新型隔热混凝土喷层支护技术研究与应用

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发布时间：2021-09-03

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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
1 研究背景
目前，喷射混凝土广泛应用于煤矿巷道锚喷支护
工程中，但随着开采深度日益增加，地温呈线性增长
趋势，严重的高温热害，不仅影响矿山的开采效率，也
严重威胁作业人员的生命安全。有关统计表明：工作
面风温超过标准1℃ ，工作效率降低7％～10％，同时，
风温在30～37 cc以上的工作面，较30℃ 以下的工作
面的事故率增加1．5～2．3倍¨ 。
而目前，常用的井下降温方法为机械制冷方式，
主要是人工引入冷介质，如地面、地下降温系统、空
气冷却器、人工制冷降温技术等 ]。本文从支护
材料角度出发，通过正交试验，研制出一种新型隔热
混凝土材料，其既具有保温隔热效果，又具有良好的
力学性能；将其应用于煤矿巷道锚喷支护当中，目的
在于限制围岩热量向巷道内传播，再辅以通风降温
等机械制冷方式，将热量排出，是一种治本的主动降
温措施。该保温隔热材料已经申请国家发明专利。
2 材料特性与作用机理
2．1 深井热源分析
矿井高温热害的产生是由于各种热源向井巷散
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
等。其中，围岩传热占据主要影响，围岩通过传
导的方式从岩体本身传到整个深部巷道中去，也可
作用于地下水，通过对流传递热量。这样，井下空气
利用上述2种方式获取热量，热量源源不断地从巷
道围岩深处向表面传递，致使温度升高。围岩传热
为最直接和主要的井下热源，占总热源比重的48％
左右。为此，有必要从喷层材料人手，研制一种
隔热混凝土材料，应用于井下喷层支护，用以阻止嗣
岩热量向巷道内传播。
2．2 隔热材料的选取
(1)页岩陶粒：页岩陶粒细观结构如图1(a)所
示，是由泥质岩石、黏土、粉煤灰、煤矸石为主要原材
料，经过加工煅烧而制成的具有一定颗粒级配的陶质
物，其内部有封闭的微孔结构，外部是一层致密的釉
壳包裹，呈球状。具有孑L隙率高、筒压强度高、保温隔
热、耐火性好、抗震及耐久性好的特性。
(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、
筛分、高温瞬时燃烧膨胀玻化而成¨ 。具有理化性
能稳定、轻质、导热系数低、隔热防火、耐高低温、抗
老化、吸水率小等优良特