硅溶胶自吸渗注浆及泥岩防渗加固

遇水泥化是煤矿泥质围岩巷道长期大变形失稳破坏的重要症结,针对常规颗粒性浆材可注性不足问题,系统研究新型纳米级硅溶胶对泥质岩体注浆防渗加固的可行性。基于硅溶胶的胶团结构,阐明硅溶胶的凝胶原理,优选注浆硅溶胶的粒径等级;分析硅溶胶基本物理力学特性和固结泥质软岩的基本防渗特征,结果表明硅溶胶在浆材可注性、凝胶体体积稳定稳定性及注浆结构的防渗性方面相比常规注浆材料具有显著优势,通过硅溶胶注浆黏结可显著降低泥质岩体的孔隙率和渗透性,渗透系数可降低至10^(-9)cm/s,能够满足煤矿巷道泥质微裂隙岩体注浆防渗的工程需求。针对硅溶胶常规注浆方法对泥质岩体基质系统注浆的低效性,基于泥岩微裂隙与硅溶胶间的亲和力,研究了泥质岩体的硅溶胶自吸渗注浆方法,实现了0.1~40 m D低渗泥质岩芯的吸渗注浆,从微观尺度揭示了硅溶胶的吸渗注浆机制;结果表明利用吸渗特性能够进一步提高硅溶胶对低渗泥岩的注浆渗透性。针对硅溶胶凝胶体强度不足,以铝酸盐水泥作为改性增强剂初步研发了一种以硅溶胶为主要成分的高可注高增强跨尺度复合改性浆材,在浆材可注性、流变性、凝胶可控性和结石体强度与体积稳定性方面表现突出,能够实现对泥质岩体封闭和加固的双重作用。

基于NMR的低渗岩体硅溶胶吸渗注浆试验研究

为研究纳米硅溶胶对含泥质低渗岩体的吸渗注浆机制,采用2种低渗人造岩芯开展了硅溶胶的无压自吸渗试验,并基于低场核磁共振(NMR)系统测试了低渗岩芯吸浆过程中微观渗流特征,从微观尺度揭示了吸渗过程中孔隙填充及封闭规律。结合岩芯孔径分布和硅溶胶凝胶生长规律分析了硅溶胶对低渗岩体的可注性,并讨论了硅溶胶的吸渗注浆机制和工程应用前景。结果表明:硅溶胶对低渗岩芯吸渗能力突出,亲和力为去离子水的92.2%。硅溶胶的吸渗曲线呈指数三阶段分布特征,其中0.1 mD岩芯吸渗过程主要受微孔控制,20 mD样品吸渗先后受中孔和微孔控制。岩体纳微孔隙特征和硅溶胶凝胶生长对硅溶胶吸渗注浆可注性影响显著,且可注性与毛细管力共同影响吸渗结果。硅溶胶吸渗注浆能够满足低渗岩体纳微尺度孔隙-裂缝封闭的工程需求。