[工学]第六章注浆加固新技术课件.ppt

1、 第六章第六章注浆加固新技术注浆加固新技术注浆加固新技术注浆加固新技术概概 述述1注浆材料注浆材料2注浆方法注浆方法3注浆工艺注浆工艺4注浆理论注浆理论5问题提出问题提出v随着支护条件的日益复杂和恶化，构造应力、深随着支护条件的日益复杂和恶化，构造应力、深部压力及采动影响等多种因素作用下的复合型破部压力及采动影响等多种因素作用下的复合型破碎围岩维护问题成为要解决的难点，碎围岩维护问题成为要解决的难点，传统的锚喷传统的锚喷支护、金属支架已不能完全适应这种大变形、高支护、金属支架已不能完全适应这种大变形、高地压的要求，难以维护地压的要求，难以维护，严重者甚至出现前面掘，严重者甚至出现前面掘进后面翻

2、修，严重困扰矿山的正常生产。虽然可进后面翻修，严重困扰矿山的正常生产。虽然可以采用这几种支护的联合支护，它在一定程度上以采用这几种支护的联合支护，它在一定程度上能够抑制或延缓巷道的变形，但由于支护成本高能够抑制或延缓巷道的变形，但由于支护成本高等原因因而得不到推广应用。因此，复合型破碎等原因因而得不到推广应用。因此，复合型破碎围岩维护仍未得到很好解决，而此类巷道的比例围岩维护仍未得到很好解决，而此类巷道的比例在逐年增加，客观上需要进一步深入研究巷道围在逐年增加，客观上需要进一步深入研究巷道围岩控制理论并发展新的支护技术。岩控制理论并发展新的支护技术。注浆定义注浆定义v注浆注浆(Grouting

3、)(Grouting)是将具有充填胶结性能的是将具有充填胶结性能的材料配成浆液，以泵压作为动力源，用注材料配成浆液，以泵压作为动力源，用注浆设备通过注浆管将其注入到加固对象，浆设备通过注浆管将其注入到加固对象，浆液以渗透、充填、压密等方式扩散，通浆液以渗透、充填、压密等方式扩散，通过材料自身凝固、硬化，使其与被加固对过材料自身凝固、硬化，使其与被加固对象胶结成一个整体，形成一个结构新、强象胶结成一个整体，形成一个结构新、强度大、抗渗性好的度大、抗渗性好的“结合体结合体”。v根据现代岩石力学的基本理论，巷道围岩控制技根据现代岩石力学的基本理论，巷道围岩控制技术的核心和关键是采用工程手段保持和提高

4、围岩术的核心和关键是采用工程手段保持和提高围岩的强度，充分利用围岩自身的强度来保持支护围的强度，充分利用围岩自身的强度来保持支护围岩系统的稳定性。岩系统的稳定性。注浆作为改善岩土性质的重要注浆作为改善岩土性质的重要技术，能在原位对岩土进行加固或改性，使一定技术，能在原位对岩土进行加固或改性，使一定范围内的岩土体成为工程结构不可分割的一部分，范围内的岩土体成为工程结构不可分割的一部分，充分挖掘岩土体的潜力充分挖掘岩土体的潜力，较为完善地解决了一些，较为完善地解决了一些棘手的岩土工程稳定与安全问题，受到岩土界的棘手的岩土工程稳定与安全问题，受到岩土界的高度重视，广泛应用于各种以堵水和加固为目的高度

5、重视，广泛应用于各种以堵水和加固为目的的岩土工程中。的岩土工程中。注浆目的注浆目的使已发生不均使已发生不均匀沉降的建筑匀沉降的建筑物恢复原位物恢复原位示例示例示例示例注浆对象注浆对象土体粒状介质，任意粒状介质，任意排列的大小形状排列的大小形状不同的颗粒组成不同的颗粒组成，孔隙率在，孔隙率在0.15-0.5之间。之间。施工介质施工介质岩体由岩石基质和各由岩石基质和各种交切结构面所种交切结构面所组成的地质体，组成的地质体，研究裂隙发育程研究裂隙发育程度则是岩体注浆度则是岩体注浆的首要问题。的首要问题。注浆技术发展简况注浆技术发展简况 v1802年法国的查理士年法国的查理士伯利尼使用粘土、石灰加伯利

6、尼使用粘土、石灰加固迪普港的砖石砌体开始。固迪普港的砖石砌体开始。v1885年铁琴斯（年铁琴斯（Tietjens）成功地采用了地面）成功地采用了地面预注浆的方法开凿井筒，并取得了专利权。从此，预注浆的方法开凿井筒，并取得了专利权。从此，注浆技术作为矿山工程、建筑工程中防水、加固注浆技术作为矿山工程、建筑工程中防水、加固的重要手段，先后在英国、法国、南非、美国、的重要手段，先后在英国、法国、南非、美国、日本以及前苏联等国家得到了广泛的应用。日本以及前苏联等国家得到了广泛的应用。v20世纪世纪40年代前，注浆主要是以水泥和水玻璃年代前，注浆主要是以水泥和水玻璃为主，在欧美广泛采用。这之后，开始随化

7、学工为主，在欧美广泛采用。这之后，开始随化学工业发展，出现的化学注浆技术。业发展，出现的化学注浆技术。60年代出现高压年代出现高压喷射注浆技术。喷射注浆技术。80年代，由于化学浆液的改性，年代，由于化学浆液的改性，化学注浆技术又得到继续发展。化学注浆技术又得到继续发展。注浆技术发展简况注浆技术发展简况v注浆逐渐发展成为一个相对独立的研究方向。注浆逐渐发展成为一个相对独立的研究方向。1989年国际岩石力学学会成立注浆委员会，年国际岩石力学学会成立注浆委员会，1991年我国在广州举行全国灌浆会议，并成立年我国在广州举行全国灌浆会议，并成立了中国岩石力学与工程学会岩石锚固与注浆技术了中国岩石力学与工

8、程学会岩石锚固与注浆技术专业委员会，加强了理论研究和技术交流。专业委员会，加强了理论研究和技术交流。v我国从我国从50年代才开始研究，起初在井壁注浆封水，年代才开始研究，起初在井壁注浆封水，后在三峡等大型水利工程中应用，而在煤矿只是后在三峡等大型水利工程中应用，而在煤矿只是到了到了80年代才开始研究。年代才开始研究。注浆工程应用注浆工程应用建筑建筑水利水利地下地下其他其他地基加固地基加固桩基处理桩基处理构筑物补强构筑物补强抗震加固抗震加固坝基加固坝基加固帷幕注浆帷幕注浆管涌处理管涌处理坝基防滑坝基防滑井巷支护井巷支护井巷修复井巷修复硐室防漏硐室防漏巷旁支护巷旁支护露天边坡露天边坡挡土墙体挡土墙

9、体桥基加固桥基加固公路路基公路路基注浆研究机构注浆研究机构西北大学、斯坦福大学、氰胺公司西北大学、斯坦福大学、氰胺公司等等东京大学、京都大学、东帮化学工东京大学、京都大学、东帮化学工业研究所、日本化学工业社等业研究所、日本化学工业社等柏林大学、慕尼黑大学、纽伦堡地柏林大学、慕尼黑大学、纽伦堡地基研究所及埃森矿业研究院中心等基研究所及埃森矿业研究院中心等清华大学、同济大学、中国矿业大学、中南清华大学、同济大学、中国矿业大学、中南大学、东北大学、水利水电研究院、煤科院大学、东北大学、水利水电研究院、煤科院、长沙矿山研究院、铁道研究院等、长沙矿山研究院、铁道研究院等注浆研究内容注浆研究内容注注浆浆注

10、浆材料注浆理论（渗透理论）（加固机理）（堵漏机理）注浆方法及工艺注浆方法及工艺注浆参数优化及实验室研究注浆参数优化及实验室研究注浆研究技术路线注浆研究技术路线理论分析数值分析现场调研确定实验室内技术可行经济合理的最优配方方案有机加固材料主要成分预聚物、催化剂、发泡剂等基于BP神经网的正交回归实验实验室进行注浆粘结实验设计和力学实验等工程试验研究实验研究有机材料注浆加固研究现状调研有机注浆材料渗流规律及加固机理研究有机材料注浆加固数值模拟研究三、三、注浆分类注浆分类按岩土地层揭露前后进行注浆施工分类：按岩土地层揭露前后进行注浆施工分类：当井筒、巷道、硐室等构筑物在开凿前或开凿到当井筒、巷道、硐室

11、等构筑物在开凿前或开凿到接近含水层以前所进行的注浆工程，称之为预注接近含水层以前所进行的注浆工程，称之为预注浆。煤炭行业常见的有地面预注浆、工作面预注浆。煤炭行业常见的有地面预注浆、工作面预注浆。预注浆法进行岩土堵水和加固，使事故防患浆。预注浆法进行岩土堵水和加固，使事故防患于未然；于未然；当井筒、巷道、硐室等构筑物掘砌以后注浆称之当井筒、巷道、硐室等构筑物掘砌以后注浆称之后注浆。后注浆。三、三、注浆分类注浆分类v按浆液进入地层产生能量方式进行分类：按浆液进入地层产生能量方式进行分类：浆液用注浆泵输送，使浆液压入或渗透入受注地浆液用注浆泵输送，使浆液压入或渗透入受注地层，称为静压注浆（渗透注浆

12、），主要用于砂层层，称为静压注浆（渗透注浆），主要用于砂层注浆和裂隙注浆；注浆和裂隙注浆；浆液利用高压泵输送，并通过加特殊的喷嘴产生浆液利用高压泵输送，并通过加特殊的喷嘴产生具有巨大动能的喷射流，切削地层，与土、砂颗具有巨大动能的喷射流，切削地层，与土、砂颗粒搅拌混合，凝结称为高压喷射注浆。粒搅拌混合，凝结称为高压喷射注浆。三、三、注浆分类注浆分类v 按浆液在地层中运动的方式进行分类：按浆液在地层中运动的方式进行分类：浆液充填大裂隙、硐穴等称为充填注浆，主要用于大裂隙、浆液充填大裂隙、硐穴等称为充填注浆，主要用于大裂隙、溶洞、大空洞、断层；溶洞、大空洞、断层；依靠注浆压力迫使浆液在地层中压开各

13、种各样的通道来挤入依靠注浆压力迫使浆液在地层中压开各种各样的通道来挤入地层，浆液多呈现脉络状或树枝状固结，这种浆液可以使地层，浆液多呈现脉络状或树枝状固结，这种浆液可以使松软地层挤压密实，所以在地基加固中也称为压密注浆，松软地层挤压密实，所以在地基加固中也称为压密注浆，主要用于细砂岩注浆；主要用于细砂岩注浆；通过一定的方法把受注地层中的土、砂释放出来，形成的通过一定的方法把受注地层中的土、砂释放出来，形成的空间用浆液充填，称之为置换注浆，主要用于地基处理；空间用浆液充填，称之为置换注浆，主要用于地基处理；利用喷射流的动能进行注浆。利用喷射流的动能进行注浆。三、三、注浆分类注浆分类v按压注方式分

14、：按压注方式分：沿注浆孔柱面方式注浆沿注浆孔柱面方式注浆常用方式常用方式由注浆孔底底方式注浆由注浆孔底底方式注浆地基处理或井巷壁后地基处理或井巷壁后按不完整孔方式注浆按不完整孔方式注浆注浆材料注浆材料v注浆材料是注浆技术中不可忽视的重要组成部分，注浆材料是注浆技术中不可忽视的重要组成部分，注浆之所以能够对被注体起到加固和堵水作用，注浆之所以能够对被注体起到加固和堵水作用，主要是由于注浆材料在注浆过程中经过一段可人主要是由于注浆材料在注浆过程中经过一段可人工控制的时间，发生由液相到固相再到结石体充工控制的时间，发生由液相到固相再到结石体充填被注体裂隙并将松散块体联结成整体的结果。填被注体裂隙并将

15、松散块体联结成整体的结果。因此，良好的注浆材料应在流动性、凝结时间、因此，良好的注浆材料应在流动性、凝结时间、稳定性、弹性和强度以及环保等方面具有好的品稳定性、弹性和强度以及环保等方面具有好的品质。质。注浆材料分类注浆材料分类水泥浆水泥浆粘土浆粘土浆水泥粘水泥粘土浆土浆水玻水玻璃浆璃浆水泥水水泥水玻璃浆玻璃浆无机材料类无机材料类 颗粒浆液颗粒浆液无机高无机高水材料水材料注浆材料分类注浆材料分类有机材料有机材料（溶液）（溶液）丙烯酰胺类丙烯酰胺类木质素类木质素类脲醛树酯类脲醛树酯类环氧树脂类环氧树脂类甲凝浆液甲凝浆液其他类其他类聚氨酯类浆液聚氨酯类浆液颗粒浆液颗粒浆液v颗粒材料比较有代表性的是无

16、机高水材料。无机颗粒材料比较有代表性的是无机高水材料。无机高水材料首先是由英国高水材料首先是由英国Fosroc公司于公司于1979年试年试验成功第一代高水充填材料验成功第一代高水充填材料Aquapak,后来又相后来又相继研制了继研制了Tekpak,Aquablends,TekpakXX,Hydropack,Astrapack等多种更高性能的无等多种更高性能的无机高水材料。机高水材料。主料硫铝酸盐水泥硫铝酸盐水泥熟料和外加剂熟料和外加剂混合组成混合组成高水无高水无机材料机材料配料由石膏、石由石膏、石灰和添加剂灰和添加剂组成组成加水加水钙矾石钙矾石3CaOAl2O33CaSO432H2O3CaOA

17、l2O33CaSO432H2O英国无机高水材料英国无机高水材料名称用料不沉析时间(h)初凝时间(min)抗压强度(MPa)水灰比体积比(%)固体含量(kg/m3)2h1d7d1Aquapak1.86:185855000.75150.431.804.554.552Tekpak2.5:190903503200.912.414.654.653Aquablends1.86:185855000.551.102.602.604TekpakXX*2.5:1909035024201.203.504.304.305Hydropack2.5:1909035024201.453.704.604.606Astrapa

18、ck2.5:1909035072201.503.505.005.00我国无机材料研究我国无机材料研究v我国最初于我国最初于1987年由阳泉矿务局研制出一种与年由阳泉矿务局研制出一种与英国英国Aquapak公司相近的高水充填材料并引进公司相近的高水充填材料并引进了英国了英国MINDEV公司全套充填设备在阳泉二矿公司全套充填设备在阳泉二矿71211工作面进行了沿空留巷巷旁充填实验。工作面进行了沿空留巷巷旁充填实验。v中国矿业大学从中国矿业大学从1996年开始高水材料充填技术年开始高水材料充填技术研究，他们研制出了一类新型的高水材料，这种研究，他们研制出了一类新型的高水材料，这种材料利用了国产硫铝酸

19、盐水泥或熟料，合理引入材料利用了国产硫铝酸盐水泥或熟料，合理引入了沸腾炉灰渣集料，改善了材料的抗风化性能，了沸腾炉灰渣集料，改善了材料的抗风化性能，创造了井下取消塑料袋充填的条件，并在徐州矿创造了井下取消塑料袋充填的条件，并在徐州矿业集团庞庄煤矿、新汶矿业集团翟镇煤矿等地成业集团庞庄煤矿、新汶矿业集团翟镇煤矿等地成功地进行了井下工业性试验。功地进行了井下工业性试验。中矿的中矿的高水速凝材料国内高水速凝材料性能对比表材料材料种类种类生产窑生产窑型型水灰比水灰比可泵时可泵时间间h h初凝初凝时间时间minminpHpH值值抗压强度，抗压强度，MpaMpa2h2h24h24h3d3d7d7dZKDZ

20、KD回转窑回转窑2.5:12.5:1甲料甲料2424乙料乙料24248.58.5主料主料11.7011.70配料配料12.7012.702.052.053.973.974.504.505.085.08ZKDZKD立窑立窑2.5:12.5:1甲料甲料2424乙料乙料24241818主料主料12.3512.35配料配料13.0513.051.251.252.492.492.732.732.802.80中矿研制的材料具有许多独特的性能中矿研制的材料具有许多独特的性能v 水灰比范围广、水用量大水灰比范围广、水用量大(ZKD(ZKD高水速凝材料的高水速凝材料的水灰比可在水灰比可在0.33.00.33.0

21、之间任意调整之间任意调整)；v速凝早强速凝早强(甲乙料浆液混合凝结时间一般为甲乙料浆液混合凝结时间一般为330min330min，0.51h0.51h即产生强度，即产生强度，7d7d抗压强度即抗压强度即可达到设计的可达到设计的95%95%左右左右)；v可泵时间长可泵时间长(浆液静置浆液静置24h24h以上不凝结、不堵管、以上不凝结、不堵管、可连续泵送，减少了施工过程中管路、设备冲选可连续泵送，减少了施工过程中管路、设备冲选工作量工作量)；v塑性特征明显塑性特征明显(ZKD(ZKD高水速凝材料在力学性质上高水速凝材料在力学性质上与普通混凝土的岩石材料有许多不同之处与普通混凝土的岩石材料有许多不同

22、之处)；v极限载荷后强度再发展性能极限载荷后强度再发展性能(这一性能对井下巷这一性能对井下巷道充填有非常重要的实用意义，当充填体承受初道充填有非常重要的实用意义，当充填体承受初次来压后，只要未发生宏观破裂，其抗压强度将次来压后，只要未发生宏观破裂，其抗压强度将随着龄期的增长而继续发展随着龄期的增长而继续发展)。高水速凝材料力学性能不同围压条件下应力应变曲线不同围压条件下应力应变曲线1、2、3、4、5分别代表围压为分别代表围压为0.13、0.26、0.38、0.50、0.75Mpa 有机材料有机材料聚氨酯类注浆材料聚氨酯类注浆材料 v20世纪世纪60年代聚氨酯注浆材料就已被开发，美年代聚氨酯注浆

23、材料就已被开发，美国、德国、日本将聚氨酯注浆材料应用于建筑工国、德国、日本将聚氨酯注浆材料应用于建筑工程。程。v聚氨酯注浆材料是由聚氨酯预聚物与添加剂组成聚氨酯注浆材料是由聚氨酯预聚物与添加剂组成的化学浆液，一般是单液型的化学浆液，一般是单液型。也可以是双液型，。也可以是双液型，即由预聚物与固化剂组成。即由预聚物与固化剂组成。v这类浆液国内又称这类浆液国内又称“氰凝氰凝”，有非水溶性，有非水溶性(PM型型)和水溶性和水溶性(SPM型型)两类两类 聚氨酯类注浆材料分类聚氨酯类注浆材料分类Text分为分为A A、B B浆浆液，液，A A为预聚为预聚物，物，B B为固化为固化剂剂双液型双液型 单液型

24、单液型 聚氨酯预聚聚氨酯预聚物与添加剂物与添加剂组成的化学组成的化学浆液浆液A A聚氨酯类注浆材料分类聚氨酯类注浆材料分类 氰凝氰凝Text由低分子质量聚氧化丙烯多由低分子质量聚氧化丙烯多元醇与多异氰酸酯反应制得元醇与多异氰酸酯反应制得的预聚物为基料，以有机稀的预聚物为基料，以有机稀释剂为稀释剂单组分或双组释剂为稀释剂单组分或双组分浆材。固结后形成坚固的分浆材。固结后形成坚固的弹性体，强度大，体积可膨弹性体，强度大，体积可膨胀数倍，氰凝的胀数倍，氰凝的NCONCO含量高含量高，其固结物弹性差，多用于，其固结物弹性差，多用于加固地基等。加固地基等。易分散于水中，遇易分散于水中，遇水自乳化，立即进

25、水自乳化，立即进行聚合反应，固结行聚合反应，固结体具有弹性止水和体具有弹性止水和膨胀止水的双重作膨胀止水的双重作用，多用于灌浆堵用，多用于灌浆堵漏等。漏等。油溶性油溶性 水溶性水溶性 聚氨酯类注浆材料聚氨酯类注浆材料-1v马丽散马丽散E是中外合资研制材料，由两种组分组是中外合资研制材料，由两种组分组成的聚亚胺胶脂高分子聚合物，用于封堵水流和成的聚亚胺胶脂高分子聚合物，用于封堵水流和岩体加固。该产品的高度粘合力和良好的力学及岩体加固。该产品的高度粘合力和良好的力学及物理性能保证其与岩体产生高度粘合；反应时遇物理性能保证其与岩体产生高度粘合；反应时遇水水 产生膨胀，能对涌水裂隙起到快速有效的封堵产

26、生膨胀，能对涌水裂隙起到快速有效的封堵效果；良好的柔韧性可以承受地层运动效果；良好的柔韧性可以承受地层运动 的作用；的作用；并且具有较强抗渗性能、抗磨、抗冲击性能和抗并且具有较强抗渗性能、抗磨、抗冲击性能和抗老化性能，从而达到长久稳固地层、封堵涌水裂老化性能，从而达到长久稳固地层、封堵涌水裂隙和通道的目的。隙和通道的目的。v应用：煤矿井巷工程堵水、防水煤柱堵水与加固、应用：煤矿井巷工程堵水、防水煤柱堵水与加固、坝体渗漏水治理及结构补强、隧道岩溶及裂隙水坝体渗漏水治理及结构补强、隧道岩溶及裂隙水封堵、运营隧道渗透漏水治理、煤岩体加固封堵、运营隧道渗透漏水治理、煤岩体加固 波雷因注浆材料波雷因注浆

27、材料v中国矿业大学（北京）在聚氨酯主浆材料研究现中国矿业大学（北京）在聚氨酯主浆材料研究现状基础上，研制了专用于煤矿井下巷道或工作面状基础上，研制了专用于煤矿井下巷道或工作面破碎围岩高效改性聚亚胺树脂注浆加固材料，并破碎围岩高效改性聚亚胺树脂注浆加固材料，并命其名为命其名为“波雷因波雷因”。波雷因材料是一种双液型。波雷因材料是一种双液型注浆加固材料，由组分注浆加固材料，由组分A和组分和组分B两种组分组成，两种组分组成，注浆加固的结石体为：注浆加固的结石体为：(a)反应前反应前 (b)反应中反应中 (c)反应后反应后 为了增加材料反应时的膨胀倍数，一般采用氟碳化合物。防止浆液反应时因温度过高而使

28、得反应生成物凝胶体被氧化。增加浆液在注浆时的流动性和侵润性，提高浆液的可注性，选用司班或吐温。为了加快主反应的速度。常用的催化剂有叔胺和有机锡两类。为了增加凝胶体的弹塑性，以提高凝胶体力学性能，选用二辛酯等。延缓浆液凝胶时延缓浆液凝胶时间间波雷因注浆材料波雷因注浆材料v组分组分A中主要是由多异氰酸酯与端羟基化合物中主要是由多异氰酸酯与端羟基化合物（改性石炭酸树脂）进行预聚反应而得。（改性石炭酸树脂）进行预聚反应而得。vB组分主要由催化剂、稀释剂、增塑剂、表面活组分主要由催化剂、稀释剂、增塑剂、表面活性剂、缓凝剂、抗氧化剂和发泡剂等组分组成的性剂、缓凝剂、抗氧化剂和发泡剂等组分组成的混合溶液。混

29、合溶液。为了降低预聚物的粘度提高渗透性，选用的稀释剂是苯乙烯和丙酮各占50%的混合物。波雷因注浆材料优化波雷因注浆材料优化v为了建立注浆材料优化配方神经网络模型，首先为了建立注浆材料优化配方神经网络模型，首先确定其结构。在抗氧化剂、缓凝剂含量为已知的确定其结构。在抗氧化剂、缓凝剂含量为已知的情况下来优化预聚物、催化剂、表面活性剂（泡情况下来优化预聚物、催化剂、表面活性剂（泡沫稳定剂和乳化剂）、稀释剂和发泡剂之间的配沫稳定剂和乳化剂）、稀释剂和发泡剂之间的配比关系，最终目的是使凝胶体的抗压强度、粘度、比关系，最终目的是使凝胶体的抗压强度、粘度、发泡倍数及抗渗性能等综合性能指标达到最优。发泡倍数及

30、抗渗性能等综合性能指标达到最优。波雷因注浆材料优化波雷因注浆材料优化分析预聚物(X1)催化剂(X2)表面活性剂(X3)稀释剂(X4)发泡剂(X5)输入层 中间层 输出层 注浆材料优化配方注浆材料优化配方BPBP神经网络模型神经网络模型抗压强度y1、粘度y2、渗透系数y3 凝胶时间 y4波雷因注浆材料优化过程波雷因注浆材料优化过程 样本数据归一化处理样本数据归一化处理：对于样本数据，为了便于统一分析及网络训练学习的需要，需要对样本数据进行归一化处理。样本训练：样本训练：采用5164的网络结构，用Matlab工具对前20个试验进行训练。网络测试：网络测试：选择满足条件样本数据作 为学习样本进行测试

31、，通 过调整网络设置，重新训 练，直到满足要求为止。波雷因注浆材料性能指标波雷因注浆材料性能指标波 雷 因 技 术 参 数初凝时间3045s浆液粘度（25oc）200220mpa.s终凝时间6090s双液混合比1:1抗压强度1050MPa膨胀倍数13粘结强度35MPa浆液密度1.23kg/cm3阻燃性能阻燃色度号610，粉红色粘稠液水分含量%0.5不饱和度mol/kg0.02PH值5.57.5波雷因注浆材料性能特点波雷因注浆材料性能特点（1 1）凝胶时间可调）凝胶时间可调v通过调节催化剂的用量及种类，可以在较大范围通过调节催化剂的用量及种类，可以在较大范围内调节有机注浆加固材料在注浆过程中的凝

32、胶时内调节有机注浆加固材料在注浆过程中的凝胶时间，从而可以根据岩体破碎情况来控制浆液在岩间，从而可以根据岩体破碎情况来控制浆液在岩层中的凝胶与渗透时间。层中的凝胶与渗透时间。（2 2）粘结强度高）粘结强度高v有机注浆加固材料凝胶体中含有大量的极性基团，有机注浆加固材料凝胶体中含有大量的极性基团，使得其与注浆介质（岩石、煤体）具有非常大的使得其与注浆介质（岩石、煤体）具有非常大的粘结力，特别是当注浆压力提高时，浆液反应后粘结力，特别是当注浆压力提高时，浆液反应后形成固结体的致密性、岩层的整体强度及抗渗性形成固结体的致密性、岩层的整体强度及抗渗性能也相应提高。能也相应提高。波雷因注浆材料性能特点波

33、雷因注浆材料性能特点（3 3）膨胀性能好）膨胀性能好v 浆液在反应时，释放大量的浆液在反应时，释放大量的CO2气体，并在发泡剂汽化气体，并在发泡剂汽化的共同作用下，形成体系的膨胀反应，浆液边膨胀边凝固，的共同作用下，形成体系的膨胀反应，浆液边膨胀边凝固，并在浆液的渗透进程中形成膨胀压力，易产生较大的渗透并在浆液的渗透进程中形成膨胀压力，易产生较大的渗透半径和更加致密的凝胶体，便于渗透和加固。半径和更加致密的凝胶体，便于渗透和加固。（4 4）材料消耗少）材料消耗少v 由于有机注浆加固材料反应时具有膨胀性，且其与裂隙表由于有机注浆加固材料反应时具有膨胀性，且其与裂隙表面的粘结力高，所以注浆过程中浆

34、液会在短时间内填塞裂面的粘结力高，所以注浆过程中浆液会在短时间内填塞裂隙，堵住跑浆通道隙，堵住跑浆通道,减少跑浆量与材料的浪费。减少跑浆量与材料的浪费。（5 5）抗氧化性能得到改善）抗氧化性能得到改善v 由于在浆液中加入了抗氧化剂，使得浆液材料在注浆加固由于在浆液中加入了抗氧化剂，使得浆液材料在注浆加固中反应所生成的凝胶体的抗氧化性能得到提高，解决了凝中反应所生成的凝胶体的抗氧化性能得到提高，解决了凝胶体因氧化而产生的大量有毒气体，给井下生产带来不安胶体因氧化而产生的大量有毒气体，给井下生产带来不安全因素。全因素。波雷因注浆材料力学性能波雷因注浆材料力学性能 注浆加固模拟试验系统注浆加固模拟试

35、验系统 为了进行实验室研究注浆结合体的力学性能，设计制造了保证注浆结合体粘结试验的注浆模具和调整注浆压力的注浆泵为主构成的注浆加固模拟试验系统。管路浆液A组 QB-25高压双液注浆泵浆液B组 管路管路注 浆模具波雷因注浆材料力学性能波雷因注浆材料力学性能MTS电液伺服岩石力电液伺服岩石力学实验系统学实验系统 波雷因注浆材料力学性能波雷因注浆材料力学性能四、注浆一般规则四、注浆一般规则霍尔斯比霍尔斯比1982年建议：年建议：v 浆液混合物与水比例可限制在浆液混合物与水比例可限制在3:1，2:1，1:1，一般中，一般中间比例可以不用；间比例可以不用；v 开始注浆时裂隙开始注浆时裂隙0.7mm时，用

36、时，用3:1浆液，裂隙浆液，裂隙1mm时时1:1或更稠，其他用或更稠，其他用2:1浆液；浆液；v 当初始进入孔内的流量小，则采用开始的拌合物灌注到饱当初始进入孔内的流量小，则采用开始的拌合物灌注到饱和，仅当用低压而流量大时应及早准备使用较稠的浆液；和，仅当用低压而流量大时应及早准备使用较稠的浆液；v 一般注浆每隔一般注浆每隔15分钟校核一次，在连续分钟校核一次，在连续15分钟时段内浆分钟时段内浆液流量逐渐减少表明对策正确，在间隔液流量逐渐减少表明对策正确，在间隔2-3个个15分钟内分钟内流量不变则需要更稠的浆液；流量不变则需要更稠的浆液；v 注浆量突然减少，表明浆液太稠，注浆段堵塞；流量突然注

37、浆量突然减少，表明浆液太稠，注浆段堵塞；流量突然加大表明注浆压力过大，产生劈裂或漏浆。加大表明注浆压力过大，产生劈裂或漏浆。注浆工艺注浆工艺高水速凝材料高水速凝材料高水材料喷浆机风力充填系统高水材料喷浆机风力充填系统 注浆工艺注浆工艺高水速凝材料高水速凝材料高水材料双路水力充填工艺系统高水材料双路水力充填工艺系统 注浆喷嘴注浆喷嘴地面注浆泵地面注浆泵注浆工艺注浆工艺高水速凝材料高水速凝材料v风力输送的使用受到一些因素的限制，主要是一风力输送的使用受到一些因素的限制，主要是一方面其输送距离短，一般只有方面其输送距离短，一般只有100200m,固固体料运送距离加长，工人劳动强度大，且工作环体料运送

38、距离加长，工人劳动强度大，且工作环境灰尘多，对人体有害；另一方面是加水量控制境灰尘多，对人体有害；另一方面是加水量控制困难，容易造成固体各部分强度高低不一，使固困难，容易造成固体各部分强度高低不一，使固体整体浇注效果降低。体整体浇注效果降低。v水力输送以往国内因受充填泵本身功能的限制只水力输送以往国内因受充填泵本身功能的限制只能输送净浆材料，对灰渣等颗料较大的材料无法能输送净浆材料，对灰渣等颗料较大的材料无法输送，而由中国矿业大学设计、镇江煤矿专用设输送，而由中国矿业大学设计、镇江煤矿专用设备厂制造生产的备厂制造生产的BYZ-120/10新型液压柱塞泵新型液压柱塞泵从根本上解决了以往其他型号柱

39、塞泵无法输送较从根本上解决了以往其他型号柱塞泵无法输送较大颗料充填材料的问题，使灰渣远距离输送成为大颗料充填材料的问题，使灰渣远距离输送成为可能。可能。注浆工艺注浆工艺波雷因材料波雷因材料v注浆加固设备设计注浆加固设备设计 1.封孔器结构设计封孔器结构设计 工作原理是：将封孔器置于注浆孔内，通过高压胶管与工作原理是：将封孔器置于注浆孔内，通过高压胶管与注浆泵连接。开始注浆后，浆液在注浆泵压力的作用下打开注浆泵连接。开始注浆后，浆液在注浆泵压力的作用下打开封孔器内部的单向阀并进入封孔器胶管膨胀腔内，封孔器胶封孔器内部的单向阀并进入封孔器胶管膨胀腔内，封孔器胶管在浆液压力作用下膨胀并封住钻孔。管在

40、浆液压力作用下膨胀并封住钻孔。拉锚注一体拉锚注一体注浆工艺注浆工艺波雷因材料波雷因材料v注浆泵选用注浆泵选用 其他类型注浆泵其他类型注浆泵注浆工艺注浆工艺波雷因材料波雷因材料v注浆钻孔机选用注浆钻孔机选用 钻孔机具采用钻孔机具采用7655（或（或YT26）凿岩机、风动）凿岩机、风动锚杆打眼机，配用组合式接长钻杆和锚杆打眼机，配用组合式接长钻杆和27、43mm合金钻头或金刚石钻头。合金钻头或金刚石钻头。注浆工序注浆工序波雷因材料波雷因材料 注水试验：注水试验：每孔注浆前均需先压注清水，其目的一是冲每孔注浆前均需先压注清水，其目的一是冲洗岩层裂隙面，清洁注浆通道增强围岩可注性，以提高注洗岩层裂隙面

41、，清洁注浆通道增强围岩可注性，以提高注桨效果；二是根据吃水情况，分析确定注浆泵工作状况和桨效果；二是根据吃水情况，分析确定注浆泵工作状况和浆液参数调控范围。浆液参数调控范围。制输浆：制输浆：采用机械制浆，进行两次过滤后再人工扫入吸采用机械制浆，进行两次过滤后再人工扫入吸浆桶。注浆泵排浆端采用浆桶。注浆泵排浆端采用10 mm 或或19mm高压胶高压胶管输送。管输送。压注：压注：压注过程中要时刻注意观察注浆孔周围情况，发压注过程中要时刻注意观察注浆孔周围情况，发现跑浆应及时处理。同时密切注意注浆泵的工作状况，发现跑浆应及时处理。同时密切注意注浆泵的工作状况，发现异常立即处理，各孔浆液的浓度控制原则

42、均为先稀后浓。现异常立即处理，各孔浆液的浓度控制原则均为先稀后浓。系统清洗系统清洗：每次注浆完毕后应立即将两路吸浆管放入清：每次注浆完毕后应立即将两路吸浆管放入清水桶内改吸清水，对泵腔和管路进行清洗，清洗时间一般水桶内改吸清水，对泵腔和管路进行清洗，清洗时间一般不少于不少于10 分钟。分钟。注浆系统保养注浆系统保养：制浆机、注浆泵等主要设备应每班维：制浆机、注浆泵等主要设备应每班维修并加油，每压注材料修并加油，每压注材料15t后可进行一次大修，更换柱塞、后可进行一次大修，更换柱塞、胶圈、钢球、阀座等零部件。胶圈、钢球、阀座等零部件。注浆工艺注浆工艺注浆理论注浆理论1注浆渗透理论注浆渗透理论 2

43、注浆加固机理注浆加固机理 岩岩 岩岩 体体 体体 结结 加加 构构 固固3注浆堵水机理注浆堵水机理 孔孔 裂裂 隙隙 隙隙 堵堵 堵堵 水水 水水注浆渗透理论注浆渗透理论压密与劈裂注浆压密与劈裂注浆裂隙注浆裂隙注浆孔隙注浆孔隙注浆孔隙注浆孔隙注浆压密与劈裂注浆理论压密与劈裂注浆理论岩体裂隙渗透理论岩体裂隙渗透理论柱形扩散理论柱形扩散理论球体扩散理论球体扩散理论注浆加固机理-岩体结构理论拟连续介质理论拟连续介质理论 其他理论其他理论各向同性多各向同性多孔介质理论孔介质理论 裂隙介质理论裂隙介质理论 各向异性多各向异性多孔介质孔介质 理论理论孔隙介质理论孔隙介质理论 岩体结构理论岩体结构理论 注浆

44、加固机理有机注浆材料有机注浆材料 注浆堵水机理注浆堵水机理第二阶段第二阶段第三阶段第三阶段第一阶段第一阶段遇水混合反映遇水混合反映:浆液为牛顿流浆液为牛顿流体体诱导反应过程诱导反应过程:浆溢从牛顿体浆溢从牛顿体逐步变化逐步变化,粘度粘度增加增加膨胀反应过程膨胀反应过程:粘度随时间而粘度随时间而急剧增加急剧增加,浆液浆液为非牛顿体为非牛顿体注浆设计注浆设计注浆效果检测注浆效果检测注浆标准注浆标准注浆材料注浆材料注浆方法注浆方法注浆参数注浆参数防渗指标、加固强度及防渗指标、加固强度及注浆量与经济效果注浆量与经济效果方法、手段、设方法、手段、设备及评价结论备及评价结论注浆压力、扩散半径、注浆压力、扩散半径、注浆深度、孔间距等注浆深度、孔间距等