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超细水泥基注浆材料的研究及应用

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 摘要:为解决深井软岩大硐室支护难的问题,在传统锚网喷支护的基础上,引入超细水泥基注浆材料进行注浆支护,进一步完善深井支护技术。有效地控制大断面绞车房顶底板和两帮的位移变形,减少了绞车房的维护工作量,大大地提高?#21496;?#24055;安全。 
中国论文网 /2/view-421556.htm
  关键词:超细水泥基注浆材料;注浆支护;深井软岩 
   
  引言 
  注浆就是应用液压或气压的办法把能凝固的液体注入岩土体内或岩体裂隙中,用以改善岩土体的物理力学性能,来满足各类工程的实?#24066;?#35201;[1]。1802年法国人首次用到注浆支护,到目前为止?#24310;?#30334;年的历史。我国的注浆支护?#21152;?0世纪50年代,在注浆技术方面我国也有了较大的进展[2]。由于我国的煤矿软岩巷道?#38553;啵?#27880;浆技术在该领域的应用?#38553;?#32780;且前景广阔。在传统注浆材料的注浆技术方面有着相当成熟的注浆技术,有以水泥基注浆材料单液注浆支护,水泥―水玻璃基注浆材料双液注浆支护,还有各种化学类注浆材料的注浆支护等等。但超细水泥基注浆材料用于在煤矿软岩注浆支护的应用还较少。 
  注浆又和锚索、锚杆、金属支护等组成联合支护,共同维持巷道的稳定。注浆支护的机理包括几下几个方面[3-6]: 
  1.将浆液注入到岩土体内,渗透到岩体的裂隙,隔绝空气,防止围岩的进一步风化,?#26448;?#38459;隔水或者其他液体的侵蚀,破坏围岩本身的固有强度; 
  2.一些无法被注浆材料充填的细微裂隙,在注浆压力的作用可密实,从而使得围岩从二维受力转化为三维受力,更稳固了围岩的强度; 
  3.注浆材料在裂隙中形成横七竖八复杂的网络结构,在浆液凝固后便形成一个强有力的骨架,增强围岩的强度; 
  4.注浆材料将松散破碎的围岩?#33322;?#22312;一起,形成一个整体,提高了围岩的内聚力、内摩?#20004;?#21644;弹性模量,从而提高了围岩的强度。 
  1.注浆材料的选择 
  本次选用的注浆材料是河南理工大学管学茂教授研制的MCP超细水泥基注浆材料。一种具有微膨胀性、凝结时间和粘度在宽广范围内可调、渗透性强、结石强度高、粘结性好、无毒、无污染特性,其价格?#22303;?#23427;和其他注浆材料相比有着如下的优势: 
  ①MCP是无机材料,在用作注浆材料时,相对有机材料注浆材料来说,价格?#22303;?#21462;材容易,而且无毒无害,对环境保护有利; 
  ②MCP相对?#32960;?#27700;泥基注浆材料时,能渗透到更细的裂缝中去,在大水灰比的条件下,具有更好的流动性和更高结石体强度,浆液的稳定性也得到了大大的提高; 
  ③MCP相对其他的注浆材料,操作更为容易,运输等工序也简单。 
  1.1浆液性能简介 
  1.1.1 粒度分析:D50=4.1μm;D75=8.0μm;D84=9.1μm;D95=14.8μm 
  1.1.2流动性(马?#19979;?#26007;粘度):该浆液掺有专用外加剂MCPA可以高效调节浆液流动性,掺量1%时,马?#19979;?#26007;时间≤30s。 
  1.1.3凝结时间: 
  表1MCP各水灰比下凝结时间 
  水灰比 0.5 0.6 0.8 1 1.2 1.5 
  初凝 80min 210min 265min 315min >720min >720min 
  终凝 150min 305min 355min 465min >720min >720min 
   
  1.1.4浆液稳定性: 
  MCP注浆材料在水灰比为1的情况下,它的泌水率仅为0.53%。这保证了MCP注浆材料在注浆时的稳定性。 
  1.1.5抗压强度: 
   
  图2MCP在水灰比不同时的抗压强度 
  2.工程概况 
  某矿绞车房埋深600m,顶板岩性为灰色及砂质泥岩,局部发育中有中细沙岩;底板岩性为煤层(深灰色泥岩,块状,富含植物化石)。绞车房设计为两个断面:A断面,半圆拱形断面,长8.3m,宽7.9m,高6m,墙高2m ,S=40.1m2;B断面,半圆拱形断面,长10.2m,宽5m,高4.5m,墙高2.9m,S=23.9m2。 
  绞车房硐室两个断面支护均是首先采用锚网和单根锚索支护,然后进行?#30528;?#21450;喷浆,最后施工成束注浆锚索。由于硐室深埋较深,附近的岩体比较破碎,硐室压力大,为保证硐室的支护强度和服务年限,故选用结石体强度高、注浆效果好的超细水泥基注浆材料进行注浆支护。 
  2.1注浆孔设计 
  分别对绞车房硐室的两个断面(A、B断面)进行锚杆锚索注浆支护,其注浆孔如下图所示分布。 
  A断面为硐室大断面(靠下部),两帮底部注浆孔距地板1400mm,向下偏斜水平角度25°,向上排距为1400mm垂直壁面布一排孔,总共布4排注浆孔,水平两注浆孔之间间隔1400mm,每排安置6个注浆孔(堵头墙注浆孔的如图设置)。孔深12m。 
  B断面为硐室小断面(靠上部),两帮底部注浆孔距地板1500mm,向下偏斜水平角度30°,向上排距为1500mm垂直壁面布一排孔,总共布2排注浆孔,水平两注浆孔之间间隔1400mm,每排安置7个注浆孔。孔深12m。 
   
  图3 A硐室注浆孔布置剖面?#32426;? B硐室注浆孔布置剖面图 
  2.2注浆工艺 
  注浆工艺流程图所下所示: 
   
   
   
   
   
   
   
  图5 注浆工艺流程图 
  2.3注浆工艺相关?#38382;?nbsp;
  1.注浆设备:a.注浆泵选用的是2ZBQ-10/12型气动注浆泵;b.搅拌机选用的是JBJ-300型号的立式搅拌机。 
  2注浆压力:注浆需要一定压力克服裂隙阻力以便浆液渗入围岩,注浆压力应适当,压力过小,浆液?#23721;?#21521;四周岩体扩散;压力过大,则可能在注浆过程中导致围岩表面片帮、冒顶以至于跑浆等问题。根据注浆经验注浆压力选择1.0~1.5MPa。 
  3.封孔方法:采用了一次性封孔?#32478;健?#22312;注浆管2m处缠废旧棉布,放入孔内,用封孔水泥(硅酸盐水泥配30%速凝?#31890;?#27700;灰比0.3)将孔口1m塞严封死,凝固1d,实现封孔。 
  4.浆液配比:水灰比1,外加剂掺量为超细水泥基材料MCP量的1%。 
  5.注浆方法:采用自下而上、左右顺序作业的?#32478;劍?#27599;断面内注浆锚杆和注浆短管均采用自下而上,先底角,再两帮,最后是顶角。 
  2.4注浆效果 
  现场观察绞车房顶底板和两帮表面变形规律,测站和位移观测图如下:观测站1为巷道小硐室中心位置,观测站2在巷道大硐室中心位置,观测站3在下轨道边缘与大硐室相接处。观测点如图所示以十字交叉法设置。其观察的结果如下图所示: 
   
  图7 巷道位移变形图 
  由上图我们不难看出,在注浆前一个月,巷道位移变形严重,尤其是测点3所在没有锚杆、锚索复合支护的巷道,其位移变形明显高于测点1和测点2。通过对硐室采用MCP注浆支护后,通过3个月的位移检测,发现3个月内巷道基本没有变化。有效地控制了巷道变形,保证了巷道的安全生产。 
  3.结论 
  超细水泥基注浆材料有效地固结了破碎围岩,降低了围岩的孔隙率、封闭水源,形成的网络骨架承受着高地应力,有效地阻止了巷道变形,显著地提高了巷道的支护效果。从而保证?#21496;?#24055;的安全生产,延长了巷道的服务年限,降低了巷道的维修费用。超细水泥基注浆材料的成功应用对深井软岩巷道和硐室支护有着深远的意义。 
  参考文献 
  [1] 王国际. 注浆技术理论与实践. 徐州:中国矿业大学出版社,2000.8 
  [2] 王杰,杜嘉鸿,?#29575;?#24248;.注浆技术的发展与展望[J].沈阳建筑工程学院学报,1997(1):59-64. 
  [3] 王杰,杜嘉鸿.岩土注浆技术的理论?#25945;諿J].长江科学院院报,2000,17(6):82-86 
  [4] 赵庆彪,刘长武. 软岩巷道锚注加固系统的“网络”效应.金属矿山,2003.12:21-24 
  [5] 林登阁,乔卫国.锚注支护加固机理分析.山东科技大学学报,2001增刊:78-80 
  [6] 董方庭,宋宏伟.巷道围岩松动圈支护理论. 煤炭学报, 1994.19 (1):21-33 


2018年8月17日 16:35
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