新型噴漿材料及配套工藝技術(shù)研究

新型噴漿材料與配套工藝技術(shù)研究項目論證報告兗州煤業(yè)股份有限公司南屯煤礦杭州求是支護(hù)器材有限公司浙江大學(xué)二○○七年七月目錄項目的必要性國內(nèi)外噴漿技術(shù)的發(fā)展 1干（潮）噴漿技術(shù)存在的問題 2改性噴漿材料濕噴技術(shù)的特點 2我國改性水泥和混凝土的研究水平及在煤炭系統(tǒng)應(yīng)用的意義 3研究開發(fā)內(nèi)容聚合物改性混凝土研制 4聚合物改性水泥研制 4濕式混凝土噴射機(jī)研制 4濕式水泥漿噴射機(jī)研制 5主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)、項目最終目標(biāo)研發(fā)項目的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo) 5項目最終目標(biāo) 6關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點項目關(guān)鍵技術(shù) 6項目創(chuàng)新點 6研制開發(fā)的技術(shù)路線，實施的方式、方法、步驟聚合物改性的研制方案和方法 8噴射機(jī)的開發(fā)思路和方案 9項目實施的步驟 9技術(shù)、經(jīng)濟(jì)可行性及可靠性分析、論證 9對安全、環(huán)境、健康的影響性分析 10現(xiàn)有基礎(chǔ)、技術(shù)條件，保證體系 10經(jīng)濟(jì)、社會效益分析環(huán)境效益 11速度效益 11質(zhì)量和安全效益 12經(jīng)濟(jì)和社會效益 12項目實施進(jìn)度計劃（按年、月的詳細(xì)進(jìn)度計劃） 12經(jīng)費(fèi)計劃（費(fèi)用性、資本性分開，盡量列出明細(xì)） 13項目負(fù)責(zé)人、項目組成員 14 新型噴漿材料與配套工藝技術(shù)研究項目論證報告項目的必要性噴射混凝土是煤礦井巷支護(hù)技術(shù)、設(shè)計和施工方法的一次重要變革，在井下施工中噴射混凝土的應(yīng)用越來越廣泛。噴射混凝土具有速凝的特性，其施工必須采用特定的混凝土噴射機(jī)進(jìn)行噴射作業(yè)。1.國內(nèi)外噴漿技術(shù)的發(fā)展1907年，美國研制了世界上第一臺單罐式混凝土噴射機(jī)，隨后又出現(xiàn)了雙罐式混凝土噴射機(jī)、直筒轉(zhuǎn)子式干式混凝土噴射機(jī)、“U”型料腔轉(zhuǎn)子式干式噴射機(jī)；70年代美國、瑞士、德國、日本等國家開始研制濕式噴射機(jī)；80年代，國外已逐漸淘汰干式、潮式噴射機(jī)，開始推廣應(yīng)用各種型式的濕式混凝土噴射機(jī)，同時，各種改性混凝土開始在美國、德國、英國、俄羅斯及日本商業(yè)化應(yīng)用。部分國家噴射混凝土作業(yè)中干噴與濕噴所占比例國家濕噴（%）干噴（%）法國6040意大利9010日本8020挪威991瑞士6535美國6040國外混凝土噴射機(jī)經(jīng)歷了近百年的發(fā)展，已從結(jié)構(gòu)簡單、功能單一、噴射質(zhì)量差的罐式噴射機(jī)發(fā)展為具有上料、配料、攪拌、外加劑添加與輸送、噴射為一體，具有智能控制水平的濕式混凝土噴射機(jī)組。我國混凝土噴射技術(shù)起步較晚，二十世紀(jì)60年代，開始從國外引進(jìn)混凝土噴射技術(shù)并在巖巷進(jìn)行試驗。1965年，我國研制出第一臺雙罐式混凝土噴漿機(jī)。隨后也沿著國外的道路探索前進(jìn)，其中以煤科總院南京研究所為最具代表性。由于種種原因，國內(nèi)目前仍以干（潮）式噴射機(jī)為主。隨著人們環(huán)保意識的增強(qiáng)以及對噴射混凝土質(zhì)量要求的提高，越來越多的從國外引進(jìn)的濕式混凝土噴射機(jī)進(jìn)入國內(nèi)大型水利工程，如二灘水電站，黃河小浪底工程，三峽工程等，近幾年來，國內(nèi)也開始研發(fā)濕式混凝土噴射機(jī)，但實際應(yīng)用的技術(shù)水平尚有待于提高。2.干（潮）噴漿技術(shù)存在的問題國內(nèi)煤礦使用噴射混凝土的材料基本以水泥、砂石、粉煤灰及速凝劑等按一定比例拌合而成，用干（潮）式混凝土噴射施工。隨著煤礦開采水平的提高，現(xiàn)用的噴漿技術(shù)的缺陷也顯露出來：噴涂層開裂隨著井下壓力越來越大，在動壓（或沖擊壓力）的作用下，缺乏韌性的噴涂層經(jīng)常出現(xiàn)龜裂、爆裂或整塊脫落的現(xiàn)象（在采動壓影響較大的區(qū)域噴涂層混凝土的開裂度高達(dá)50％），嚴(yán)重影響了支護(hù)效果，甚至造成人員傷亡和設(shè)施損毀的重大事故。噴涂層脫層井巷噴漿界面組成成份復(fù)雜，噴漿料與噴涂界面的粘附性參差不齊，加上現(xiàn)有噴涂混凝土彈性模量低，容易與噴涂界面分離、脫層，直接影響支護(hù)效果。質(zhì)量控制難受井下作業(yè)環(huán)境和操作人員素質(zhì)的限制，對現(xiàn)有噴漿料的配比及混合工藝無法實施有效控制，噴涂層質(zhì)量難以保證?；貜椔矢吒桑ǔ保﹪娛┕?，物料與水在噴出口處匯合，未經(jīng)過攪合工藝，水泥的粘結(jié)作用不能充分發(fā)揮，直接導(dǎo)致噴射回彈率居高不下，人力、物力浪費(fèi)嚴(yán)重。致密性差現(xiàn)有噴漿料本身的致密性和防滲性較差，目前的工藝只能用加厚噴涂層的辦法防滲水，大幅度增加了巷道支護(hù)成本。而現(xiàn)有噴漿料噴涂的厚度越厚，脆性也越大，就越容易開裂，甚至脫落。粉塵大傳統(tǒng)干（潮）噴施工作業(yè)粉塵較大（粉塵濃度在50～80mg∕m3），水泥粉塵是一種吸水性很強(qiáng)的物質(zhì)，吸入肺部后不易分解、代謝，是礦工得肺矽病的主要原因。3.改性噴漿材料濕噴技術(shù)的特點采煤業(yè)發(fā)達(dá)國家煤礦井巷不少采用濕噴技術(shù)施工，表面噴漿材料則用丙烯酸酯聚合物改性水泥和混凝土。這種改性技術(shù)和施工方式主要優(yōu)異性概括起來如下：改性水泥和混凝土具有抗壓強(qiáng)度、粘結(jié)強(qiáng)度、防滲性優(yōu)異等特點。改性水泥和混凝土具有較好的彈性模量，噴涂層不易開裂。降低作業(yè)粉塵濃度（降低至5～10mg∕m3），消除了對工人健康的危害?；貜椔实汀８蓢姇r，混凝土回彈率可達(dá)30%以上。采用濕噴技術(shù)，回彈率可降低到10%以下。有效克服普通水泥和混凝土致密性差的缺陷，防止風(fēng)化。工程質(zhì)量容易控制。濕噴時，由于聚灰比、水灰比易于控制，水泥和混凝土和化程度高，故可大大改善噴射水泥和混凝土的勻質(zhì)性。聚合物水泥砂漿混凝土（PCC）：聚合物改性水泥和混凝土是通過聚合物在水泥或混凝土與填料間形成具有較高粘合力的膜，并堵塞混凝土內(nèi)的空隙來實現(xiàn)混凝土高性能化的。水泥水化與聚合物成膜同時進(jìn)行，普通水泥和混凝土在水化反應(yīng)過程中會消耗水，原先存在水的地方會形成空隙和微裂紋，在添加聚合物后，具有一定彈性的聚合物大分子會沿著縫隙和微裂紋方向延伸，部分填充空隙和微裂紋，阻止微裂紋進(jìn)一步擴(kuò)張，降低空隙率，從而阻止水的滲透，又提高了形變性能，防止龜裂。同時，添加的聚合物在水泥和混凝土中自身也會固化，形成連續(xù)的聚合物分子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，并吸附在無機(jī)膠材料的周圍，從而達(dá)到增強(qiáng)的效果。PCC的強(qiáng)度是其使用的一項重要指標(biāo)，研究表明當(dāng)P/C（聚灰比）為某一值時，強(qiáng)度出現(xiàn)極大值，進(jìn)一步增加聚合物時，強(qiáng)度則會下降，當(dāng)P/C低于某一值時，會出現(xiàn)比普通水泥砂漿混凝土強(qiáng)度低的情況。聚合物用量取決于成本及性能，一般聚合物占水泥5～10%m/m。水泥砂漿摻入聚合物后原來所具有的部分網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)被橡膠所填充，水泥與砂子的界面由橡膠起粘結(jié)作用，因橡膠本身的高彈性，降低了砂漿的吸水率和干燥收縮力，從而提高了它的抗龜裂性，噴涂層不易開裂。聚合物的加入對水泥砂漿混凝土的水化程度沒有顯著影響，實驗表明聚合物對水泥砂漿混凝土有明顯的減水作用，水灰比主要取決于混凝土的流動性，水灰比增加時，抗折強(qiáng)度降低，抗?jié)B性變小。水灰比一般在30～45%m/m。聚合物水泥砂漿混凝土由于加入聚合物后，很容易在PCC表面上形成一層膜，濕固化時間將縮短，干固化時間延長，一般采用濕固化3～5天，干固化21～28天。本項目旨在開發(fā)一種具有以上特性的高分子聚合物改性的水泥和混凝土噴漿材料及用該材料在煤礦井巷施工的設(shè)備——濕式混凝土噴射機(jī)和濕式水泥漿噴射機(jī)。4.我國改性水泥和混凝土的研究水平及在煤炭系統(tǒng)應(yīng)用的意義我國從60年代初開始研究應(yīng)用聚合物改性水泥和混凝土，但由于聚合物生產(chǎn)成本較高，產(chǎn)品質(zhì)量不能完全滿足要求，研究處于低谷。隨著我國化學(xué)工業(yè)不斷發(fā)展，從80年代開始，這一領(lǐng)域的研究重新得到重視。對各種聚合物改性的效果、改性機(jī)理、聚合物與水泥、水泥水化產(chǎn)物之間的作用機(jī)理等從理論上進(jìn)行了較深入的研究，并在眾多水利工程及地面建筑項目中應(yīng)用，已接近世界先進(jìn)水平。我國是世界采煤大國，煤炭系統(tǒng)受體制及歷史改革的限制，整體技術(shù)應(yīng)用水平相對落后。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步、人本主義的提高、環(huán)保意識的增強(qiáng)，在我國煤炭系統(tǒng)推廣聚合物改性水泥和混凝土濕噴技術(shù)，對節(jié)約資源、改善井下作業(yè)環(huán)境、提高噴漿支護(hù)效果不僅有重大的現(xiàn)實意義，更有深遠(yuǎn)的歷史意義。研究開發(fā)內(nèi)容研究開發(fā)的主要內(nèi)容包括以下四項：1.聚合物改性混凝土研制（1）研究混凝土改性用聚合物的種類及其用量對成品力學(xué)性能（抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗?jié)B性）的影響：聚合物選用丙烯酸酯類聚合物，合成聚合物的分子結(jié)構(gòu)、玻璃化溫度、分子量和分布等特性是聚合物的種類選擇的關(guān)鍵。（2）研究聚合物改性混凝土的聚灰比及水灰比對成品力學(xué)性能的影響：聚合物改性混凝土的強(qiáng)度是其使用的一項重要指標(biāo)，當(dāng)P/C（聚灰比）為某一值時，強(qiáng)度會出現(xiàn)極大值，進(jìn)一步增加聚合物時，強(qiáng)度則會下降，當(dāng)P/C低于某一值時，會出現(xiàn)比普通水泥砂漿混凝土強(qiáng)度低的情況，找到最佳聚灰比。（3）聚合物改性混凝土中各種添加劑（速凝劑、減水劑、增粘劑、早強(qiáng)劑、防水劑等）種類及其用量的篩選和確定。（4）聚合物改性混凝土的固化養(yǎng)護(hù)工藝條件的優(yōu)化（濕固化和干固化天數(shù)）。聚合物水泥砂漿混凝土由于加入聚合物后，很容易在PCC表面上形成一層膜，濕固化時間將縮短，干固化時間延長，找到最佳濕固化和干固化天數(shù)。2.聚合物改性水泥研制聚合物改性水泥的開發(fā)內(nèi)容及手段與聚合物改性混凝土研制類同：（1）研究水泥改性用聚合物的種類及其用量對成品力學(xué)性能的影響。（2）噴漿用聚合物改性水泥的聚灰比及水灰比對成品力學(xué)性能的影響。（3）聚合物改性水泥中各種添加劑種類及其用量的篩選、確定。（4）聚合物改性水泥的固化養(yǎng)護(hù)工藝條件的優(yōu)化。3.濕式混凝土噴射機(jī)研制研制一種用上述聚合物改性混凝土在煤礦井巷施工的設(shè)備。研究聚合物改性混凝土輸送和噴射過程中的流變特性；研究風(fēng)動和電動雙動力源的轉(zhuǎn)換及噴射機(jī)停機(jī)時的快速清洗機(jī)構(gòu)。4.濕式水泥漿噴射機(jī)研制研制一種用上述聚合物改性水泥在煤礦井巷施工的設(shè)備；研究聚合物改性水泥輸送和噴射過程中的流變特性及新型濕式水泥漿噴射機(jī)停機(jī)時的快速清洗機(jī)構(gòu)。主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)、項目最終目標(biāo)1、研發(fā)項目的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)（1）聚合物改性混凝土的性能與原用混凝土在同等面積及支護(hù)強(qiáng)度（終凝后抗壓強(qiáng)度4MPa）要求下，聚合物改性混凝土的噴射厚度比原來減少40％，改性物料的直接成本增加不超過20%；若聚合物改性混凝土的噴射厚度減少20％，抗壓強(qiáng)度增加，則物料的直接成本基本持平。此外，聚合物改性混凝土的抗彎強(qiáng)度、抗沖擊強(qiáng)度及彈性模量與原用混凝土相比將有明顯的增強(qiáng)。（2）聚合物改性水泥的性能聚合物改性水泥的致密性增加，彈性模量約在10GPa，耐滲水；要求封閉用聚合物改性水泥噴射厚度控制在（5～10）mm左右，成本控制在混凝土噴漿料的1/3。（3）濕式混凝土噴射機(jī)的性能適應(yīng)于大巷聚合物改性混凝土濕噴作業(yè)的需要，采用風(fēng)動和電動雙動力源；生產(chǎn)效率2～3m3/h；水平輸送距離≥40m，垂直距離≥30m；回彈率平均≤10%。（4）濕式水泥漿噴射機(jī)的性能適應(yīng)于煤巷封閉及局部復(fù)噴需要的聚合物改性水泥漿濕式噴射機(jī)，采用單一風(fēng)動動力源；生產(chǎn)效率1～2m3/h；水平輸送距離≥30m，垂直距離≥20m；回彈率平均≤10%，設(shè)備重量控制在200kg左右，便于搬運(yùn)。（5）粉塵濃度指標(biāo)濕式噴射機(jī)施工時，現(xiàn)場粉塵濃度指標(biāo)符合《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，最大允許粉塵濃度為10mg/m3。2、項目最終目標(biāo)煤礦巷道表面經(jīng)聚合物改性水泥或混凝土噴涂后，具有良好的封閉性、抗巖體脫落性、抗耐水性、抗變形性、宜施工性；且改善井下噴漿施工環(huán)境，提高井巷錨噴支護(hù)質(zhì)量和巷道安全。項目完成后擁有煤礦巷道噴漿用聚合物改性水泥和混凝土設(shè)備及施工工藝技術(shù)。關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點一般噴射混凝土是在普通水泥、集料中添加速凝劑、減水劑、增粘劑、早強(qiáng)劑、防水劑等。普通水泥混凝土加入高分子聚合物材料后，水泥基材料的諸多性能如強(qiáng)度、變形能力、粘結(jié)性能、防水性能以及耐久性等都會有所改善。1、項目關(guān)鍵技術(shù)：（1）巷道噴漿支護(hù)的水泥和混凝土改性用聚合物分子結(jié)構(gòu)和特性的篩選；（2）聚合物改性混凝土的多種添加劑的相互匹配規(guī)律；（3）聚合物改性水泥和混凝土的綜合力學(xué)性能的平衡和調(diào)控策略；（4）大阻尼物料（混凝土和水泥漿）在輸送過程中的機(jī)械流道設(shè)計及耐磨技術(shù)的應(yīng)用；（5）濕式混凝土噴射機(jī)中遠(yuǎn)距離輸送的動力匹配及停止作業(yè)和突然失去動力時的快速清洗。2、項目創(chuàng)新點（1）新型噴漿支護(hù)材料聚合物改性水泥和混凝土在國內(nèi)煤礦井下使用，能改變目前普通水泥和混凝土的缺陷，提高巷道的支護(hù)水平，開創(chuàng)國內(nèi)煤礦巷道支護(hù)使用聚合物改性水泥和混凝土的先例，產(chǎn)品達(dá)到國內(nèi)首創(chuàng)，世界先進(jìn)的水平。（2）濕式雙動力輸送濕式混凝土噴射機(jī)采用濕料輸送噴射施工，運(yùn)用風(fēng)動和電動雙動力源，解決單一動力缺陷，適應(yīng)不同條件下的濕噴作業(yè)。（3）封閉用濕式水泥噴射機(jī)濕式水泥漿噴射機(jī)采用聚合物改性水泥濕料輸送噴射施工，它體積小、重量輕、便于搬運(yùn)。適合于煤巷封閉及局部復(fù)噴修復(fù)作業(yè)需要。目前處于基礎(chǔ)研究階段。(4)柱塞式濕式噴漿機(jī)我們考察了國內(nèi)外濕式混凝土噴射機(jī)的幾種形式，考慮了混凝土在管道中的輸送特性、管道的清洗、混凝土對機(jī)械的磨損等諸多因素。并綜合考慮現(xiàn)有的干噴機(jī)，最終選用了柱塞式濕噴機(jī)，在柱塞泵出口處通入壓縮空氣，將混凝土噴射出去，在噴嘴處用計量泵的形式加入速凝劑，完成濕噴機(jī)的工作。經(jīng)檢索，目前國內(nèi)尚未有適用于煤礦井下作業(yè)的濕式混凝土噴射機(jī)，新汶礦務(wù)局等單位，曾試用過成都巖峰科技發(fā)展有限公司制造的活塞式濕式混凝土噴射機(jī)。由于該機(jī)型并非專為煤礦井下作業(yè)而設(shè)計，在使用中發(fā)現(xiàn)諸多問題，現(xiàn)已基本停止使用。本項目研究的目的是根據(jù)國內(nèi)煤炭系統(tǒng)的實際情況，研制一種適應(yīng)于國內(nèi)煤炭系統(tǒng)井下作業(yè)的濕式混凝土噴射機(jī)，在設(shè)計中充分考慮下列問題：設(shè)備的輕型化：有利于井下作業(yè)和搬運(yùn)；配備自動混料和上料機(jī)構(gòu)：減少井下拌料作業(yè)時產(chǎn)生的粉塵，減輕操作人員的勞動強(qiáng)度；突然停電時的快速清洗：避免因混凝土結(jié)痂而導(dǎo)致設(shè)備損壞；氣壓波動時的自動穩(wěn)壓機(jī)構(gòu)：適合井下作業(yè)的特點，保證設(shè)備的正常運(yùn)行；操作簡單且安全：適合國內(nèi)煤炭系統(tǒng)的現(xiàn)實狀況。目前國內(nèi)煤炭系統(tǒng)尚未推廣改性水泥噴射技術(shù)，亦未有相應(yīng)的設(shè)備問世，項目研究以仿制國外同類型設(shè)備為主，將綜合吸取英國和澳大利亞相關(guān)設(shè)備的優(yōu)點，針對國內(nèi)煤炭系統(tǒng)的特點，研制出一種經(jīng)濟(jì)適用的濕式改性水泥噴射機(jī)。噴射口噴射口空壓機(jī) 壓縮空氣 空壓機(jī)出料進(jìn)料 出料主機(jī) 主機(jī)攪拌機(jī) 進(jìn)料攪拌機(jī)計量泵電機(jī)、渦輪減速機(jī) 計量泵電機(jī)、渦輪減速機(jī) 動力噴漿機(jī)工作原理圖研制開發(fā)的技術(shù)路線，實施的方式、方法、步驟傳統(tǒng)拌制水泥和混凝土是由纖維素醚作為添加劑來改善保水性和施工性，然而它們的粘附性卻很差或?qū)δ承┑撞纳踔敛荒苷持涣硗猓瑐鹘y(tǒng)的混凝土是一種非常堅硬、脆性、無韌性的材料，在粘接強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、耐水性、抗變形等方面都有較大的缺陷。在實際應(yīng)用中，煤礦井巷表面噴漿施工中需要混凝土具有一定的粘附性，結(jié)痂后的混凝土能夠有一定抗變形能力的柔韌性，這就需要用聚合物來改性混凝土才能滿足要求。1.聚合物改性的研制方案和方法（1）采用無機(jī)/有機(jī)復(fù)合材料的增韌機(jī)理從聚合物的分子結(jié)構(gòu)和特性出發(fā)篩選適合噴漿支護(hù)水泥和混凝土改性用高分子材料，著重考察聚合物材料的玻璃化溫度、分子量和分布對混凝土的增韌性能的影響，并分析研究聚合物材料微顆粒在水泥和混凝土中的分散特性以及與水泥和混凝土無機(jī)材料之間的界面相互作用特性。（2）運(yùn)用分子協(xié)同作用原理考察分散劑、界面改性劑和流變劑等多種添加劑對聚合物改性水泥和混凝土復(fù)合材料綜合力學(xué)性能的影響，建立多種添加劑對聚合物改性水泥和混凝土性能影響的協(xié)同作用特征。（3）采用具有返混攪拌結(jié)構(gòu)的混料裝置進(jìn)行水泥和混凝土與改性聚合物之間的混合，確保二者之間的均勻分散，并研究各種添加劑對聚合物改性水泥和混凝土的流變性能的影響，從而保證濕式噴漿施工的操作可靠性，減少聚合物改性水泥和混凝土的回彈性。（4）采用掃描和透射電子顯微鏡觀察高分子材料在水泥和混凝土中的分散性和界面狀態(tài)，采用界面直接溶劑萃取技術(shù)分析聚合物改性水泥和混凝土在基材上的粘著性。改性水泥及混凝土配比表聚灰比（%m/m）5～10水灰比（%m/m）30～45砂灰比（%m/m）200～300消泡劑用量（占聚合物量的%m/m）1～3其它助劑用量（占聚合物量的%m/m）1～3養(yǎng)護(hù)方法（天）濕固化3～5天，干固化21～28天。2.噴射機(jī)的開發(fā)思路和方案（1）采用渦輪渦桿減速結(jié)構(gòu)，及凸輪柱塞式送料結(jié)構(gòu)，減小整機(jī)體積和重量。（2）選用特種非金屬材料加工摩擦盤，應(yīng)用嵌入加工技術(shù)，用高硬度的缸套作為主要承受摩擦的零件，解決整機(jī)耐磨性問題。3.項目實施的步驟項目采用企校研三位一體的合作方式開展聯(lián)合研究開發(fā)，充分發(fā)揮合作各方的特長，分工協(xié)作，優(yōu)勢互補(bǔ)，從而為項目的順利實施打下良好基礎(chǔ)。項目實施的步驟擬采用先實驗室小試，包括聚合物改性水泥和混凝土配方和工藝的設(shè)計、改性水泥和混凝土力學(xué)性能的測試和評價；濕式噴漿試驗機(jī)的設(shè)計、制作以及噴樣試驗操作；噴漿工藝的優(yōu)化等。隨后進(jìn)行批量聚合物水泥和混凝土的復(fù)配，開展批量生產(chǎn)過程的工藝操作重現(xiàn)性和穩(wěn)定可靠性中試。最后，開展聚合物改性水泥和混凝土的井下噴漿工業(yè)性應(yīng)用試驗。井下噴漿工業(yè)性試驗視濕式噴漿機(jī)的研制進(jìn)展，分兩個階段。首先，利用現(xiàn)有干潮式噴漿機(jī)進(jìn)行井下噴漿試驗（計劃于2007年7月底前進(jìn)行）；濕式噴漿機(jī)研制成功之后，再用新型濕式噴漿機(jī)進(jìn)行井下試驗。另外，項目研究開發(fā)過程擬先依據(jù)現(xiàn)場噴漿施工狀態(tài)和支護(hù)性能要求確定噴漿混凝土改性聚合物材料和噴漿機(jī)的設(shè)計的基礎(chǔ)。隨后運(yùn)用無機(jī)/聚合物復(fù)合材料的增強(qiáng)增韌原理對所用聚合物和多種添加劑種類和用量進(jìn)行科學(xué)篩選，考察聚灰比、水灰比和添加劑等對材料力學(xué)和施工性能的影響，并優(yōu)化配方工藝和條件，同時開展?jié)袷絿姖{機(jī)的設(shè)計和制作。接著，擬結(jié)合噴漿樣機(jī)與聚合物改性水泥和混凝土開展噴漿工藝的研究，優(yōu)化噴漿施工工藝和操作條件。最后，開展現(xiàn)場工業(yè)化應(yīng)用噴漿施工試驗，考核聚合物改性水泥和混凝土的實際噴漿效果，并開展項目技術(shù)總結(jié)和鑒定。技術(shù)、經(jīng)濟(jì)可行性及可靠性分析、論證聚合物改性劑配比及種類選擇是項目的關(guān)鍵所在，要系統(tǒng)分析各種高分子材料的性能及組合的變化趨勢，是一項非常細(xì)致、耗時、全面的系統(tǒng)工程。我們聯(lián)合浙江大學(xué)聚合反應(yīng)工程實驗室（化學(xué)工程聯(lián)合國家重點實驗室），利用浙大已有的經(jīng)驗和成果，有針對性地做好煤礦噴漿用聚合物改性劑的研究工作。吸收日本、德國等發(fā)達(dá)國家的先進(jìn)經(jīng)驗及各項參數(shù)，運(yùn)用國內(nèi)材料，做好高分子聚合物的篩選與配比性能的測試，設(shè)計出煤礦井下需求的水泥和混凝土改性劑。聚合物改性水泥和混凝土的改性劑已篩選出了四組，并制成水泥和混凝土的試驗小樣進(jìn)行觀察試驗，各方面的數(shù)據(jù)與對比有待進(jìn)一步的系統(tǒng)研究與試驗。濕式混凝土噴射機(jī)是運(yùn)用凸輪、柱塞式物料分配機(jī)構(gòu)輸送物料，有利于大阻尼物料大劑量地輸送，已經(jīng)進(jìn)行的試驗結(jié)果表明，整機(jī)的設(shè)計思路是正確的，達(dá)到了設(shè)計的目的和功能，考慮到混凝土物料硬度較大，物料在高速輸送時對機(jī)械輸送部件的磨損嚴(yán)重，我們采取了措施，調(diào)整設(shè)計方案，使用了缸套嵌入技術(shù)，以高硬度材料作為主要磨損件，用局部硬化來提高整機(jī)耐磨性。目前還在不斷的改進(jìn)和完善中。用于封閉用的輕便型噴漿機(jī)，已完成樣機(jī)設(shè)計，由于有混凝土噴射機(jī)的成功經(jīng)驗，該機(jī)型的設(shè)計及制作不會有大的困難出現(xiàn)。對安全、環(huán)境、健康的影響性分析本項目所選用的聚合物及助劑為環(huán)保型的水溶性高分子物質(zhì)，所以在整個制備聚合物改性水泥和混凝土的應(yīng)用中是無毒的，安全和環(huán)境保護(hù)按一般水泥混凝土制備處理。本項目所配套使用的濕式噴射機(jī)，按照機(jī)械類產(chǎn)品設(shè)計生產(chǎn)，電器裝置采用防爆產(chǎn)品，正式下井使用須取得有關(guān)安全管理部門的許可?，F(xiàn)有基礎(chǔ)、技術(shù)條件、保證體系南屯煤礦具有在復(fù)雜地質(zhì)條件下對煤礦巷坑道進(jìn)行支護(hù)的豐富實踐和理論經(jīng)驗，隨著科技的不斷進(jìn)步，不斷開發(fā)和研制具有優(yōu)異支護(hù)效果的新型支護(hù)材料及其工藝技術(shù)，為促進(jìn)我國煤礦支護(hù)技術(shù)的發(fā)展盡一份力。杭州求是支護(hù)器材有限公司是一家以浙江大學(xué)等眾多國內(nèi)領(lǐng)先學(xué)科領(lǐng)域的專家教授為技術(shù)后盾、以煤礦用新型支護(hù)材料及工藝技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化為主導(dǎo)的新興民營科技型企業(yè)。公司成立四年來，已成功開發(fā)了擁有完全知識產(chǎn)權(quán)的玻璃鋼錨桿和鋼塑復(fù)合網(wǎng)等新型支護(hù)材料，其中鋼塑復(fù)合網(wǎng)產(chǎn)品及生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)備，已在國內(nèi)近20多個大型礦務(wù)局實施了技術(shù)轉(zhuǎn)讓，形成了年產(chǎn)值近3億元的新興產(chǎn)業(yè)。本項目是杭州求是支護(hù)器材有限公司聯(lián)合浙江大學(xué)聚合反應(yīng)工程實驗室開展的研究項目。聚合反應(yīng)工程實驗室（化學(xué)工程聯(lián)合國家重點實驗室）擁有凝膠滲透色譜儀、差示掃描量熱儀、熱重分析儀、電導(dǎo)滴定分析儀、UV分光光度儀、熒光和質(zhì)普分析儀及各種材料性能分析評價試驗儀器。專業(yè)的理論知識、系統(tǒng)的分析手段、一流的檢測儀器、豐富的實踐經(jīng)驗，為本項目的順利研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用打下了堅實的基礎(chǔ)。浙江大學(xué)是全國綜合實力名列前茅的綜合性大學(xué)，聚合反應(yīng)工程實驗室是國內(nèi)唯一的、專門從事聚合反應(yīng)研究的國家重點實驗室，在聚合物學(xué)術(shù)領(lǐng)域和改性材料研究水平處于國內(nèi)領(lǐng)先水平，曾進(jìn)行多個國家重點課題和工程項目的研究及應(yīng)用。最近完成和正在實施的主要項目有：PVC改性劑MBS樹脂技術(shù)開發(fā)（國家科技攻關(guān)項目）；苯乙烯懸浮聚合宏觀成粒過程的研究（國家科技攻關(guān)項目）；無皂法親和高分子乳液微球的分子構(gòu)筑及表征（國家自然科學(xué)基金項目）；聚烯烴多重結(jié)構(gòu)及其高性能化的基礎(chǔ)研究—聚烯烴的反應(yīng)釜內(nèi)合金化和無機(jī)納米顆粒在高分子體系中的原位分散（國家重點基礎(chǔ)研究專項經(jīng)費(fèi)資助項目）；粘性聚合物系流動取向作用下細(xì)微固體顆粒分散問題（國家自然科學(xué)基金項目）；乳液聚合動力學(xué)、機(jī)理和模型化研究（國際合作項目）；AffinityLatexforBioapplication（中日國際合作項目）；新型噴漿材料與配套工藝技術(shù)研究（自選合作項目）。經(jīng)濟(jì)、社會效益分析。采用新型噴漿材料及其相應(yīng)的濕噴施工工藝，改善了現(xiàn)場作業(yè)條件和安全性，實現(xiàn)了環(huán)保型濕噴技術(shù)，填補(bǔ)了國內(nèi)空白，達(dá)到世界先進(jìn)水平。產(chǎn)生了明顯的效益：1、環(huán)境效益粉塵濃度大幅度降低，機(jī)旁幾乎沒有粉塵，保護(hù)了工人身心健康。2、速度效益速度效益包括三個方面的含義：（1）降低回彈率相當(dāng)于又間接地提高了生產(chǎn)效率；（2）可減少達(dá)到設(shè)計噴層厚度的次數(shù)，簡化工序從而提高施工速度。（3）降低維修率。3、質(zhì)量和安全效益質(zhì)量和安全效益包含兩個方面的意義：（1）濕噴水泥和混凝土強(qiáng)度從水灰比準(zhǔn)確控制，拌合及水化作用充分以及速凝劑按比例計量添加等方面得到了充分保證。同時由于噴層厚度比干噴大幅度減薄，容易達(dá)到設(shè)計噴層厚度要求。（2）由于噴射水泥和混凝土強(qiáng)度和噴層厚度有可靠保證，支護(hù)質(zhì)量得以提高，井下施工安全就有了保障。4、經(jīng)濟(jì)效益和社會效益濕噴技術(shù)減少錨噴支護(hù)材料約40%，降低回彈節(jié)約材料約20%，加上其它綜合成本所產(chǎn)生的效益足以補(bǔ)償購置聚合物改性劑所產(chǎn)生的價差并有盈余。因此推廣濕噴技術(shù)除上述宏觀效益外，還將帶來直接經(jīng)濟(jì)效益。兗礦是中國最大的煤礦企業(yè)之一，每年開采量高達(dá)幾千萬噸，形成幾十萬平方米的巷坑道需要進(jìn)行噴漿支護(hù)處理，若能夠成功采用本項目的新型噴漿材料和濕噴技術(shù)，不僅可以提高巷道的支護(hù)強(qiáng)度，而且能夠節(jié)省大量支護(hù)費(fèi)用，改善生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境的安全條件。項目成功實施，若在全國推廣運(yùn)用，不僅具有較好的經(jīng)濟(jì)價值，同時符合國家倡導(dǎo)的創(chuàng)新、節(jié)能和環(huán)保三大理念，必將給我國煤炭系統(tǒng)的錨網(wǎng)支護(hù)技術(shù)帶來一場變革，其社會意義和歷史意義十分重大。項目實施進(jìn)度計劃（按年、月的詳細(xì)進(jìn)度計劃）。2007年7月～9月濕式混凝土噴射機(jī)資料收集、調(diào)研和論證。2007年9月～12月濕式混凝土噴射機(jī)設(shè)計。2008年1月～3月濕式混凝土噴射機(jī)設(shè)計修改與樣機(jī)