注漿加固技術教學文案

注漿加固技術注漿加固新技術注漿概述注漿概述——因由對于破碎圍巖僅是單一原因需要進行支護研究比較容易解決，但隨著支護條件的日益復雜和惡化，構造應力、深部壓力及采動影響等多種因素作用下的復合型破碎圍巖維護問題成為要解決的難點，傳統(tǒng)的錨噴支護、砌碹支護、金屬支架已不能完全適應這種大變形、高地壓的要求，難以維護，嚴重者甚至出現(xiàn)前面掘進后面翻修，嚴重困擾礦山的正常生產(chǎn)。雖然可以采用這幾種支護的聯(lián)合支護，它在一定程度上能夠抑制或延緩巷道的變形，但由于支護成本高等原因因而得不到推廣應用。因此，復合型破碎圍巖維護仍未得到很好解決，而此類巷道的比例在逐年增加，客觀上需要進一步深入研究巷道圍巖控制理論并發(fā)展新的支護技術。注漿概述——定義根據(jù)現(xiàn)代巖石力學的基本理論，巷道圍巖控制技術的核心和關鍵是采用工程手段保持和提高圍巖的強度，充分利用圍巖自身的強度來保持支護圍巖系統(tǒng)的穩(wěn)定性。注漿作為改善巖土性質的重要技術，能在原位對巖土進行加固或改性，使一定范圍內的巖土體成為工程結構不可分割的一部分，充分挖掘巖土體的潛力，較為完善地解決了一些棘手的巖土工程穩(wěn)定與安全問題，受到巖土界的高度重視，廣泛應用于各種以堵水和加固為目的的巖土工程中。注漿概述——目的堵漏糾偏防滲加固使已發(fā)生不均勻沉降的建筑物恢復原位注漿概述——對象土體粒狀介質，任意排列的大小形狀不同的顆粒組成，孔隙率在0.15-0.5之間。施工介質巖體由巖石基質和各種交切結構面所組成的地質體，研究裂隙發(fā)育程度則是巖體注漿的首要問題。注漿概述——發(fā)展簡況1802年法國的查理士·伯利尼使用粘土、石灰加固迪普港的磚石砌體開始。1885年鐵琴斯（Tietjens）成功地采用了地面預注漿的方法開鑿井筒，并取得了專利權。從此，注漿技術作為礦山工程、建筑工程中防水、加固的重要手段，先后在英國、法國、南非、美國、日本以及前蘇聯(lián)等國家得到了廣泛的應用。20世紀40年代前，注漿主要是以水泥和水玻璃為主，在歐美廣泛采用。這之后，開始隨化學工業(yè)發(fā)展，出現(xiàn)的化學注漿技術。60年代出現(xiàn)高壓噴射注漿技術。注漿技術——發(fā)展簡況注漿逐漸發(fā)展成為一個相對獨立的研究方向。1989年國際巖石力學學會成立注漿委員會，1991年我國在廣州舉行全國灌漿會議，并成立了中國巖石力學與工程學會巖石錨固與注漿技術專業(yè)委員會，加強了理論研究和技術交流。我國從50年代才開始研究，起初在井壁注漿封水，后在三峽等大型水利工程中應用，而在煤礦只是到了80年代才開始研究。注漿概述——工程應用建筑水利地下其他地基加固樁基處理構筑物補強抗震加固壩基加固帷幕注漿管涌處理壩基防滑井巷支護井巷修復硐室防漏巷旁支護露天邊坡?lián)跬翂w橋基加固公路路基注漿概述——研究機構美國西北大學、斯坦福大學、氰胺公司等日本東京大學、京都大學、東幫化學工業(yè)研究所、日本化學工業(yè)社等德國柏林大學、慕尼黑大學、紐倫堡地基研究所及埃森礦業(yè)研究院中心等中國清華、同濟、中國礦業(yè)大學、中南大學、東北大學、水利水電研究院、煤科院、長沙礦山研究院、鐵道研究院等注漿概述——研究內容注注漿材料注漿理論（滲透理論）（加固機理）（堵漏機理）注漿方法及工藝注漿參數(shù)優(yōu)化及實驗室研究漿注漿概述——研究路線理論分析數(shù)值分析現(xiàn)場調研確定實驗室內技術可行經(jīng)濟合理的最優(yōu)配方方案有機加固材料主要成分預聚物、催化劑、發(fā)泡劑等基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡的正交回歸實驗實驗室進行注漿粘結實驗設計和力學實驗等工程試驗研究實驗研究有機注漿材料滲流規(guī)律及加固機理研究有機材料注漿加固數(shù)值模擬研究注漿加固新技術注漿材料注漿材料注漿材料是注漿技術中不可忽視的重要組成部分，注漿之所以能夠對被注體起到加固和堵水作用，主要是由于注漿材料在注漿過程中經(jīng)過一段可人工控制的時間，發(fā)生由液相到固相再到結石體充填被注體裂隙并將松散塊體聯(lián)結成整體的結果。因此，良好的注漿材料應在流動性、凝結時間、穩(wěn)定性、彈性和強度以及環(huán)保等方面具有好的品質。

注漿材料——分類水泥漿粘土漿水泥粘土漿水玻璃漿水泥水玻璃漿無機材料類顆粒漿液無機高水材料注漿材料——分類有機材料（溶液）丙烯酰胺類木質素類脲醛樹酯類環(huán)氧樹脂類甲凝漿液其他類聚氨酯類漿液注漿材料——顆粒材料顆粒材料比較有代表性的是無機高水材料。無機高水材料首先是由英國Fosroc公司于1979年試驗成功第一代高水充填材料Aquapak,后來又相繼研制了Tekpak,Aquablends,TekpakXX,Hydropack,Astrapack等多種更高性能的無機高水材料。

高水充填材料主要由兩種組份組成，一種是硫鋁酸鹽水泥熟料和外加劑混合組成（組成主料），另一種是由石膏、石灰和添加劑組成（組成配料）。當兩種組份加足量的水并混合均勻便開始發(fā)生化學反應，并生成鈣礬石,其分子中含有大量的結晶水，（3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O）是結晶水含量較多的水化物中最為常見的一種，晶體中水分子容積高達81.2%。高水材料原料中外加劑和添加劑可用來調節(jié)材料的反應速度、可泵時間等性能，以提高材料的適用性。注漿材料—英國無機高水材料名稱用料不沉析時間(h)初凝時間(min)抗壓強度(MPa)水灰比體積比(%)固體含量(kg/m3)2h1d7d1Aquapak1.86:1855000.75150.431.804.552Tekpak2.5:1903503200.912.414.653Aquablends1.86:1855000.551.102.604TekpakXX*2.5:19035024201.203.504.305Hydropack2.5:19035024201.453.704.606Astrapack2.5:19035072201.503.505.00注漿材料——我國無機材料我國最初于1987年由陽泉礦務局研制出一種與英國Aquapak公司相近的高水充填材料并引進了英國MINDEV公司全套充填設備在陽泉二礦71211工作面進行了沿空留巷巷旁充填實驗。中國礦業(yè)大學從1996年開始高水材料充填技術研究，他們研制出了一類新型的高水材料，這種材料利用了國產(chǎn)硫鋁酸鹽水泥或熟料，合理引入了沸騰爐灰渣集料，改善了材料的抗風化性能，創(chuàng)造了井下取消塑料袋充填的條件，并在徐州礦業(yè)集團龐莊煤礦、新汶礦業(yè)集團翟鎮(zhèn)煤礦等地成功地進行了井下工業(yè)性試驗。注漿材料—中礦高水速凝材料國內高水速凝材料性能對比表材料種類生產(chǎn)窯型水灰比可泵時間h初凝時間minpH值抗壓強度，Mpa2h24h3d7dZKD回轉窯2.5:1甲料>24乙料>248.5主料11.70配料12.702.053.974.505.08ZKD立窯2.5:1甲料>24乙料>2418主料12.35配料13.051.252.492.732.80材料特征①水灰比范圍廣、水用量大，ZKD高水速凝材料的水灰比可在0.3~3.0之間任意調整，根據(jù)工程需要既可配制高水灰比，又可配制低水灰比；②速凝早強，甲乙料漿液混合后立即水化、凝結、硬化成堅硬的人工石，凝結時間一般為3~30min，0.5~1h即產(chǎn)生強度，且強度增長速度很快，7d抗壓強度即可達到設計的95%左右；③可泵時間長，甲乙料分別加水攪拌成漿液后，靜置24h以上不凝結、不堵管、可連續(xù)泵送，減少了施工過程中管路、設備沖選工作量。即可連續(xù)輸送，也可24h之內間斷輸送；④塑性特征明顯，ZKD高水速凝材料在力學性質上與普通混凝土的巖石材料有許多不同之處。在抗壓試驗時，當加壓至極限載荷時，試件不發(fā)生脆性破壞，塑性變形量較大，殘余強度高，有突出的塑性特征；⑤極限載荷后強度再發(fā)展性能，ZKD高水速凝材料承受極限載荷時，在拉應力集中的各點上會出現(xiàn)一些肉眼難以觀察到的細微裂縫，只要這些裂縫未達到臨界寬度，卸載后繼續(xù)養(yǎng)護，裂縫自動愈合，且強度將繼續(xù)發(fā)展。這一性能對井下巷道充填有非常重要的實用意義，當充填體承受初次來壓后，只要未發(fā)生宏觀破裂，其抗壓強度將隨著齡期的增長而繼續(xù)發(fā)展。注漿材料—中礦高水速凝材料高水速凝材料力學性能1、2、3、4、5—分別代表圍壓為0.13、0.26、0.38、0.50、0.75Mpa不同圍壓條件下應力應變曲線注漿材料—中礦高水速凝材料有機材料—聚氨酯類注漿材料20世紀60年代聚氨酯注漿材料就已被開發(fā)，美國、德國、日本將聚氨酯注漿材料應用于建筑工程。聚氨酯注漿材料是由聚氨酯預聚物與添加劑組成的化學漿液，一般是單液型。也可以是雙液型，即由預聚物與固化劑組成。這類漿液國內又稱“氰凝”，有非水溶性(PM型)和水溶性(SPM型)兩類注漿材料——有機材料由低分子質量聚氧化丙烯多元醇與多異氰酸酯反應制得的預聚物為基料，以有機稀釋劑為稀釋劑單組分或雙組分漿材。固結后形成堅固的彈性體，強度大，體積可膨脹數(shù)倍，氰凝的NCO含量高，其固結物彈性差，多用于加固地基等。

易分散于水中，遇水自乳化，立即進行聚合反應，固結體具有良好的彈性、抗?jié)B性、耐低溫性，對巖石等具有良好的粘接性能；同時，固結體具有彈性止水和膨脹止水的雙重作用，多用于灌漿堵漏等。

Text油溶性

水溶性注漿材料——有機材料有機材料—聚氨酯類注漿材料馬麗散?E是中外合資研制材料，由兩種組分組成的聚亞胺膠脂高分子聚合物，用于封堵水流和巖體加固。該產(chǎn)品的高度粘合力和良好的力學及物理性能保證其與巖體產(chǎn)生高度粘合；反應時遇水

產(chǎn)生膨脹，能對涌水裂隙起到快速有效的封堵效果；良好的柔韌性可以承受地層運動

的作用；并且具有較強抗?jié)B性能、抗磨、抗沖擊性能和抗老化性能，從而達到長久穩(wěn)固地層、封堵涌水裂隙和通道的目的。應用：煤礦井巷工程堵水、防水煤柱堵水與加固、壩體滲漏水治理及結構補強、隧道巖溶及裂隙水封堵、運營隧道滲透漏水治理、煤巖體加固

注漿材料——有機材料波雷因注漿材料中國礦業(yè)大學（北京）在聚氨酯主漿材料研究現(xiàn)狀基礎上，研制了專用于煤礦井下巷道或工作面破碎圍巖高效改性聚亞胺樹脂注漿加固材料，并命其名為“波雷因”。波雷因材料是一種雙液型注漿加固材料，由組分A和組分B兩種組分組成，注漿加固的結石體為：(a)反應前(b)反應中(c)反應后注漿材料——有機材料為了增加材料反應時的膨脹倍數(shù)，一般采用氟碳化合物。

防止?jié){液反應時因溫度過高而使得反應生成物凝膠體被氧化。增加漿液在注漿時的流動性和侵潤性，提高漿液的可注性，選用司班或吐溫。

為了加快主反應的速度。常用的催化劑有叔胺和有機錫兩類。

為了增加凝膠體的彈塑性，以提高凝膠體力學性能，選用二辛酯等。延緩漿液凝膠時間組分A中主要是由多異氰酸酯與端羥基化合物（改性石炭酸樹脂）進行預聚反應而得。B組分主要由催化劑、稀釋劑、增塑劑、表面活性劑、緩凝劑、抗氧化劑和發(fā)泡劑等組分組成的混合溶液。為了降低預聚物的粘度提高滲透性，選用的稀釋劑是苯乙烯和丙酮各占50%的混合物。

注漿材料——有機材料波雷因注漿材料優(yōu)化為了建立注漿材料優(yōu)化配方神經(jīng)網(wǎng)絡模型，首先確定其結構。在抗氧化劑、緩凝劑含量為已知的情況下來優(yōu)化預聚物、催化劑、表面活性劑（泡沫穩(wěn)定劑和乳化劑）、稀釋劑和發(fā)泡劑之間的配比關系，最終目的是使凝膠體的抗壓強度、粘度、發(fā)泡倍數(shù)及抗?jié)B性能等綜合性能指標達到最優(yōu)。注漿材料——有機材料波雷因注漿材料優(yōu)化分析預聚物(X1)催化劑(X2)表面活性劑(X3)稀釋劑(X4)發(fā)泡劑(X5)輸入層中間層輸出層

注漿材料優(yōu)化配方BP神經(jīng)網(wǎng)絡模型抗壓強度y1、粘度y2、滲透系數(shù)y3

凝膠時間

y4注漿材料——有機材料樣本數(shù)據(jù)歸一化處理：對于樣本數(shù)據(jù)，為了便于統(tǒng)一分析及網(wǎng)絡訓練學習的需要，需要對樣本數(shù)據(jù)進行歸一化處理。樣本訓練：采用5×16×4的網(wǎng)絡結構，用Matlab工具對前20個試驗進行訓練。

網(wǎng)絡測試：選擇滿足條件樣本數(shù)據(jù)作為學習樣本進行測試，通過調整網(wǎng)絡設置，重新訓練，直到滿足要求為止。注漿材料——有機材料波雷因注漿材料性能指標波雷因技術參數(shù)初凝時間30~45s漿液粘度（25oc）200~220mpa.s終凝時間60~90s雙液混合比1:1抗壓強度10~50MPa膨脹倍數(shù)1~3粘結強度3~5MPa漿液密度1.23kg/cm3阻燃性能阻燃色度號6~10，粉紅色粘稠液水分含量%≤0.5不飽和度mol/kg0.02PH值5.5~7.5注漿材料——有機材料波雷因注漿材料性能特點（1）凝膠時間可調通過調節(jié)催化劑的用量及種類，可以在較大范圍內調節(jié)有機注漿加固材料在注漿過程中的凝膠時間，從而可以根據(jù)巖體破碎情況來控制漿液在巖層中的凝膠與滲透時間。（2）粘結強度高有機注漿加固材料凝膠體中含有大量的極性基團，使