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【摘 要】 随着近些年社会经济发展对于煤矿资源需求量的日益增大和随之而来的煤矿作业过程中安全事故频发的现状，人们对于煤矿作业过程中的支护安全问题越来越关注。混凝土喷射技术作为国内外相对较为常用的煤矿支护技术在在煤矿支护的过程中已经越来越被重视，尤其是混凝土喷射技术中的湿喷技术相对较为成熟，本文以湿式混凝土喷射技术在煤矿支护中的应用为例，详细叙述了湿喷技术在煤矿支护方面的有关特点和主要内容，并依据有关的试验分析了湿式混凝土喷射技术对于煤矿支护的整体效果。
【关键词】 混凝土喷射技术；湿喷；煤矿支护；应用；发展
引文：
混凝土喷射技术室煤矿井巷支护技术的一项重要内容，在整个的煤矿施工过程中具有核心作用。但限于技术水平有限，目前国内在煤矿支护的实施过程中会经常面对粉尘浓度大、喷射质量不易控制等问题。
1 喷射混凝土支护作用分析
国外发达国家煤矿绝大多数采用锚杆支护而弃用喷射混凝土支护，但在国内煤矿巷道主要以锚、喷支护为主，近年来对喷射混凝土支护作用效果质疑及探讨较多，有如下代表性观点：
1.1弹性及断裂力学理论
基于弹性及断裂力学理论分析表明，喷射混凝土可降低不连续面的应力强度因子，但仅对临空不连续面扩展具有抑制作用，对深埋不连续面扩展难以抑制；混凝土层中裂纹应力强度因子与其厚度成反二次关系，增厚对降低岩体应力强度因子（尤其是周边裂纹应力强度因子）意义不大，但有利于喷层自身维护；混凝土材料的变形模量与其支护性能有关，增大之可提高对围岩中不连续面的抑制作用。
1.2取消喷射混凝土支护的探讨
《锚喷支护巷道取消喷射混凝土层的研究》（易恭猷、李明远）一文认为喷射混凝土支护的作用效果不确定和喷层厚度确定不科学，论证了可在煤矿井下取消喷射混凝土支护以提高支护效率的可行性。《高应力破裂岩体条件下取消喷射混凝土支护的研究》（赵兴东、解联库等）一文认为喷锚支护在大型硐室及不良地质岩层中可显示优越性，但在采动影响较严重巷道、不规则断面形状的衬砌应力集中处及放矿漏斗口等处，混凝土的脆性材料属性易引起承载能力降低和喷层开裂。因此，认为高应力破裂岩体条件下可取消喷射混凝土支护，而采用高强预应力锚网支护代之，谋求快速、低耗、安全和环保。在初明祥撰写的《岩石巷道中锚杆支护系统代替锚喷支护系统的研究》一文中系统分析了岩石巷道中采用组合锚杆或锚网支护系统代替锚喷支护系统的理论依据和可行性。
1.3混凝土喷厚的研究
在全国隧道、地下工程与岩石破碎学术会议发表的郭先章等人发表的《喷射混凝土厚度对隧道支护效果的影响》采用三维真实破坏过程REPA3D系统分析不同喷厚混凝土模型的破坏模式，发现厚喷，承载力大，裂缝少而宽，柔性低，易离层破坏；薄喷则反之。于龙先、肖军所撰的《新型锚喷支护技术》一文通过观测证实在围岩松动圈大于1500mm的不稳定巷道（如地质破碎带、软岩带或受采动影响区的巷道）采用薄喷混凝土，可提高巷道柔韧性和抗变形能力，基于此建立了岩巷施工“光爆成形—高强锚杆支护—小喷厚成巷”的快速作业体系。史马祥在《隧道施工中喷锚支护有关参数的选择及计算》中采用奥地利卡斯特奈尔、腊布希维兹等的计算公式（涉及岩性、喷层材料性能、岩石结构、地压及其作用范围等）计算隧道施工中喷射混凝土厚度，结论是厚度以40～50mm为宜，当计算厚度大于150mm时，则应取消喷射混凝土支护，代之以浇注混凝土衬砌等支护手段。
1.4支护形式选择原则
支护结构应能充分发挥出控制围岩作用；最小支护张力和最低支护材料消耗；支护方法和参数应符合岩石力学理论和围岩情况。因此，弹性岩体，可采用喷射混凝土防风化和小裂缝构造；塑性岩体，以锚、网或锚杆支护（锚杆长度≥1.8m）为主，喷射混凝土补强；碎裂性结构岩体，必须采用喷、锚、网支护。
1.5岩体防风化及锚杆防锈蚀研究
有关文献发现我国西部煤矿90%有金属锚杆锈蚀现象，且矿山较隧道情况要严重；金属锚杆锈蚀是影响锚喷结构耐久性和使用寿命的主要因素；附有涂料的金属锚杆可防止锈蚀情况发生。国内外的研究成果表明，锚杆（索）为现代支护的主体，喷射混凝土主要承担防止围岩风化、防止金属腐蚀、规整巷道围岩等辅助作用。由于喷射混凝土作业存在作业时间长、劳动强度大、作业粉尘污染严重、增加运输压力等问题，探索研究煤矿井下巷道新型喷射支护技术，以满足不同支护要求，是十分必要的。探索研究新的煤矿巷道及其它地下工程巷道的混凝土喷射技术，是目前亟待解决的重大问题。
2 湿喷技术的特点
湿喷技术特点目前使用量较大的是潮喷机，它是湿喷机的一种改良或过渡，在喷射质量等环节存在难以解决的问题，只有发展湿喷机才是彻底搞好喷射混凝土技术的关键和根本所在。通过研究认为，湿喷技术与潮料技术相比较，湿喷技术从理论上和具体应用上具有很大的优越性和发展前景，开发研制生产适合煤矿井巷施工使用的湿式混凝土喷射机，达到湿喷混凝土作业技术要求，基本消除机旁粉尘，降低喷嘴外粉尘浓度和回弹率，提高混凝土喷射质量，进一步改善矿井生产环境，提高生产效率。湿式喷浆技术研究将为我国煤矿支护参数设计和施工提供科学依据，促进我国煤矿支护技术的发展，具有很大的市场潜力和推广前景。
3 湿喷技术应用分析
煤矿湿式喷浆技术试验证明，有一定的经济效益，它的重要意义更体现于以下几点：
3.1宏观综合效益
湿喷效益主要体现在提高效率、加快进度（降低管理成本分摊费）、保证施工和安全等宏观综合效益方面，采用湿喷强化初期支护后，可在软弱地层条件下采用全断面开挖技术。
3.2社会效益
湿喷技术应用使粉尘浓度大幅降低。由潮料喷浆呼吸粉尘21.7mg/m3、全尘102mg/m3，降到湿式喷浆的呼吸粉尘0.4mg/m3、全尘1.5mg/m3，濕喷粉尘浓度较潮喷大幅度降低，机旁几乎没有粉尘，保护了工人身体健康。
3.3速度效益，它主要包括三个方面的含义
混凝土为松方，两者间有20%以上体积差；回弹降低17.25%，相当于又间接地提高了生产率；湿喷因一次喷层厚，可以减少达到设计喷层厚度的次数，简化工序从而提高施工速度。
3.4质量和安全效益
喷射混凝土支护质量控制包含混凝土强度控制和喷层厚度控制两个方面。
湿喷混凝土强度从水灰比准确控制，拌合及水化作用充分以及速凝剂按比例计量添加等方面得到了充分保证，与干（潮）喷相比，湿喷较潮喷喷射混凝土抗剪强度提高20%，同样强度要求下按潮喷150mm喷厚可降低喷层厚度30mm。同时由于一次喷层厚度比干（潮）喷大幅度提高，客观上容易达到设计喷层厚度要求。由于喷射混凝土强度和喷层厚度有可靠保证，支护质量得以提高，巷道施工安全就有了保障。
3.5经济效益
湿喷降低回弹节约材料所产生的效益足以补偿购置湿喷机和液体速凝所产生的价差并有盈余123.2元/m。因此推广湿喷技术除上述宏观效益外，还将带来直接经济效益。新汶矿业集团公司所属矿井按3万米锚喷巷道推广，每年经济效益可达369.6万元。
试验证明，煤矿湿式喷射混凝土技术的成功应用提高了煤矿巷道支护的劳动生产率，降低生产成本，改善作业环境，具有较好的经济和社会效益。
参考文献：
[1]许天恩.混凝土喷射机现状和发展趋势[J].煤炭科学技术，1997，（9）：34—37.
[2]赵兴东，解联库，唐春安，张国联，于言平.高应力破裂岩体条件下取消喷射混凝土支护的研究[J].矿业研究与开发，2005，25（6）：18-20
[3]郭献章，杨菊英，粱正召，肖福坤.喷射混凝土厚度对隧道支护效果的影响[A].见：全国隧道、地下工程与岩石破碎学术会议论文集-隧道、地下工程及岩石破碎理论与应用[C].大连，2007：96-101
【关键词】 混凝土喷射技术；湿喷；煤矿支护；应用；发展
引文：
混凝土喷射技术室煤矿井巷支护技术的一项重要内容，在整个的煤矿施工过程中具有核心作用。但限于技术水平有限，目前国内在煤矿支护的实施过程中会经常面对粉尘浓度大、喷射质量不易控制等问题。
1 喷射混凝土支护作用分析
国外发达国家煤矿绝大多数采用锚杆支护而弃用喷射混凝土支护，但在国内煤矿巷道主要以锚、喷支护为主，近年来对喷射混凝土支护作用效果质疑及探讨较多，有如下代表性观点：
1.1弹性及断裂力学理论
基于弹性及断裂力学理论分析表明，喷射混凝土可降低不连续面的应力强度因子，但仅对临空不连续面扩展具有抑制作用，对深埋不连续面扩展难以抑制；混凝土层中裂纹应力强度因子与其厚度成反二次关系，增厚对降低岩体应力强度因子（尤其是周边裂纹应力强度因子）意义不大，但有利于喷层自身维护；混凝土材料的变形模量与其支护性能有关，增大之可提高对围岩中不连续面的抑制作用。
1.2取消喷射混凝土支护的探讨
《锚喷支护巷道取消喷射混凝土层的研究》（易恭猷、李明远）一文认为喷射混凝土支护的作用效果不确定和喷层厚度确定不科学，论证了可在煤矿井下取消喷射混凝土支护以提高支护效率的可行性。《高应力破裂岩体条件下取消喷射混凝土支护的研究》（赵兴东、解联库等）一文认为喷锚支护在大型硐室及不良地质岩层中可显示优越性，但在采动影响较严重巷道、不规则断面形状的衬砌应力集中处及放矿漏斗口等处，混凝土的脆性材料属性易引起承载能力降低和喷层开裂。因此，认为高应力破裂岩体条件下可取消喷射混凝土支护，而采用高强预应力锚网支护代之，谋求快速、低耗、安全和环保。在初明祥撰写的《岩石巷道中锚杆支护系统代替锚喷支护系统的研究》一文中系统分析了岩石巷道中采用组合锚杆或锚网支护系统代替锚喷支护系统的理论依据和可行性。
1.3混凝土喷厚的研究
在全国隧道、地下工程与岩石破碎学术会议发表的郭先章等人发表的《喷射混凝土厚度对隧道支护效果的影响》采用三维真实破坏过程REPA3D系统分析不同喷厚混凝土模型的破坏模式，发现厚喷，承载力大，裂缝少而宽，柔性低，易离层破坏；薄喷则反之。于龙先、肖军所撰的《新型锚喷支护技术》一文通过观测证实在围岩松动圈大于1500mm的不稳定巷道（如地质破碎带、软岩带或受采动影响区的巷道）采用薄喷混凝土，可提高巷道柔韧性和抗变形能力，基于此建立了岩巷施工“光爆成形—高强锚杆支护—小喷厚成巷”的快速作业体系。史马祥在《隧道施工中喷锚支护有关参数的选择及计算》中采用奥地利卡斯特奈尔、腊布希维兹等的计算公式（涉及岩性、喷层材料性能、岩石结构、地压及其作用范围等）计算隧道施工中喷射混凝土厚度，结论是厚度以40～50mm为宜，当计算厚度大于150mm时，则应取消喷射混凝土支护，代之以浇注混凝土衬砌等支护手段。
1.4支护形式选择原则
支护结构应能充分发挥出控制围岩作用；最小支护张力和最低支护材料消耗；支护方法和参数应符合岩石力学理论和围岩情况。因此，弹性岩体，可采用喷射混凝土防风化和小裂缝构造；塑性岩体，以锚、网或锚杆支护（锚杆长度≥1.8m）为主，喷射混凝土补强；碎裂性结构岩体，必须采用喷、锚、网支护。
1.5岩体防风化及锚杆防锈蚀研究
有关文献发现我国西部煤矿90%有金属锚杆锈蚀现象，且矿山较隧道情况要严重；金属锚杆锈蚀是影响锚喷结构耐久性和使用寿命的主要因素；附有涂料的金属锚杆可防止锈蚀情况发生。国内外的研究成果表明，锚杆（索）为现代支护的主体，喷射混凝土主要承担防止围岩风化、防止金属腐蚀、规整巷道围岩等辅助作用。由于喷射混凝土作业存在作业时间长、劳动强度大、作业粉尘污染严重、增加运输压力等问题，探索研究煤矿井下巷道新型喷射支护技术，以满足不同支护要求，是十分必要的。探索研究新的煤矿巷道及其它地下工程巷道的混凝土喷射技术，是目前亟待解决的重大问题。
2 湿喷技术的特点
湿喷技术特点目前使用量较大的是潮喷机，它是湿喷机的一种改良或过渡，在喷射质量等环节存在难以解决的问题，只有发展湿喷机才是彻底搞好喷射混凝土技术的关键和根本所在。通过研究认为，湿喷技术与潮料技术相比较，湿喷技术从理论上和具体应用上具有很大的优越性和发展前景，开发研制生产适合煤矿井巷施工使用的湿式混凝土喷射机，达到湿喷混凝土作业技术要求，基本消除机旁粉尘，降低喷嘴外粉尘浓度和回弹率，提高混凝土喷射质量，进一步改善矿井生产环境，提高生产效率。湿式喷浆技术研究将为我国煤矿支护参数设计和施工提供科学依据，促进我国煤矿支护技术的发展，具有很大的市场潜力和推广前景。
3 湿喷技术应用分析
煤矿湿式喷浆技术试验证明，有一定的经济效益，它的重要意义更体现于以下几点：
3.1宏观综合效益
湿喷效益主要体现在提高效率、加快进度（降低管理成本分摊费）、保证施工和安全等宏观综合效益方面，采用湿喷强化初期支护后，可在软弱地层条件下采用全断面开挖技术。
3.2社会效益
湿喷技术应用使粉尘浓度大幅降低。由潮料喷浆呼吸粉尘21.7mg/m3、全尘102mg/m3，降到湿式喷浆的呼吸粉尘0.4mg/m3、全尘1.5mg/m3，濕喷粉尘浓度较潮喷大幅度降低，机旁几乎没有粉尘，保护了工人身体健康。
3.3速度效益，它主要包括三个方面的含义
混凝土为松方，两者间有20%以上体积差；回弹降低17.25%，相当于又间接地提高了生产率；湿喷因一次喷层厚，可以减少达到设计喷层厚度的次数，简化工序从而提高施工速度。
3.4质量和安全效益
喷射混凝土支护质量控制包含混凝土强度控制和喷层厚度控制两个方面。
湿喷混凝土强度从水灰比准确控制，拌合及水化作用充分以及速凝剂按比例计量添加等方面得到了充分保证，与干（潮）喷相比，湿喷较潮喷喷射混凝土抗剪强度提高20%，同样强度要求下按潮喷150mm喷厚可降低喷层厚度30mm。同时由于一次喷层厚度比干（潮）喷大幅度提高，客观上容易达到设计喷层厚度要求。由于喷射混凝土强度和喷层厚度有可靠保证，支护质量得以提高，巷道施工安全就有了保障。
3.5经济效益
湿喷降低回弹节约材料所产生的效益足以补偿购置湿喷机和液体速凝所产生的价差并有盈余123.2元/m。因此推广湿喷技术除上述宏观效益外，还将带来直接经济效益。新汶矿业集团公司所属矿井按3万米锚喷巷道推广，每年经济效益可达369.6万元。
试验证明，煤矿湿式喷射混凝土技术的成功应用提高了煤矿巷道支护的劳动生产率，降低生产成本，改善作业环境，具有较好的经济和社会效益。
参考文献：
[1]许天恩.混凝土喷射机现状和发展趋势[J].煤炭科学技术，1997，（9）：34—37.
[2]赵兴东，解联库，唐春安，张国联，于言平.高应力破裂岩体条件下取消喷射混凝土支护的研究[J].矿业研究与开发，2005，25（6）：18-20
[3]郭献章，杨菊英，粱正召，肖福坤.喷射混凝土厚度对隧道支护效果的影响[A].见：全国隧道、地下工程与岩石破碎学术会议论文集-隧道、地下工程及岩石破碎理论与应用[C].大连，2007：96-101