刘景
平顶山天安煤业股份有限公司六矿开拓三队 河南省平顶山市 467000
摘要：在井下巷道的支护过程当中，混凝土作为基体材料，对于形成支护主体具有至关重要的作用。聚丙烯纤维混凝土是基于混凝土的性能，在混凝土中加入一定比例的聚丙烯纤维，从而达到强化混凝土性能的目的，增加围岩自身承载力。本文研究了聚丙烯纤维混凝土在平煤六矿二水平运输大巷支护中的应用，阐述了聚丙烯纤维混凝土的性能，具有一定的工程指导意义。
关键词：聚丙烯纤维；混凝土；巷道支护；应用
一、聚丙烯纤维混凝土的应用现状
聚丙烯纤维的化学性能稳定，具有非常好的耐酸性和耐碱性；而且掺杂工艺简单、价格低廉，所以，在机场建设、公路铺设、桥梁以及码头建设中都得到了广泛的应用。如果将聚丙烯纤维与混凝土进行混合，就会大大的加强混凝土的稳定性及抗裂性，混凝土就能够很好的粘附在聚丙烯纤维的表面上，增加其力学上的性能。混合后的聚丙烯纤维混凝土结构具有更为优良的抗拉性能、抗压性能、抗裂性能以及防渗性能。
近年来，随着平煤天安股份公司的发展，平煤股份六矿加快了矿井改造建设，逐步向全国一流矿井的方向发展，为满足矿井发展，需要对二水平运输大巷进行大断面扩修，为了实现大断面、强支护、一次投入、永久受益的发展目标，减少巷道返修投入，利用围岩自身的承载能力化被动为主动，利用锚杆支护配合高强度聚丙烯纤维混泥土联合支护，从而增加巷道的服务年限，经过对掺加聚丙烯纤维的混泥土结构进行分析表明，在混凝土中掺入聚丙烯纤维，能够大大的强化混凝土结构的延性和力学性能，并且能够改善混凝土的变形特性。当水灰比为0.6，聚丙烯混凝土中聚丙烯纤维的掺量为0.9%时，低弹性模量混凝土的抗裂、防渗性能达到最优。
1.1聚丙烯纤维的特点
1.1.1 力学性能好，抗拉抗压强度高
在水灰比为0.6、聚丙烯纤维掺量为 1.2%时的聚丙烯纤维混凝土，其抗压强度可以达到10MPa以上，而且，随着聚丙烯纤维掺量的增加呈上升的趋势。因为聚丙烯纤维的存在，使得混凝土中的结构变得更为的紧密，聚丙烯纤维混凝土凝固后，纤维的排列成一定的规律，由于纤维具有很好的抗拉强度，这时的聚丙烯混凝土结构如果承受一定的压力，那么就会以拉力的形式施加到聚丙烯混凝土结构上，聚丙烯纤维正好发挥了其优秀的抗拉抗裂性能，所以，聚丙烯混凝土结构的抗压强度和抗拉强度非常的高。
1.1.2 抗裂性能
聚丙烯纤维的存在对于混凝土的阻裂性能影响非常的明显，不同水灰比条件下，随着聚丙烯纤维掺量的增加，聚丙烯混凝土的抗裂强度呈直线水平上升，并且在聚丙烯纤维的含量为0.9%时达到最大值，之后便缓慢下降。相对于基准混凝土结构，掺加聚丙烯纤维混凝土的抗裂性能均有较大幅度的提高。
二、聚丙烯纤维在井下巷道支护中的应用
平煤股份六矿二水平运输大巷属于锚杆支护，经常会遇到高应力的软岩结构的情况，这种情况下巷道的支护工作难度大、安全性很难达到规定。金属支架等属于被动的支护方式，但是如果仅仅依靠金属支架自身的刚度和强度来支撑沉重的岩层压力，包括支护的结构非常的繁琐，影响正常工作的开展。利用锚杆、锚索等结构的主动支护，增加围岩自身承载能力，配合聚丙烯纤维混泥土，就可以很有效的增加锚杆锚索支护的服务年限。
2.1 井下巷道支护的机理
巷道在没有挖掘之前，处于最原始的应力状态。随着挖掘深度的增加，想到周围的岩体就会出现应力的集中现象，导致巷道周围的岩层松动并且应力朝向巷道中心。在冲击和挖掘的过程当中，会产生更大的应力集中和波动现象，如果这个力大于巷道岩体的承受极限，岩体就会失去平衡，导致巷道围岩的瞬间破坏。
井下巷道的支护正是基于巷道发生坍塌的情况，利用混凝土等形成一定的支护墙体或者支护面，从而来预防和阻止巷道的坍塌。聚丙烯纤维混凝土是聚丙烯纤维和混凝土按照一定的比例混合而成的，其中纤维作为一种基体材料，能够承受较大的拉应力和骑到防渗的效果。将聚丙烯纤维混凝土应用到井下巷道的支护中，能够最大限度的满足巷道支护的需要，大大的降低了巷道挖掘过程中的冲击和振动，保证了井下巷道周边围岩的稳定性。
通过对平煤股份六矿二水平运输大巷巷道的观测，在巷道扩修时必须坚持震动跑控制围岩二次破坏，加强锚网支护的成型，从源头加固锚固拱，随采掘深度的增加，资源的减少，矿井的压力显现，巷道的使用寿命就睡随之而下降。只有依靠围岩自身控制采动力影响才能增加巷道服务年限。平煤股份六矿二水平运输大巷在受到煤矿采动影响，围岩应力相对稳定。通过对掺加聚丙烯纤维和未掺加聚丙烯纤维的巷道对比，在受力影响期间，掺加聚丙烯纤维巷道围岩的应力相对集中，围岩稳定性比较强无出现喷浆皮离层掉顶现象，未掺加聚丙烯纤维巷道应力分布明显，围岩稳定性能差，部分地段出现喷浆皮裂缝、脱落。
2.2 聚丙烯纤维混凝土支护模型及特点
2.2.1聚丙烯纤维混凝土支护模型
将聚丙烯纤维混凝土应用到巷道的支护过程中，先用支架等将岩壁支撑起来，然后在巷道的周边喷射一定厚度的聚丙烯纤维混凝土，待其凝固后，便形成了具有一定刚度和强度的支护壁，用来承受巷道周围的挤压应力。聚丙烯纤维混凝土的支护结构不仅具有传统的支架支护结构吸能减震的效果，而且还能够根据不同巷道的孔径大小而实行动态的浇筑，成为一个整体的支护壁，从而具有更高的强度。因而能够吸收更高的冲击能，大幅度的降低冲击造成的振动，保护岩体和支护结构的完整性。1为聚丙烯混凝土的壁面，2为聚丙烯纤维的主体，3为周围岩壁。由于聚丙烯纤维混凝土中纤维的排列方向是随即的，而纤维具有非常高的抗拉强度，所以，在支护壁面承受较大的挤压应力的情况下，对于支护壁面而言，挤压应力则分解成为径向的剪切应力和轴向的拉压应力，对于聚丙烯混凝土结构而言，其中的聚丙烯纤维承受了大部分的轴向拉压应力，从而分担了了混凝土结构所承受的大部分的拉压应力，这样就大大的增加了支护避免的承压能力，这种支护结构可以承受非常大的支护应力。
2.2.2 聚丙烯混凝土支护结构的特点
聚丙烯纤维混凝土支护与传统的支护技术相比较，具有可塑性强、支护成本低等优点。1）可塑性强。由于聚丙烯纤维混凝土的初始状态为液态，可以随着所需要支护的巷道而任意的喷射，并且，在应力集中较大的巷道顶端可以根据实际的需要浇筑较多的混凝土，从而形成较为厚的支护壁，承受更大的应力。另外，在后期的工作当中，如果出现局部的损坏或者断裂，可以进行整体的修复和加固，而且不影响其使用的寿命。（2）支护成本低。混凝土的来源广泛，且价格低廉，而且在支护过程当中比较简单，完成了这一阶段巷道的支护，这样就可以节约大量的支护支架等材料，形成循环利用的态势，大大的节约了支护的成本和人工成本。（3）安全系数高。由于聚丙烯纤维混凝土凝固后，具有非常大的刚度和硬度，能够承受非常大的拉压应力，所以，对于普通的巷道支护工作，其强度已经绰绰有余；如果对于一些深度超过500m的深层巷道，周围的挤压应力超过102MPa，那么就需要厚度较为大的支护结构，聚丙烯纤维混凝土结构同样能够满足其支护的性能要求。（4）耐酸碱性能强，聚丙烯纤维混凝土凝固后为固体的实体结构，其主要的成为难于氧化或者腐蚀的材料，所以具有非常强的耐酸性和耐碱性，对于地表以下复杂的酸碱环境具有非常好的适应能力，不会被微生物所分解，所以，适应性很好。（5）使用寿命长，一般的混凝土结构的使用寿命可以达到10年作用而不会发生任何的质量问题，对于夹杂如聚丙烯纤维的混凝土结构，其寿命会有一定程度的提高，会达到20年至30年，在其使用的寿命周期内，不会出现任何的质量问题。
三、聚丙烯纤维混凝土的应用展望
喷浆支护巷道支护的研究正在一步步的被人们关注，为了提高巷道支护的质量和效率，近几年兴起的巷道喷浆支护机器人与大排量的喷湿机投入到了工程实际过程当中，不仅仅的大大的提高了工作效率，而且还减轻了人力的损耗和资源的浪费，随着机器人控制技术的成熟，机器人工作的精度和质量会大大的提升，这样就可以使得喷浆支护巷道的技术更加的趋于完美。