铜尾矿改性水泥基地聚合物注浆材料性能与机理分析

为促进岩土工程绿色发展,提高尾矿资源化利用效率,选取铜尾矿制备铜尾矿改性水泥基地聚合物注浆材料,研究水固比、铜尾矿掺量、碱激发剂用量及碱激发剂模数对改性浆液各性能指标的影响规律及微观机理。研究结果表明:掺入尾矿有利于改善改性浆液力学性能,掺入碱激发剂能提高改性浆液整体的反应程度,减小改性浆液析水率;综合考虑各项性能指标,选取改性浆液最佳配比,即水固比为1.0,铜尾矿掺量为30%(质量分数,下同),碱激发剂用量为4%,碱激发剂模数为1.6;相较于纯水泥浆液,改性浆液最佳配比黏度减小11.1%,流动度增大22.3%,析水率减小29.7%,28 d结石体抗压强度仅减小9.5%,耐久性能良好;改性浆液发生地聚合物反应形成了具有三维空间网状结构的C-A-S-H凝胶和N-A-S-H凝胶等胶凝物质。本研究成果可为岩土工程提供高性能低成本的注浆材料,同时还将为尾矿等固废材料资源化利用提供参考。

囊袋式注浆对盾构下穿高速铁路路基沉降的控制效果

高铁路基的沉降变形是影响运营安全的重要因素,盾构下穿既有高铁线路施工可诱发高铁路基沉降变形。为有效控制高铁路基沉降,基于数值模拟探究了囊袋式注浆作为高铁路基沉降主动控制措施的有效性。结果表明:注浆囊袋对其周围土体的影响具有局部性,地层等效塑性应变随注浆体埋深的增加而增大,且塑性区厚度通常小于注浆囊袋膨胀厚度的3.0倍。囊袋的埋设深度和膨胀直径对路基抬升整治范围有影响,囊袋埋设越浅其膨胀后对路基抬升的影响效果越明显,且路基表层的隆起变形曲线符合高斯方程。提出了盾构下穿高铁路基时囊袋式注浆控制措施下路基沉降预测模型,可指导盾构下穿高铁路基的沉降控制。

固体NaOH/Na_(2)SiO_(3)激发矿粉/粉煤灰-炉渣基注浆材料性能研究

以矿粉和粉煤灰-炉渣作为前驱体,其中粉煤灰、炉渣以质量比4:1共同粉磨制备前驱体之一,以NaOH和Na_(2)SiO_(3)配制模数为1.2的固体激发剂,制备碱激发注浆材料。研究粉煤灰-炉渣的掺量、激发剂的掺量(以Na_(2)O计)对注浆材料工作性能和力学性能的影响,并通过扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)对水化产物进行物理化学表征,使用核磁共振分析注浆材料孔结构特征。研究结果表明:粉煤灰-炉渣掺量为50%的注浆材料的28 d最大抗压强度达31.25 MPa。水化产物主要为C-A-S-H凝胶,浆液结石体内部孔隙主要为胶凝孔(孔径<10 nm)和过渡孔(孔径为[10~100) nm),占比超过90%。

建筑垃圾分离渣土热活化研究及其在盾构注浆料中的应用

成分复杂、火山灰活性低是制约建筑垃圾分离渣土资源化利用的主要原因。研究了建筑垃圾分离渣土的热活化处理及其在盾构注浆料中的应用。结果表明:未经处理的建筑垃圾分离渣土主要由惰性水化产物、石英或方解石组成,经过热活化处理后,建筑垃圾分离渣土中形成了新的活性组分,部分取代粉煤灰和天然细砂后能够促进水泥基胶凝材料体系的水化反应。考虑活性激活效果和经济性,热活化温度500~800℃为宜。使用热活化温度为500℃的建筑垃圾分离渣土制备的盾构注浆料性能符合DB11/T 1608—2018的要求。

高性能再生微粉基地聚合物注浆料的活化制备及性能研究

本研究利用废弃混凝土制备再生骨料过程中产生的再生微粉制备了一种高性能低碳型地聚合物注浆料。通过对再生微粉进行热-机械协同活化处理并在碱激发剂的作用下制备再生微粉基地聚合物注浆料,研究了活化制度对注浆料工作性能、力学性能、泌水率、24 h自由膨胀率以及微观结构的影响。性能测试表明除24 h自由膨胀率外,当热活化温度不变时,再生微粉基地聚合物注浆料的工作性能、力学性能、泌水率均随微粉球磨时间的延长先升高后降低。当球磨时间不变时,注浆料的性能随热活化温度的升高先升高后降低。再生微粉热活化温度为750℃、机械球磨时间为10 min时,制备的再生微粉基地聚合物注浆料的性能最佳。微观分析表明热-机械协同活化极大地提高了再生微粉的活性和比表面积,进而改善了注浆料的致密程度,活化制度的改变对注浆料的性能和结构的影响极为显著。再生微粉基地聚合物注浆料的制备为高值化处理废弃混凝土提供了新思路。

粉煤灰基注浆材料的研究进展

综述了粉煤灰基注浆材料的研究现状,并对粉煤灰基注浆材料的工程应用进行了总结。针对提高注浆材料中粉煤灰的利用率,进行了粉煤灰活化方式的评估,对改善粉煤灰基注浆材料各项性能的方法进行了论证和建议,以期为固体废弃物的规模化应用提供理论支撑。

综采工作面回采巷道主动式超前支护关键技术研究

为了解决回坡底煤矿综采工作面回采巷道超前段支护稳定性的问题,提出了主动式超前支护关键技术,注浆配合锚索支护方案实现了浆液和锚索的有机结合,有效控制了顶板和两帮的变形量,锚索提供轴向力确保了围岩整体的稳定性,为综采工作面的回采提供了安全保障。

深部区域破碎围岩开拓巷道控制技术研究

某矿+320m运输联络巷在掘进期间会揭露破碎围岩段,在破碎围岩段受地应力、构造应力以及破碎围岩等不利因素影响,导致运输联络巷围岩变形量整体较大、围岩支护难度高。结合+320m运输联络巷现场条件并基于让压支护原则,提出间隔使用锚网喷+锚索、钢架棚、壁后注浆支护方式,其中钢架棚支护滞后锚网喷+锚索支护7d、壁后注浆支护滞后钢架棚支护20d,通过允许围岩部分变形达到释放围岩应力、减少围岩控制难度以及提高围岩控制效果目的。现场应用后,+320m运输联络巷在破碎围岩段期间围岩变形均在允许范围内且变形量整体较小,其中顶底板、巷帮分别为57mm、66mm,表明现场采用的围岩控制技术实现了深部区域破碎围岩巷道变形有效控制,并为后续矿井其他类似条件巷道围岩控制工作开展提供了经验借鉴。

宏阳煤矿软岩大巷返修加固技术设计及应用研究

为解决宏阳煤矿东翼轨道大巷开挖支护后失稳破坏严重的问题,采用现场调研、数值模拟、钻孔窥视、矿压监测等手段,根据巷道围岩破坏特征及地质条件总结分析其失稳破坏原因,提出围岩控制理念,设计了新型高强预应力组合式锚杆、高强中空注浆锚索,实现锚杆-注浆-围岩一体化加固,并借助FLAC3D软件模拟研究支护措施的可行性、有效性,新型组合式锚杆支护条件下巷道表面变形量及围岩塑性区发育深度显著低于常规预应力锚杆,确定锚杆的合理长度为2.5~3.0m。应用阶段进行钻孔取芯、综合矿压监测,研究表明:原架棚被动支护条件下松动圈发育深度达到2.5~3.0m,采用组合式锚杆、中空注浆锚索加固后,高强度无机注浆能够有效填充软弱破碎岩体中的裂隙,注浆后典型岩样单轴抗压强度均超过30MPa,表明岩体的完整性和强度得到了有效提高,返修70d后,巷道顶板下沉量约为57 mm,左帮、右帮内移量分别为22、29 mm,底板底鼓量为38 mm,巷道表面变形量微小,组合锚杆工作性能良好,取得较好应用效果。验证了新型全长预应力锚注支护的支护效果与支护优势。

基于响应曲面法的煤矸石地聚物注浆材料配比优化

以机械活化的原状煤矸石、粉煤灰和水泥为主料,水玻璃、氢氧化钠和脱硫石膏为激发剂配体,制备煤矸石地聚物注浆材料(CGGM)。采用响应曲面法中的Box-Behnken设计,研究煤矸石粉掺量、水玻璃模数和掺量对CGGM流动性、凝结时间和抗压强度的影响并揭示强度形成机理,构建回归模型,探究各因素及它们之间交互作用的影响程度,获得综合性能最佳配比。结果表明:三因素对各响应值影响显著部分交互项影响显著,各因素与响应值呈二次多项式模型,各模型回归系数R 2皆大于0.99,模型合理性和拟合性好。煤矸石粉和粉煤灰的微集料效应对前期强度有一定贡献,随着龄期延长,二者在激发剂配体作用下发生了聚合反应,生成C-(N)-S-A-H凝胶等,故CGGM强度形成主要来自C-S-H、AFt和C-(N)-S-A-H。当煤矸石粉掺量40%、水玻璃模数和掺量分别为1.6和12.2%时,CGGM的各项性能基本满足矿井高承压水害治理要求。

不规则工作面注浆锚索代替单体及液压支架主动式超前支护技术

矿山作业的少人化/无人化是我国各类矿山持续高质量发展的核心目标之一。某矿206工作面为变面宽的不规则工作面,工作面辅运顺槽原先采用液压支架及单体支柱进行超前支护,需要作业人员2~4人,且巷道有效断面小,给工作面宽度变化处增、减液压支架作业带来了很大困难。针对206不规则工作面提出了采用注浆锚索代替单体及液压支架进行主动式超前支护的技术思路,利用COMSOL有限元程序对注浆锚索支护施工的关键技术参数进行优选,设计了注浆锚索主动式超前支护技术方案,并在现场进行了工业性应用。结果表明:注浆锚索超前支护条件下工作面辅运顺槽围岩变形量小,围岩裂隙得到了有效充填与胶结,锚索承载稳定;最终实现了注浆锚索完全代替单体支柱及液压支架,为不规则工作面增、减液压支架作业提供了极大便利,同时实现了超前支护段的无人化,保障了工作面安全高效生产。该主动式超前支护技术对于金属矿山破碎顶板、矿压异常区以及对断面尺寸有较高要求的金属矿山巷道支护均具有很好的借鉴意义。

五沟煤矿F6断层缩小保护煤柱可行性研究

针对具体的地质条件,以五沟煤矿F6断层为研究对象,结合研究区域内断层及底板灰岩水的空间分布关系,采用数值模拟及理论分析相结合的方法,对留设不同宽度煤柱时断层的突水危险性进行分析;利用理论计算确定F6断层未处理之前合理的煤柱留设宽度,同时考虑F6断层的三维地震探查成果及井下实揭资料,理论分析了下部含水层的注浆加固范围;综合理论计算及数值模拟计算结果对F6断层煤柱缩小的可行性进行研究,研究结果对于提高五沟煤矿煤炭资源采出率有着重要的意义。

主动支护技术在综放工作面回采巷道超前支护中应用

通过对153307综放工作面回采巷道采用增加注浆锚索+锚索的主动超前支护加强形式代替单体液压支柱的加强支护形式,将被动支护变为主动支护,巷道顶板应力在垂直及水平方向上分别降低了32.1%与7.2%,顶板下沉值减少了107 mm,塑性区范围减小了1 m。使用主动支护对围岩整体性进行加固,实现了矿山安全、高效生产,同时为相似条件矿山提供科学指导。

马兰矿采面轨道巷过陷落柱锚注支护技术试验

为解决巷道掘进过陷落柱围岩控制难题,以马兰矿10607采煤工作面轨道巷揭露S158、S163陷落柱为工程背景,巷道过陷落柱采取加强支护技术措施,包括破碎围岩改性提高围岩强度、高强度锚网形成主动支护结构、支护结构及围岩表层硬化,经现场试验表明揭露陷落柱区域巷道位移量相对较大,变形时间相对较长,但巷道整体变形可控,效果良好。

注浆锚索替代超前支护技术及所致系列问题技术研究

为了提高9-206综采工作面回采效率,山西焦煤霍州煤电店坪煤矿在工作面正副两巷超前20m范围内,使用注浆锚索主动支护替代传统单体液压支柱被动支护,并制定施工方案进行合理对比分析,通过实际应用,该技术能够保证在顶板支护安全可靠前提下,简化了工作面超前支护工艺,提高工作面单产水平,降低职工劳动强度。

综放工作面侧向采空区积水断层导水防治技术研究

采空区积水防治一直是工作面开采时需要解决的难题。针对长春兴煤业22601工作面开采时面临的侧向断层可能活化导通采空区积水问题,基于断裂力学与摩擦准则提出了断层活化判断准则并结合数值模拟结果,提出WF19正断层在开采期间可能活化导通侧向采空区积水。通过瞬变电磁探测确定了22601工作面可能发生的突水区域,在工作面回风巷650~920 m段侧帮共计施工28个注浆孔、3个验证孔,并通过验证孔注水、物探对注浆效果进行了验证。验证结果表明,注浆加固效果良好,保障了22601工作面650~920 m段的安全开采。

基坑开挖引起隧道水平变形的被动与注浆主动控制研究

对于邻近基坑的地铁结构保护问题,现有研究多集中于加强基坑自身支护体系、优化开挖方案等被动控制措施,此类方法缺乏在基坑开挖过程中对控制隧道变形的适时性和主动性,且会造成基坑造价提高、工期延长。以某邻近地铁结构的大面积基坑工程为例,分析了基坑施工中地铁结构的变形规律,进行了注浆对土体及隧道水平变形主动控制的试验及应用实践。在此基础上,通过数值模拟对几种隧道变形控制方法进行了对比和评价,并进行了注浆方案的优化研究。工程案例以及数值模拟结果均表明基坑分区分期开挖、分仓开挖、加强支护体系等被动控制措施具有较大局限性,而适时注浆主动控制隧道变形技术较为经济有效。在注浆策略上,多排孔注浆时“近距离、多孔位、小方量、由远及近”的注浆方案优于“远距离、少孔位、大方量、由近及远”的方案。主动注浆控制技术具有成本低、工期短、适时控制隧道变形等优点,条件适当时明显优于分区分期开挖等被动措施。

深部软岩巷道支护原理及应用

针对深部软岩巷道四周来压、整体收敛、变形强烈的特点,研究深部软岩巷道支护原理,提出了主动有控卸压的方法,释放围岩膨胀变形能,将高应力向围岩深部转移,减小浅部围岩应力。针对古汉山矿西大巷地质条件确定了合理的释放变形空间;提出应用高水速凝材料注浆加固遇水弱化、膨胀的泥岩;研究得到确定合理二次支护时间的方法;该成果成功地应用于工程实践,有效控制了深部软岩巷道大变形。

煤矸石高效活化剂的研制

根据不同离子的复合效应,研制了一种煤矸石WH-1高效复合活化剂,并初步探讨了在无熟料煤矸石粉注浆材料中的应用。研究结果表明,采用WH-1活化剂可有效激发煅烧煤矸石潜在的火山灰活性,显著提高煤矸石粉注浆材料早期强度,并可保证后期有较高的强度,能满足注浆材料对强度性能使用的要求。掺3%3d和28d强度可分别达到3.5MPa和9.4MPa。

新型瓦斯抽采钻孔注浆封孔方法及封堵机理

为研究封孔支护力对钻孔漏气量的影响,提出主动支护式注浆封孔原理并进行理论分析,得出了漏气圈截面积与漏气量的求解方程,并对影响漏气量的因素进行了分析。结果表明,漏气量随着封孔支护力和封孔段长度的增加而减小。提高钻孔的主动支护力并选择合适的封孔段长度可以减少钻孔漏气,提高抽采钻孔瓦斯体积分数和抽采纯量。据此设计了新型的注浆封孔装置,封孔初期,利用复合囊袋和注浆压力给钻孔壁施加1 MPa左右的支护力,水泥浆液可以充分填充钻孔周围的裂隙,有效阻止裂隙漏气。后期注浆材料凝固膨胀,再次对钻孔壁形成较大的支护力,又可有效预防封孔段收缩变形形成新的漏气通道,起到减小钻孔漏气量的作用。工程实践表明,与聚氨酯封孔方法相比,同等条件下,新型注浆封孔方法钻孔瓦斯体积分数提高162.2%,钻孔的瓦斯抽采纯量提高33.83%。