1、噴射混凝土防彈及降塵技術的研究及應用一、項目背景噴射混凝土防彈及降塵技術的研究及應用解決了煤礦噴射混凝土“干噴”回彈及降塵技術的難題，并取得了技術突破。噴射混凝土防彈及降塵技術的研究及應用采用學科交叉，理論研究和實驗研究相結合，利用現代分析儀器和檢測方法，邊應用邊改進的研究技術路線。揭示了噴射混凝土回彈及產塵機理：噴射混凝土噴射物料混合不均勻及粘性低是內因，噴射過程的高速氣流及圈吸作用，物料在運動過程中的碰撞及噴射物料與巷道壁面的彈性碰撞是外因。對噴射物料水泥、外加劑、沙子、石子等物料及礦井水物理化學性質，進行了系統的研究，確定了物料的最優值。研制出了新型復合噴射混凝土外加劑。新型復合噴射混凝

2、土外加劑的組分為：速凝物質A；具有高吸水性能物質B；高分子聚合物P。添加了新型復合外加劑的噴射混凝土粘度好，潤濕性優，pH值相對較小，噴射混凝土后期強度大。改進了噴射混凝土的施工技術。1、主要技術性能指標：采用該研究成果，噴射物料的初凝結時間短，噴厚增加，單軸抗壓強度高，降塵及減回彈效果顯著。(1）噴射混凝土粉塵全塵濃度降低62.9%，呼塵濃度降低：33.3%。(2）噴射混凝土的回彈率為7.6%;(GB50056-21錨桿噴射混凝土支護技術規范8.5.4噴射混凝土的回彈率邊墻不應大于15%，拱部不應大于25%)。(3）噴射混凝土的噴射混凝土試塊28d單軸抗壓強度44.524Mpa,噴射混凝土強

3、度的提高了89%。2、研究成果的主要科技創新：（1）從本質上揭示了噴射混凝土回彈及產塵機理；（2）系統的對噴射混凝土物料的物理化學性質進行了研究，并確定了最優值對高莊煤礦噴射混凝土的噴射物料：水泥、外加劑、沙子、石子等物料及礦井水物理化學性質，進行了系統的分析和研究，并確定了物料的最優值。（3）研制出了新型復合噴射混凝土外加劑。（4）噴射混凝土使用新型復合劑后，回彈率低、降塵效果明顯、強度大，取得了較好的效果。在高煤公司進行實際應用，降低了噴射混凝土回彈率和粉塵濃度，提高了巷道噴射混凝土支護的后期的強度。有效的改善了勞動環境，提高了支護質量，提高了勞動效率。經濟顯著，兩年共節支總額2000萬元

4、，新增產值3000萬元。研究成果的應用，提高了礦井的抗災能力,保證了煤礦的安全生產和礦工的身體健康，社會效益巨大 。 噴射混凝土“干噴”技術具有設備簡單、移動方便，輸送距離長等優點,在巷道支護工程中而被廣泛采用。但施工過程中存在：回彈率高，粉塵濃度大，后期支護強度損失大。致使噴射混凝土“干噴”材料浪費大；勞動環境差，嚴重危害施工人員身心健康及支護質量安全。噴射混凝土防彈及降塵技術的研究及應用解決了煤礦噴射混凝土“干噴”回彈及降塵技術的難題。研究成果有廣闊的推廣應用前景。二、技術內容1、揭示了噴射混凝土回彈及產塵的本質1）噴射過程的高速氣流及圈吸作用噴射射流射流主體呈橄欖形，其四周為回流區。所產

5、生的高速氣流會破壞團粒的粘結，并和空氣中的粉塵一起形成物料氣體雙相流，從而造成噴射混凝土回彈和粉塵的產生。2）物料在運動過程中的碰撞物料在運動過程中產生碰撞，在碰撞過程中所產生的能量，一部分由混凝土物團內部相互間黏著力消耗掉，物團間的黏著力達不到能了要求，造成物團的分崩離析，使附著在石子砂子上的水泥等粉塵飛揚。3）噴射物料與巷道壁面的彈性碰撞 在噴射混凝土過程中, 石子和砂子與圍巖的碰撞,使回石子為和砂子回彈。 噴射混凝土回彈和產塵的本質為：噴射混凝土噴射物料混合不均勻及粘性低是內因，噴射過程的高速氣流及圈吸作用，物料在運動過程中的碰撞及噴射物料與巷道壁面的彈性碰撞是外因。2、系統的對噴射混凝

6、土物料的物理化學性質進行了研究，并確定了最優值對高莊煤礦噴射物料：水泥、外加劑、沙子、石子等物料及礦井水物理化學性質，進行了系統的分析和研究，并確定了最優值。1）水泥與速凝劑實驗數據：J85速凝劑摻量在4%，5%，6%時，凝結時間從3.48min降至2.97min，終凝時間由4.42min降至4.11min； J85速凝劑摻入量在6%以上時，初凝結時間達速凝劑一等品（3min）技術要求。現場合理的J85速凝劑摻量應在5%6%時范圍。2）礦井水礦井水影響分析：當外加劑的摻量為3%、4%時有利于縮短噴射物料的凝結時間；但當外加劑摻量增加后（5%以上）礦井水對混凝土的凝結時間略有影響。3）噴射混凝土

7、物料水泥：沙子：石子合理的配比噴射混凝土物料水泥：沙子：石子合理的配比為：1:1.8:2.2。砂石試塊單項抗壓強度3、噴射混凝土的回彈率僅為國標的12；粉塵全塵降低了62.9%，呼塵降低了33.3%；噴射混凝土強度增加了89%采用該研究成果，噴射物料的初凝結時間短，噴厚增加，單軸抗壓強度高，降塵及減回彈效果顯著。(1）噴射混凝土粉塵全塵降低了62.9%，呼塵濃度降低了33.3%；(2）噴射混凝土的回彈率為7.6%；(GB50056-21錨桿噴射混凝土支護技術規范8.5.4噴射混凝土的回彈率邊墻不應大于15%，拱部不應大于25%)。 (3）噴射混凝土的試塊28d單軸抗壓強度44.524Mpa,噴

8、射混凝土的強度提高了89%。4、系統的闡明了復合噴射混凝土外加劑的防彈及降塵機理研制出了新型復合噴射混凝土外加劑，組分為：1）速凝物質A；2）具有高吸水性能物質B；3）高分子聚合物P。噴射混凝土的回彈及降塵與噴射物料的粘度、潤濕性、PH值、電化學特性等有密切關系。1）噴射混凝土的黏度及潤濕性添加了新型復合外加劑噴射混凝土的粘度是添加J85速凝劑黏度的1.28倍。潤濕速度的比較加入新型復合外加劑的水泥潤濕速度為10mm/min, 加入J85的水泥潤濕速度為6mm/min,而純水泥的潤濕速度為5.2mm/min。添加新型復合噴射混凝土外劑加噴射混凝土潤濕性能優良，優于J85速凝劑。2）噴射混凝土的

9、pH值和電化學特性不同配比下水泥漿體的pH值樣品編號J85J85J85新型復合外加劑新型復合外加劑新型復合外加劑水泥摻量(%)8.3646810pH12.511.59.88.38.08.1添加了新型復合外加劑的水泥漿體的pH值要小于添加J85速凝劑的pH值。pH值小有利于噴射混凝土后期強度的增加。新型復合外加劑的電化學特性：組分B的結構特點決定了組分B的性能。組分B是由兩層硅氧四面片和一層夾于其間的鋁氧八面體片構成的2：1型層狀硅酸鹽礦物。其礦物的微觀結構見圖。組分B具有可塑性。吸水后，其體積可膨脹1030倍。高分子聚合物P在水泥水界面上具有很強的吸附能力，改善了混凝土拌合物的和易性。當噴射混

10、凝土物料中加入了新型復合外加劑后，物料在水化過程中，由于所攜帶著的負電荷，對未被潤濕且帶正電荷的水泥粉塵有一定的靜電吸附作用，通過物理吸附和化學吸附吸附在物料團粒表面，達到降塵效果。B表面電荷產成的示意圖3）添加了新型復合外加劑噴射混凝土的微觀結構新型復合外加劑組分B與水泥生成物C-S-H凝膠結合在一起，除了起充填作用外，還可以吸附周圍的大量自由水，使混凝土試快空隙變小，界面趨于密實。高分子聚合物P促進了水泥漿體的潤濕性能和粘結性和和易性，使得水泥試塊中的凝膠形成比較均勻。 4) 紅外吸收光譜分析添加了新型復合外加劑混凝土試塊在不同水化階段（10min、1hour、1day）的反應產物進行紅外

11、光譜分析：1）新型復合外加劑的加入加快了水泥的水化進程，促進了水化硅酸鈣的生成，使水泥達到早強；羥基（OH）官能集團將對水化對其產生影響重要影響。（2） 新型復合外加劑反應過程中含堿量降低，組分B不僅能作為骨料提高水泥的強度，而且還能促進水泥水化反應,促進水泥膠體的形成，增加漿體的粘性，有助于降低噴射混凝土粉塵。添加了新型復合外加劑水泥試塊10min，1h，1d紅外光譜掃描（3）新型復合外加劑中的高分子聚合物P溶于水后所產生的羥基和氫鍵與水泥水化產物發生反應，增加了噴射物料的粘度。水溶性高分子聚合物P作為混凝土增粘劑，增加了混凝土物料的和易性，但會對混凝土的速凝有一定的干擾。三、推廣應用情況該項目通過在棗莊礦業（集團）公司高莊煤礦現場實驗并進行了推廣應用。通過推廣應用結果表明，噴射混凝土噴射回彈率為7.6%，粉塵全塵濃度降低了62.9%，呼吸性粉塵濃度降低了33.3%，噴