粉煤灰陶粒混凝土井下巷道锚喷应用技术研究.pdf

2 0 1 7N O 1粉煤灰综合利用F L YA S HC O N R E H E N S I V EU T J Z A T I O N粉煤灰陶粒混凝土井下巷道锚喷应用技术研究R e s e a r c ho nA p p f i c a f i o nT e c h n o l o g yo f A n c h o ra n dS h 咖均t ei nU n d e r g r o u n dT u n n e lo f L W AC o n c 眦于建民1，贫念增1，张利1，陈磊1，陈蓥2，崔文3(1 神华国能宁夏煤电有限公司，宁夏银川7 5 0 4 1 0；2 辽宁工程技术大学，辽宁阜新1 2 3 0 0 0；3 北京华夏美泰科环保科技有限公司，北京1 0 0 1 0 2)摘要：通过对粉煤灰陶粒喷射混凝土井下巷道支护可行性分析、并与普通混凝土物理力学性能对比、及进行的煤矿井下工业性试验、巷道稳定性观测及支护效果评估、锚喷工艺参数确定等课题的研究，研究结果表明：将粉煤灰陶粒混凝土应用于煤矿巷道锚喷支护中，研究成果将确定适合煤矿井下使用的粉煤灰陶粒混凝土配合比及现场施工工艺参数，不仅可以实现工业废物再利用，取得良好的环境效益，同时，也可降低电厂和煤矿的生产成本，提高企业的经济效益。关键词：粉煤灰陶粒混凝土；巷道锚喷中图分类号：T U 5 2 8 2文献标识码：A文章编号：1 0 0 5 8 2 4 9(2 0 1 7)叭一0 0 5 0 0 31 井下巷道喷射混凝土工程分析传统的喷射混凝土由碎石、砂和水泥组成，要求水泥强度不低于3 2 5 M P a，碎石粒径不大于1 5 m m，砂率宜为5 0 一6 0。轻骨料混凝土是指使用轻粗骨料、轻砂(或普通砂)、水泥和水调配而成的干表观密度不大于1 9 5 0 k m 3的混凝土。目前已经应用到隧道和井下混凝土喷浆工程。现阶段对于节能减排的要求不断提高，高性能轻骨料混凝土的试验研究也加快了发展。传统的重骨料混凝土，存在自重大、粘结不牢、回弹率高等缺点。相比之下，轻质喷射混凝土则更适用于现在的锚喷支护体系。使用轻质骨料的喷射混凝土较普通喷射混凝土自重减轻1 5-3 0，在一定的密度等级仍具有满足巷道支护需要的力学性能。轻质喷射混凝土由于自重轻，在同样的粘结强度下，可避免因自重超过粘结强度而造成的混凝土喷层的脱落，有利于对整个支护体系进行保护；在大跨度的巷道和硐室使用轻质喷射混凝土，支护效果优于普通喷射混凝土；在巷道的部分区段由于围岩压力大、收稿日期：2 0 1 6 1 0 2 05 0 变形大等原因，需要增加喷层厚度，此时使用轻质喷射混凝土则更加有利。2 试验室用陶粒混凝土性能对比采用烧结法生产粉煤灰陶粒，以电厂干排粉煤灰为原料，经加工、制球、烧结而成的球型颗粒产品。烧结陶粒工艺简单，能耗少，成本低，因而具有较强的竞争能力和社会效益。其主要指标见表1。表1粉煤灰陶粒主要性能指标检测表经过实验室大量试验研究，对测得的陶粒混凝土试件力学性能参数进行对比分析，可得到如下结果：(1)粉煤灰陶粒混凝土与普通混凝土在相同强度等级条件下，粉煤灰陶粒混凝土密度约为1 8 0 0 k m 3，而普通混凝土密度约为2 7 0 0 k m 3。因此，粉煤灰陶粒混凝土具有自身重量较轻的特点，其自重仅为普通混凝土的6 7。(2)粉煤灰陶粒混凝土强度上升速度较快，3 d粉煤灰综合利用F L YA S HC O M P R E H E N S I V EU T。I Z A 1 帕N2 0 1 7N O 1可达C 2 0 混凝土强度要求的3 9，7 d 可达C 2 0 混凝土强度要求的5 6，而普通混凝土对应3 d、7 d 强度仅达到2 4 和4 7。(3)粉煤灰陶粒混凝土的弹性模量约为1 5 G P a，普通混凝土的弹性模量约为2 0 G P a，相对于普通混凝土，弹性模量降低约3 0。在同等受力状态下产生变形时，普通混凝土易产生裂隙，从而使强度迅速降低。而粉煤灰陶粒混凝土则可产生相应形变，具有良好的塑性变形特性，产生裂隙较小，因此，在发生变形后，粉煤灰陶粒混凝土的强度降低缓慢，从而可继续维持较高的支护强度。(4)粉煤灰陶粒混凝土的粗骨料为圆球状陶粒，相对于普通混凝土的碎石而言，球形可使混凝土内部受力更加均匀，不易产生应力集中，当受到冲击性力作用时，粉煤灰陶粒混凝土仍可保持其强度，具有更加良好的抗震、抗冲击性。(5)实验室测试确定了喷射粉煤灰陶粒混凝土方案：水灰比为0 4，砂率为5 7，2 8 d 强度可达2 9 6 M P a。实验室测试结果表明陶粒混凝土配比方案均达到C 2 0 混凝土强度要求。3 现场工业性试验3 1 施工地点及方案施工地点选在神东公司寸草塔一矿，在2 2 煤主运集中大巷内进行巷帮及顶板喷射