改性水泥基注浆材料物理力学性能试验及应用

针对煤矿采煤工作面破碎煤岩体深孔高压注浆过程中,化学浆成本较高、用量大,普通硅酸盐水泥浆液结石体与煤体黏结性较差的问题,开发了应用于普通硅酸盐水泥浆改性液,并对其进行了改性水泥基注浆材料黏度、结石率、‘8’字模抗拉强度及锚杆拉拔条件下浆液结石体黏结性能等物理力学性能的实验室分析。结果表明,当水泥改性液用量不大于20%时,对浆液的流动性影响较小,满足高压深孔注浆浆液的要求;不同水灰比条件下,浆液结石率都在98%以上,改性液对浆液的结石率效果提升不是很明显,但不会造成结石率降低;锚杆拉拔条件下黏结性能试验表明,水灰比为0.7∶1.0,改性液用量为15%时,结石体黏结性能最好。高压深孔注浆宜采用单液水泥浆,水玻璃添加量为水泥质量的3%~4%,水泥改性液用量为水泥浆液用量的15%~20%为宜。采用改性水泥基注浆材料在山西潞安常村煤矿N1-3孤岛工作面收尾期间进行了高压深孔注浆井下试验,现场试验表明,浆液消耗量及注浆成本大幅降低,并缩短了收尾工期。

深部带压开采黏土基底板注浆材料改性研究

煤炭深部带压开采常规注浆防水材料难以满足工程需求,为此开展底板注浆防治水材料改性研究。以澄合二矿为研究背景,分析了深部带压开采的特征及配套浆液改性方向。对黏土基注浆材料采用高能磁场、高矿化度矿井水改性,通过室内对比实验研究了改性黏土基注浆材料关键指标变化规律。并通过工程检验其可行性。研究结果表明:深部带压开采需要扩散性更好、抗压强度更高、价格低廉、环境友好的注浆材料;高能磁场联合高矿化度矿井水改性的黏土基浆液抗压强度最大提高32.56%,黏度最大降低13.73%;工程应用降低工作面涌水量约50%,费用降低约20%,每年减少矿井水排放约4万m3。研究成果为深部带压开采提供了新的材料。

改性聚酯注浆新技术在控制基坑周边房屋沉降的运用

在短时间内以最小的扰动控制由于相邻基坑开挖引起的周边建筑物沉降是基坑周围环境保护首要解决的问题之一。介绍了一个减小基坑开挖对周围环境的影响实例,案例中对房屋基础采用改性聚酯注浆进行主动加固,设置隔离桩,在被动区压密注浆,增加浅层地基的承载能力和抗变形能力,减少基坑开挖对房屋的影响。改性聚酯注浆已被国内外广泛用作改善浅层地基和提升地面结构的有效方法。详细介绍了使用改性聚酯注浆材料的特点和采用该工艺进行房屋基础加固和沉降控制的关键技术。案例中,建筑物距离基坑开挖边线最近仅1.3 m,在不同阶段采用了改性聚酯注浆和跟踪注浆,提高了地基承载能力和变形能力。监测结果显示,房屋加固效果良好,沉降得到了有效控制。

围岩注浆封堵井巷突水控制技术的研究

通过对巷道破坏及突水机理分析研究,确定在巷道突水地区采用浅部围岩注浆改性加固提高围岩强度和深孔高压注浆封水相结合的注浆方式,能有效控制围岩变形破坏,实现堵水目的,并取得较好的技术经济效果,已在突水巷道实施应用。

催化剂对硅酸盐改性聚氨酯注浆材料力学性能的研究

通过调节催化剂的种类及比例,制备了硅酸盐改性聚氨酯(WG/PU)注浆材料。测定注浆材料的固化时间和力学性能,分析催化剂对注浆材料力学性能的影响。实验结果表明,固化时间和催化剂的种类对注浆材料的力学性能有较大影响,反应活性较低,三聚催化剂会使注浆材料的力学性能有较为显著的提升,当使用ZR-70和KAc的复合催化剂时,粘接强度和抗压强度分别为4.23 MPa和61.70 MPa;当使用A33和DMP-30的复合催化剂时,粘接强度和抗压强度分别为3.14 MPa和59.72 MPa。

硅酸盐环氧树脂复合改性聚氨酯注浆材料力学性能的研究

在硅酸盐改性聚氨酯注浆材料配方的基础上加入一定比例的环氧树脂,制备了硅酸盐环氧树脂复合改性聚氨酯注浆材料。通过测定注浆材料的最高反应温度和相关力学性能,分析了不同比例环氧树脂对注浆材料性能的影响。结果表明,在硅酸盐改性聚氨酯注浆材料配方基础上加入一定比例的环氧树脂,可实现对材料最高反应温度产生很小影响的前提下,大幅提高材料的力学性能。

改性地聚物注浆在DZX-03标中的应用

改性地聚物注浆技术作为道路养护工程的一种重要技术,具有路面扰动小、资源节约、环境友好等优点。本研究基于改性地聚物注浆原理和特点,提出改性地聚物注浆施工工艺流程,并依托DZX-03标大中修工程开展改性地聚物注浆的工程应用。注浆效果评价表明,改性地聚物注浆可降低路面弯沉值的25.7%,雷达和钻探检测发现地聚物的填充效果显著,改性地聚物注浆14 d后水化产物主要为C—S—H凝胶,Ca/Si为2.25,碱激发反应较为显著。

改性聚酯注浆技术工程特性探讨

改性聚酯注浆技术相比传统的注浆技术损坏性较小、施工较便捷、耐久性较好、经济实用,广泛应用于公路、铁路、水利、工业与民用建筑等领域。本文通过对改性聚酯注浆技术工程特性的研究分析,对其应用前景进行展望。

微扰动改性聚酯注浆技术在既有建筑地基加固的应用

如何在既有建筑室内进行微扰动地基加固是基坑环境影响控制的首要问题之一。常见的锚杆静压桩、高压旋喷桩、花管注浆等地基加固工艺由于施工面大、施工扰动较大等原因不适用于既有建筑微扰动地基加固。近年来,改性聚酯注浆技术凭借其施工快速、作业面小、扰动小等优势,在堤坝防渗、公路路基加固、高速铁路病害整治等领域得到广泛应用。本文介绍了一个采用了微扰动注浆加固技术对由于邻近基坑开挖导致沉降的房屋进行处理的案例,案例中采用改性聚酯注浆新技术对沉降后的采用天然地基的房屋基础进行加固,提高地基承载力和抵抗变形的能力,减小房屋在基坑拆撑期间的持续沉降。主要说明了微扰动注浆技术施工影响小、速度快和效果显著等施工特点。第三方监测数据显示,该工艺对提高地基抵抗周围施工扰动影响效果较好,在基坑施工拆撑过程中基础沉降得到了有效控制,保障了工程顺利进行。

基于李村煤矿破碎顶板注浆支护材料的改性试验

为了提高李村煤矿混凝土锚喷加固破碎顶底板过程中的稳定性问题,从注浆材料的特性方面进行了试验设计。分别通过测试浆液泌水率、流动度、初凝与终凝时间以及结石体的28 d抗压强度,按照矿井注浆要求对各组试验进行特性分析,最终得出新型矿井注浆材料的最佳试验配比为水固比0.6:1,胶固比1:2,钢渣微粉质量分数50%,速凝剂与浆液体积比0.5:1的比例配置硅酸盐水泥、钢渣微粉、速凝剂与羟乙基纤维素混合浆液。采用这种配比能够实现矿井破碎煤岩体的有效加固,能够有效治理工作面片帮与冒顶。

改性聚酯注浆新技术在邻近基坑保护建筑基础加固的应用

大型深基坑开挖时邻近保护建筑物沉降控制是基坑对周围环境影响控制的首要问题之一。对邻近大型基坑的保护建筑物采用主动隔离桩结合注浆加固的措施,可以有效的控制保护建筑物的变形沉降,减缓建筑物主体结构裂缝的发展。改性聚酯注浆材料具有轻质、早强、水不敏感、耐久性好等特点,适用于微扰动既有建筑基础加固工程。介绍了一个减小基坑施工对邻近保护建筑影响的工程实例,案例中采用改性聚酯注浆新技术对采用天然地基的房屋基础进行主动预加固,提高地基的承载力和抵抗变形的能力,减小房屋在基坑施工期间的沉降。主要介绍了改性聚酯注浆新技术材料的化学组成、技术指标,以及采用该工艺进行基础加固的控制要点。轻型动探检测结果和监测数据显示,该工艺加固的有效半径达2 m,对提高地基抵抗周围施工扰动影响效果较好,在基坑施工中房屋基础沉降得到了有效控制,保障了工程的顺利进行。

浅埋深薄基岩巷道锚注加固技术研究

针对红柳林煤矿浅埋深薄基岩巷道顶板锚固力低的难题,分析了风化基岩分布特征以及矿物成分,开展了薄基岩注浆加固试验,分析了薄基岩巷道注浆加固机理,提出了巷道锚注加固技术方案,并开展了井下工程实践,分析了工程应用效果。结果表明:风化薄基岩黏土矿物成分含量高,增大了顶板岩体软化和膨胀变形,影响巷道围岩稳定性;井下注浆充填了风化基岩裂隙,封堵了顶板水渗流通道,提高了顶板完整性,增大了薄基岩层的抵抗破坏的能力;通过锚索注浆达到了较好的注浆固结效果,锚杆(索)初期受力缓慢增大,随后基本保持稳定,锚杆受力55~67 kN,锚索受力92 kN左右,顶板离层量3 mm左右,巷道围岩变形明显减小,达到了较好的巷道支护效果,表明锚注加固技术可有效解决浅埋深薄基岩巷道变形控制难题。

新型水泥基注浆材料的特性优化试验

通过正交试验,研究一种适用于含水地层注浆条件的新型水泥基注浆材料。试验以硫酸盐水泥熟料为骨料,添加羟基高聚物、超塑化剂、多聚铝酸盐以及硅化物进行组分优化。该注浆材料具有低黏度、强渗透、高强度的特点,可以有效加固富水破碎区围岩,确保矿井的安全高效生产。

高速铁路无砟轨道结构注浆抬升技术的应用

以一高速铁路路基区段无砟轨道结构不均匀沉降整治工程为背景,分析了无砟轨道结构不均匀沉降病害的特点及成因,介绍了无砟轨道结构注浆抬升技术的原理、施工工艺流程及施工质量控制要点。该技术利用改性聚酯注浆材料反应前易流动、反应时快速膨胀、反应后快速固结的特点,将其注入无砟轨道基床的级配碎石表层,实现对无砟轨道结构的竖向顶升。工程实践证明,无砟轨道结构注浆抬升技术能够在单个天窗内对轨道结构实现快速、同步、精确抬升,恢复线路平顺性,具有较好的应用前景。

煤矿千米深井巷道围岩支护-改性-卸压协同控制技术

针对煤矿千米深井、软岩、强采动巷道围岩大变形难题,以淮南新集口孜东矿350 m超长工作面运输巷为工程背景,分析了巷道围岩大变形、支护构件失效原因;采用理论分析、实验室试验和井下试验方法,从围岩物性劣化、偏应力诱导围岩扩容、软岩结构性流变及超长工作面采动影响等方面,揭示了高地应力与超长工作面强采动应力叠加作用下巷道围岩大变形机理。以此为基础提出千米深井、软岩、强采动巷道支护-改性-卸压协同控制理念,采用数值模拟对比研究了无支护、锚杆支护、锚杆支护-注浆改性、锚杆支护-注浆改性-水力压裂卸压4种方案巷道围岩应力、变形及破坏规律,阐述了巷道支护-改性-卸压协同控制原理。研发出CRMG700超高强度、高冲击韧性锚杆支护材料,研究揭示了锚杆受拉、剪、扭、弯及冲击复合载荷作用的力学响应特征;开发出微纳米无机有机复合改性材料及配套高压劈裂注浆技术;研发出分段压裂水力压裂卸压技术与设备,形成了巷道支护-改性-卸压协同控制技术。基于上述研究成果,提出口孜东矿示范巷道支护-改性-卸压布置方案与参数,并进行了井下试验与矿压监测。监测结果表明,巷道围岩协同控制技术应用后,巷道变形量降低50%以上,锚杆、锚索破断率降低90%,工作面采动应力明显减小,有效控制了千米深井、软岩、强采动巷道大变形。最后,对下一步的研究工作进行了展望。

新型水泥基防渗注浆材料特性配比试验

随着经济的快速发展,水泥注浆工程也逐步被应用在地基的加固、桥梁的加固、路面的修补等建筑工程中。但由于长期受到地下水与工业污水的动水冲刷与浸透,使水泥结石体的强度变弱,甚至发生破坏。因此,通过以硫酸盐水泥为熟料,掺入粉煤灰、硅灰以及矿渣微粉等矿物掺合料设计正交试验,研究出新型水泥基防渗注浆材料。这种新型多元复合水泥浆材有效提高了结石体的抗渗性。通过试验得到了最佳配比为钢渣微粉取代率30%,硅灰取代率3%,粉煤灰取代率15%,水灰比0.5。

双侧采动应力扰动下盘区大巷加固支护技术研究

针对成庄矿二盘区大巷受双侧工作面回采动压影响后围岩变形严重难以维护的问题,通过生产地质条件详查和现场测试揭示了动压影响巷道变形的实质,采用FLAC3D有限差分软件模拟研究不同层位裂隙对锚杆(锚索)支护预应力场的影响研究,并在高预应力强力支护理论分析的基础上,提出了对破碎围岩注浆改性后二次补强支护控制巷道围岩稳定性的方法。采用理论计算确定了盘区大巷注浆参数,并应用于盘区大巷加固施工。通过井下加固效果观测表明,采用注浆改性和锚索支护综合加固后巷道两帮最大收缩量为50mm,顶底板最大移近量为65mm,变形量很小,说明改性—支护加固方案有效控制了双侧采动应力扰动下巷道围岩变形,加固效果显著。

软岩动压巷道支护加固技术及其应用

针对屯兰矿12206综采工作面瓦斯尾巷严重变形破坏的问题,通过现场实测和理论分析研究其破坏机理及控制对策,结果表明:富含黏土矿物的底板岩石在矿井水的楔劈作用下碎裂扩容产生膨胀应力;动压巷道在回采过程中产生高应力与剪切破坏;复杂动压及膨胀应力耦合作用导致巷道表现出强烈的流变特性;加强支护并阻止水对底板岩石的弱化是解决该尾巷大变形的必然选择;改性注浆加固技术,可成功解决软岩动压巷道的支护难题。

大断面托顶煤巷道不稳定区域支护研究

为研究大断面托顶煤巷道围岩破坏严重的问题,结合运输平巷顶板条件,通过采用顶板钻孔窥视的方法,研究了顶板围岩内部结构状况,确定顶板不稳定区域,提出不稳定区域注浆改性与强力锚(杆)索联合加固的围岩控制技术,并应用于现场。结果表明:运输平巷1 800～1 950 m为顶板不稳定区,采用水泥与化学耦合注浆改性与高预应力锚索补强支护的综合加固技术可以控制顶板不稳定区域,顶板最大下沉量88 mm,锚杆锚索有比较大的富余量;矿压观测结果表明本支护设计科学合理,支护有效控制了运输平巷围岩变形,保证了大断面托顶煤巷道的安全。

多重采动煤柱留巷累积损伤特征及围岩协同控制

采动应力影响下煤柱护巷呈现复杂的非稳定和非线性变形特征,煤体结构损伤导致支护系统失效现象频发。以寺河煤矿双侧开采扰动下盘区大巷留设问题为工程背景,数值模拟分析大巷从掘巷至双侧工作面回采全过程的围岩应力及变形破坏特征。结果表明双侧采空后大巷应力集中系数达3.55。基于巷道累积损伤破坏特征针对性提出“三主动”围岩协同控制方法,水力压裂主动切顶卸压,缩短侧向支承压力的作用时间,改变煤柱应力分配比例;注浆加固主动围岩改性,重塑煤岩体完整性,提升围岩承载能力;锚杆锚索主动高强支护,确保预应力向围岩深部传递,形成稳定的承载结构。井下工作面超前支护应力、围岩表面位移监测评价分析显示,协同方案有效控制了多重回采扰动下大巷围岩变形,确保了工作面安全高效开采。