A grouting simulation method for quick-setting slurry in karst conduit:The sequential flow and solidification method

It is difficult to temporally and spatially track and characterize the slurry viscosity in flowing water during grouting simulation.In this study,a sequential flow and solidification(SFS)method considering the spatial-temporal evolution of slurry viscosity in flowing water in karst conduit is proposed.First,a time-dependent model for the threshold function of slurry viscosity is established.During the grouting process,the spatial-temporal evolution of slurry viscosity is revealed by tracking the diffusion behavior of the slurry injected at different times.This method is capable of describing the gradual solidification process of the slurry during grouting.Furthermore,a physical model of grouting in a karst conduit is developed.Second,the effectiveness of the SFS method in grouting simulation is verified by the experiment of grouting conduit in flowing water.The SFS method enables real-time monitoring of fluid velocity and pressure during grouting in flowing water and provides a feasible calculation method for revealing the grouting plugging mechanism in complex karst conduits at different engineering scales.In addition,it can be used to guide the design of grouting tests in flowing water,improve cost efficiency,and provide theoretical basis for optimizing grouting design and slurry selection.

A new clay-cement composite grouting material for tunnelling in underwater karst area

A new clay-cement composite grouting material (CCGM) for tunnelling in underwater karst area was developed through the excellent synergistic interactions among cement, clay, meta-aluminate and lignin. The probable formation mechanism of the material was proposed based on a series of experimental tests. The results show that with an optimal mass ratio (2:1:1:0.024) for water, cement, clay and additives, the obtained CCGM displayed an excellent grouting performance for karst in an underwater condition. Compared with neat cement grouts and clay-cement grouts, CCGM has faster gel time, lower bleeding rate and bulk shrinkage rate, greater initial viscosity, and a strong resistance to water dispersion. A successful engineering application indicates that CCGM not only fulfils a better grouting performance for karst in underwater conditions but also reduces the engineering cost and environmental pollution.

基于泥水盾构废浆的新型同步注浆浆液性能及影响因素初探

为响应我国生态文明建设要求,遵从绿色发展理念以及推进“双碳”战略目标的实现,针对泥水平衡盾构施工过程中产生的废弃浆液的处理及外运的高成本、易污染环境等问题,提出将废弃泥浆用作制备同步注浆浆液的解决办法。依托成都环线紫瑞隧道建设项目,通过室内试验方法研究浆灰比、灰砂比、粉灰比对基于砂卵石土地层泥水盾构废浆制备的新型同步注浆浆液的泌水率、流动度、凝结时间以及3,7,28 d抗压强度的影响规律,得出以下研究结论。(1)基于砂卵石土地层废浆制备的新型同步注浆浆液稳定性良好。(2)新型同步注浆浆液的凝结时间随着浆灰比、灰砂比的增加而增长,随着粉灰比的增加而减小;流动度随着浆灰比、灰砂比的增加而增加,随着粉灰比的增加而减小。(3)新型同步注浆浆液的3,7,28 d抗压强度随着浆灰比的增加而减小,随着粉灰比的增加而增加,随灰砂比的增大呈先增大后减小的变化规律,在灰砂比为0.8时,达到最大值。(4)经试验研究得出使用废浆以浆灰比2.5、灰砂比1.25、粉灰比0.75制备的新型同步注浆浆液3 h泌水率为0,凝结时间为7.25 h,流动度为23.3 cm,3,7,28 d抗压强度分别为1.2,1.5,2.7 MPa,各项性能均满足试验指标要求,将此配比方案应用于依托工程实际施工,能够满足施工现场的要求。此研究为泥水平衡盾构废弃泥浆再利用于同步注浆提供了有效支撑。

不同参数下新型灌浆套筒力学性能研究

为研究环肋数量、环肋间距、环肋深度、钢筋锚固长度、钢筋直径对以无缝钢管制成的新型灌浆套筒力学性能的影响,以Q390B低合金无缝钢管为原材料,设计制作23组共69个全灌浆套筒连接试件进行单向拉伸试验。此外,采用ABAQUS进行数值模拟,并将数值分析结果与试验值进行对比,分析上述参数对套筒试件承载力、破坏模式、应力分布等的影响。结果表明:数值分析结果与试验值吻合良好,充分验证了数值模型分析的可行性;套筒环肋不宜设置在钢筋弹性段区域及套筒中部位置附近;环肋数量在一定区间内增加有利于提高套筒承载力;环肋间距与环肋深度过大、过小均不利于提高套筒承载力,且应力集中现象明显;锚固长度不小于6倍钢筋直径即可满足套筒承载力要求,且套筒内径与钢筋直径差值不宜小于12mm。

“三软地层”超前探放水综合控制技术

“三软地层”探放水钻孔孔口管固管安装困难、顶板遇水塌陷渗水、疏放水钻孔坍塌堵孔以及钻孔缩颈的施工技术一直难以解决。通过理论计算与工程实践,摸索了一套探放水创新施工工艺,进行了优化钻孔参数设计,11701工作面大部分顶板疏放水钻孔垂高取200 m,终孔孔距不大于60 m,富水区域进行加密。技术上攻克了套管加长后固结难的技术难题,研发出一套“分级注浆固管法”,将整个套管牢固安装在设计位置,实现了在软岩区域快速固结安装超长孔口套管的新工法。针对“三软地层”的钻孔探放水,为了解决“三软地层”的探放水钻孔在成孔后坍塌堵塞的技术难题,创造性的研发出三级注浆以及“全孔花管护壁新工艺”;工程实践证明该套技术方案很好地解决了“三软地层”探放水钻孔施工难题。

新型注浆材料在矿井工程中的应用

为解决两淮矿区深部巷道围岩控制难题,本文结合深部围岩特性研发了适用于深部高地压巷道的新型注浆材料,对其不同水灰比条件下流动性、凝结时间及力学特性进行测试,并结合现场进行工业性试验,设计了注浆加固方案,对注浆加固效果进行监测,发现其有效提高了煤岩或破碎岩层的承载能力,高效解决了各种具有安全隐患的地层问题,保障了生产安全,提高生产效率,具有一定的应用前景。

灌注桩绿色泥浆制备及泥皮的渗透特性

泥浆在地基处理、泥水盾构等工程中起重要角色,增稠剂是泥浆质量的关键所在。传统泥浆使用的增稠剂主要为羧甲基纤维素钠(carboxymethyl cellulose,CMC),这种泥浆降解难度大,很容易污染环境。针对以上问题,采用瓜尔胶和黄原胶来取代传统泥浆添加剂进行绿色泥浆配置。通过配比实验和改进滤失实验研究泥浆的最优配比以及其新型泥皮的渗透特性。结果表明瓜尔胶:黄原胶最优配比为1∶5。通过增加试验压力,可以减小泥皮孔隙比,从而有效降低泥皮的渗透系数。CMC和新型添加剂对泥浆改性效果大致相同,在膨润土添加2.5 g瓜尔胶与0.5 g黄原胶得到的泥皮渗透系数比同质量分数纯膨润土泥浆小3个数量级。新型天然添加剂对泥浆的改性效果较好,添加高分子材料会使形成的泥皮厚度变小。试验和理论分析结果证明了新型绿色泥浆在桩基工程应用的可行性,可推广应用。

“科技乙方”商业服务模式创新及应用

基于矿山特殊施工高科技企业专业和核心技术优势,研究提出了“科技乙方”商业服务模式,通过提供科技含量更高的产品和服务,有效释放新质生产力的科技效能,该模式成功解决特殊凿井领域中大量“卡脖子”技术难题,并引领我国地下工程特殊施工技术的发展。“科技乙方”以技术力量实现价值创造,主要服务产品包括冻结技术、注浆技术、钻井技术及装备、智能化建井设计及建设、国家重大引调水技术服务。“科技乙方”是“技术+装备+工程”整体解决方案的提供商,在实施过程中对新出现的技术难题即时研究解决能力更加突出,已经在山西省中部引黄工程地面定向钻孔预灌浆工程和涌水应急抢险堵水工程中得到了实践检验。

长输管线下伏新采空区处治方案研究

【目的】新采空区建筑场地由于地表变形剧烈,对工程建设的影响严重,一直是矿区进行工程建设的难点,因此根据拟建工程的特点和采空区地质特征进行合理的处治设计成为制约工程建设的控制因素。【方法】本文在新采空区稳定性评价的基础上,对绕避新采空区、抗变形结构、离层注浆、全填充压力注浆等采空区处治方案进行比选。【结果】结合长输管线的结构特性,最终选用在合适的时机进行“局部注浆+可调节支座+长期监测”的综合处治措施。【结论】新采空区的综合处治措施达到了技术可行、经济合理的处治目标,可为类似新采空区的处治提供参考。

采空区注浆堵水材料性能分析及应用实践

工作面涌水的有效治理对于保证煤矿安全生产意义重大。以山西省A矿为试验矿井,研发了新的堵水材料并进行了工程应用。研究结果表明:新材料凝结时间最短可达45 s,随着水灰比的增加,抗压强度逐渐降低,最大值超过16 MPa,浆液泌水率小于5%;岩样的颗粒流失率最大为0.6%,最小为0.2%,材料抗分散性好,裂隙充填区域能够很好地胶结到一起;采空区注浆堵水后,实现了安全开采。

注浆材料性能对隧道工程的影响分析

为分析新型注浆材料在隧道工程中的影响,运用单一变量方法、倒杯法、pH剂以及量筒等试验器具对新型注浆材料(C1.0、C1.5、C2.0)、水泥-水玻璃(C-S)、水泥(C)、胶砂(JS)五种浆液结合体进行相对应的密度、凝胶时间、结石率、泌水率和pH值试验,研究结果表明:新型注浆材料的密度较小,单位体积的结石体所需要的新型注浆材料的质量最小,造价成本相对有优势;新型注浆材料的结石率100%,说明其具有优越的填充性能,浆体结构稳定性能好;新型注浆材料的胶凝时间在16~52 s,可以充分发挥加固作用,比较符合实际的施工作业需求;新型注浆材料都是显弱碱性,对管片结构的腐蚀很轻微;新型注浆材料不存在泌水现象,说明其稳定性能比较好,适合用于填充。

光伏支架基础微型灌注桩施工技术运用

光伏发电工程支架基础是光伏支架、组件的承载平台,其质量的好坏直接影响后续光伏支架、组件的安装质量和安装效率,甚至影响整个光伏发电系统安全运行和发电效率。光伏发电工程的支架结构基础应该与光伏支架的混凝土灌注桩基础、现张法预应力混凝土管桩基础等相互联系,优化地基基础结构稳定性与安全性。光伏支架基础的常用型式主要有钢筋混凝土独立基础、钢筋混凝土灌注桩基础、螺旋管钢单立柱桩基础、预应力双管桩基础等。工程125 MW光伏项目场区经现场踏勘,场址覆盖层为红黏土,且有灰岩出露。从经济性和施工可行性考虑,主要布置区域为果园,土质地基,推荐采用混凝土灌注桩基础。

新型注浆材料在煤矿工程中的应用

随着社会的发展,人们需求的不断增加,我国对煤矿的开采力度不断增加,这也就增加了煤矿开采工作的难度。因为随着矿井深度的增加,围岩的松动破碎很容易引起安全事故,如果依旧采用传统的注浆材料,已经无法保证在煤矿开采过程中的安全,因此研究新型注浆材料就显得尤为必要。基于此,本文将对新型注浆材料在煤矿工程中的应用进行探讨,为煤矿工程的健康发展奠定理论基础。

旋喷桩在顶管工程软弱土体加固中的应用

天津市南水北调中线滨海新区供水一期工程是天津市内输配水工程的重要组成部分,建设任务是向天津市滨海新区输送引江原水,输水管材采用2根直径2 600 mmPCCP管道,局部辅以钢管。输水管道所经紫阳道泥浆池占地面积大,泥浆较深,成为管道施工难点。根据现场地形、地质条件,经比较分析,采用顶管穿越方案,其中泥浆加固是方案的重难点。加固方案的选择不仅要安全可靠,还要经济,便于实施。经分析论证,采用旋喷桩加固方案,并确定加固范围、桩径、桩长、水泥掺量等重要参数。

一种新型高分子注浆材料的试验研究

在深部岩土工程实体加固及涌水封堵治理的基础上,分析一种新型高分子注浆材料反应机制的可行性,就浆材的黏结性、凝胶性、固结体抗压抗折强度等进行详细的室内试验研究工作,并在模拟的砂卵砾石层中开展渗透注浆模拟试验研究,分析注浆压力、注浆时间、浆液温度、围岩渗透系数等主要因素对浆液扩散半径和注浆后结石体抗压强度的影响规律以及其相互关系。结合现场工程实例,进一步验证该化学浆液在工程加固及涌水封堵治理上的实用性和优越性。试验结果表明:注浆材料的流动性、黏结性、早强性及耐久性较好,具有储存运输方便、工艺简单实用、遇水急速膨胀、固结体无毒环保等优点。浆液扩散半径随注浆压力、注浆时间、渗透系数的增大而增大,随浆液温度的升高而减小,最显著的影响因素是注浆压力和渗透系数,其次是浆液温度和注浆时间;注浆后结石体的抗压强随注浆压力、浆液温度、孔隙度以及注浆时间的增大而增大,注浆压力和孔隙度对结石体抗压强度有较大影响,浆液温度次之,注浆时间对结石体强度的影响最小。研究结果表明该高分子注浆材料具有良好的工程加固和封堵性能,与传统固化材料相比,具有凝胶快、强度高、膨胀性好等优点,是一种比较理想的高分子加固材料和堵水剂。

资源整合矿井复采面垮落废巷注浆加固技术研究

为解决海天煤业3616工作面存在的过废巷问题,通过FLAC3D数值模拟及探巷实测手段,研究废巷的赋存状况,确定废巷的垮落特征;基于此,选用水灰比可调范围大的新型双液注浆材料,开发分次成孔、插管注浆的治理工艺,解决在破碎区打钻注浆遇到的钻进困难、塌孔、漏浆等问题。工程实践表明,用该治理工艺可实现快速成孔且可避免浆液过快、过慢凝固引发的堵孔、漏浆问题。在注浆后的工作面推进过程中,在废巷垮落区域未出现影响生产的大范围冒顶、片帮现象,该治理工艺的合理性得到证明。

新型注浆材料综合锚注治理大巷底鼓技术

针对寺河矿二号井15号煤层3条大巷围岩破碎、底鼓量大且持续变形的问题,通过理论分析、钻孔窥视等方法分析了巷道底鼓的原因,得出了其是由重复采动、支护方式不当等多因素综合作用的结果。在治理措施方面重视“时效”理念,要求支护措施快速发挥作用,防止围岩出现非稳态蠕变引发持续性的变形甚至破坏,在本质上改善围岩松散软弱状况,形成良好的传力机制。基于此支护对策,研发了新型CDKS快凝注浆材料,其5~15 min便可固化,8 h便达到理论强度的80%,并且提出了针对两帮、底角及底板的综合锚注治理措施。工程实践表明：对3条大巷锚注施工后,在变形最严重的151101巷40 d平均底鼓量及两帮平均移近量分别为47、56 mm,且均已趋于稳定。对巷道扩帮、拉底后进行综合锚注,能够以较快速度控制围岩变形,证明了该方法的合理性。

隧道全方位高压喷射注浆拱棚超前支护新技术

基于对目前国内外隧道水平旋喷技术差距的分析,指出国内现有水平旋喷技术存在的成桩质量差、加固体周边岩土体变形大以及废浆液无序排放等问题。为突破隧道水平旋喷超前支护施工的关键技术,研制出大型液压双摇臂式全方位高压喷射注浆钻机,以及具有自主知识产权的配套孔口止浆器装置,并探索出一整套带孔口止浆器的隧道全方位高压喷射注浆拱棚超前支护新技术。通过现场足尺试验研究实例,详细介绍了这项新技术的全套施工工艺、施工参数及其配套机具装备,并全面展示了足尺试验旋喷拱棚的几何形态、桩–桩咬合尺寸、旋喷拱棚厚度、拱棚水泥土加固体的28 d抗压强度以及6 m长隧道开挖效果的实测资料。足尺试验成果表明,这项新技术安全可靠、工艺先进、经济环保,基本上解决了国内现有水平旋喷技术所面对的主要难题,为我国隧道超前支护工程领域提供了全新的技术手段以及配套的工法设备。

CW-G^(AC)丙烯酸盐化学灌浆材料的合成及其性能研究

采用新型交联剂合成出CW-GAC丙烯酸盐化学灌浆材料,并对其性质和力学性能进行研究。实验表明:CW-GAC丙烯酸盐化学灌浆材料具有黏度低、可灌入细微裂缝、凝胶时间可以控制、渗透系数较低、固砂体抗压强度较大等特点;交联剂和丙烯酸盐单体的用量是影响丙烯酸盐化学灌浆材料力学性能的两个重要因素;CW-GAC丙烯酸盐化学灌浆材料无毒,对环境无害,符合环保要求。

大采高工作面三角区片帮防治技术

针对大采高工作面三角区应力集中且矿压显现强烈,导致回采过程中煤壁大面积片帮等问题,通过理论分析、现场实测、工业试验等方法,分析了寺河煤矿1308大采高工作面端头区顶板三角煤在二次采动影响下的破坏机理,以及大采高工作面超前支承压力影响范围和破坏范围,为防治片帮采取合理注浆区域、注浆时机和注浆参数的选择提供依据。研究结果表明：超前支承压力的影响范围为35 m,在工作面前方8 m处最大,最大值为22.3 MPa,新型无机注浆材料具有不离析、不倒缩、结实率高达100%等优点,能够使煤体完整性和稳定性明显增强,片帮深度减少到平均0.5~0.6 m,注浆效果明显。