．作者简介：姚韦靖(1990一)，男，安徽芜湖人，博士研究生，研究方向为岩土工程，(电话)18255415068(电子信箱)yaoweijing0713@163．COIll。通讯作者：庞建勇(1964一)，男，河北保定人，教授，博士生导师，博士，从事矿山岩体力学与支护方面的教学与研究工作，(电话)13855488528(电子信箱)pm~gjyong@163．corn。第1期姚韦靖等新型

7、隔热混凝土喷层支护技术研究与应用重度为6O0kg／m，吸水率为16％，简压强度>3MPa，粒径为5～1511111，在材料中作为粗骨料代替瓜子片。(4)玻化微珠：采用河南信阳某厂生产的玻化微珠，密度为80kg／m，吸水率为10％，在材料中以占混凝土的体积比掺入，以代替砂子。(5)聚丙烯纤维：研究表明，加入聚丙烯纤维，能够有效提高混凝土的抗拉、抗裂性能，使其延性和(a)贝嚣陶椒(b)玻化微珠韧性都得到大幅度提高12-13]，采用山东泰安某厂生图1页岩陶粒和玻化微珠细观图产的单丝束状聚丙烯纤维，长度为12mill。Fig．1Shaleceramisite