冻结孔水泥浆封水结构冻融损伤特性试验研究

水泥浆结石体强度及其与周围介质胶结面的粘结力的大小是影响冻结孔封孔防水效果的主要因素,且长期冻融作用下对水泥浆液结石体内部微观结构产生较大的损伤,使其封孔防水效果进一步劣化。针对此种情况,文章采用模拟试验方法,系统研究了不同配比缓凝水泥浆结石体强度及与冻结管、孔壁围岩胶结面粘结力在冻融作用下损伤变化规律。结果表明:冻融作用下其力学特性明显降低,提高结石体的强度且掺加适量的膨胀剂能够显著提高结石体与周围介质粘结力,有利于减小其冻融损伤,提高冻结孔封孔防水效果。     

复杂散体状顶板回采巷道围岩注浆改性控制分析

复杂散体状顶板巷道围岩破坏严重,变形量大,支护困难。通过对复杂散体状顶板巷道围岩变形破坏特征与失稳原因分析,研究了不同配比似膏体注浆材料的浆液密度、析水率、流动度特征,探明了不同水灰比、粉煤灰掺量对似膏体注浆材料强度的影响机制,确定了似膏体注浆材料优化配比与注浆加固支护方案。结果表明:复杂散体状顶板巷道围岩表现为顶板破坏严重呈网兜状下沉,高低帮呈整体“凹”型膨胀变形;散块体、弱胶结、高应力、软煤体、支护失效是巷道围岩失稳的主要原因;随着水灰比、粉煤灰掺量增大,浆液析水率与流动度呈增加趋势、浆液密度则呈降低趋势,水灰比对浆液流动度影响大于粉煤灰掺量;浆液结石体破坏强度随着水灰比与粉煤灰掺量的提高分别表现为加速衰减姿态与急剧下降—缓慢增加—缓慢下降趋势;似膏体注浆材料优化配比的水灰比与粉煤灰掺量分别为0.6∶1与80%;采用锚杆(索)+似膏体注浆控制技术方案30 d后,顶板最大下沉量小于80 mm,两帮最大收敛量小于70 mm,巷道围岩稳定性较好。     

粉煤灰基UEA改性注浆材料力学特性与失稳模式

采用PC42.5硅酸盐水泥、粉煤灰、UEA膨胀剂研制粉煤灰基UEA改性注浆材料,在实验室通过刚性试验机对15个不同配比浆液结石体养护期下缩量测定与单轴抗压强度力学实验,研究粉煤灰基UEA改性注浆材料的自然变形、力学特性与失稳模式。通过单轴压缩试验分析了UEA掺量对浆液结石体下缩量、破坏强度、峰值应变及破坏形态的影响,确定了粉煤灰基UEA改性注浆结石体失稳模式与临界值点。结果表明：随着UEA掺量梯度增加(0‰、2‰、4‰、6‰、8‰),以UEA掺量0‰为对照梯度,结石体初始下缩量分别下降41.55%、2.63%、1.77%、2.22%,结石体后期下缩量降幅分别为45.61%、61.29%(C0、C1、C2),结石体破坏强度分别提升49.15%、提升3.96%、下降18.18%、提升4.95%,整体表现出升高—降低—缓高的形态,结石体峰值应变分别提升1.66%、1.41%、4.37%、1.70%,UEA膨胀剂对浆液结石体峰值应变具有明显提高作用,表现出线性升高趋势|粉煤灰基UEA改性注浆体破坏失稳模式表现为低强度大变形复杂破坏与高强度小变形破坏两种,两种失稳模式划分临界值点为浆液结石体破坏强度1.5MPa。     

膨胀型浆体膨胀性能及力学破坏特征试验研究

针对围岩黏结过程中可提供膨胀力的膨胀型注浆材料配制问题,开展以静态破碎剂为膨胀源、水泥为胶结剂的膨胀型浆体配比试验,探究不同膨胀剂掺量下膨胀浆体的膨胀特征及力学破坏特征。试验结果表明: 静态破碎剂-水泥浆体的膨胀特征呈现终凝前缓慢膨胀、终凝后加速膨胀、减速膨胀及稳定等4个阶段; 当膨胀剂掺量分别为3%、6%和9%时,膨胀胶结体试样达到稳定阶段时的平均膨胀率分别为2.76%、8.92%和13.57%; 随着膨胀剂掺量增加,试样抗压强度不断降低; 胶结体试样破坏特征表现为: 随着膨胀剂掺量增加,试样由拉伸破坏逐渐向剪切破坏转变,再向碎胀型破坏转变,试样自身膨胀后由脆性向延性发展; 试样体积膨胀导致裂纹滋生,通过DoseResp函数拟合得到膨胀后试样的单轴抗压强度与体积膨胀率的关系,膨胀型浆体单轴抗压强度受膨胀率增加的影响先变小后变大再变小。膨胀型浆体性能的研究对节理面膨胀浆体注浆技术的工程应用具有重要借鉴意义。     

基于预应力锚和自应力注的破碎围岩锚注加固应用研究

针对高应力巷道围岩锚注中注浆锚杆锚固力低和水泥基注浆材料自收缩造成控制效果不佳的问题,提出基于预应力锚和自应力注的破碎围岩锚注加固方法.以平煤十矿变电所巷道为工程背景,基于原支护方式失稳机理分析,探究裂隙岩体自应力浆液加固原理,研发新型高强预应力注浆锚杆系统,形成基于预应力锚和自应力注的破碎围岩锚注支护方案.通过浆岩界面SEM扫描、围岩钻孔窥视、锚杆索受力和围岩变形监测等方法综合评价该新型预应力锚注的工程应用效果.结果表明:通过高强预应力注浆锚杆的轴向约束应力与自应力浆液的膨胀应力使加固围岩处于准三维受力状态,实现了破碎围岩的强化与损伤修复;新型高强预应力注浆锚杆具有预应力大、预应力施加标准、锚固力高、杆体强度高等优点,能够对围岩提供高轴向约束;新型锚注加固后,注浆浆脉充填围岩裂隙,浆液结石体与岩体结合致密;注浆锚杆索受力稳定,巷道表面围岩最大位移为83 mm,说明通过新型预应力锚注加固方案实现了变电所巷道围岩稳定性控制.     

微膨胀锚固剂膨胀应力分析及性能试验研究

基于弹性力学厚壁筒理论,建立了膨胀应力分析模型,分析了膨胀压力与拉伸应力的转换机理,推导得出无限大区域膨胀拉伸应力计算公式,指出无限大区域内岩体径向压应力σρ和环向拉伸应力σφ大小相等,均与岩体所处位置至钻孔中心的距离ρ成反比,与钻孔半径r和孔壁内压力P内成正比,在此基础上研究了岩体产生拉伸破坏的条件,结合岩石极限抗拉强度和微膨胀树脂锚固剂的最大膨胀拉伸应力,给出了U EA膨胀材料的配比范围,并通过单轴抗压试验证明了U EA膨胀剂对树脂锚固剂力学性能基本没有影响,可以满足使用要求。     

全煤巷道拱形整体锚固结构稳定性分析

运用相似材料模拟实验，就拱形整体锚固结构支护条件下，围岩在不同程度采动影响下的矿压显现特征，即应力、变形及破坏特征进行了研究，结果表明。拱形整体锚固结构克服了普通锚杆支护的结构松散、围岩变形量大等弱点，是一种较理想的锚固结构形式。     

氧化石墨烯改性黏土水泥浆性能试验研究

黏土水泥浆作为应用广泛的矿山注浆材料,注浆加固初期抗渗滤能力差、结石体强度低且易发生脆性破坏,影响注浆加固效果。以氧化石墨烯(hGO)为改性剂,掺入普通黏土水泥浆,制备了新型黏土水泥浆。通过室内试验,在对比分析h GO掺入量对黏土水泥浆的黏度、稳定性、塑性强度及结石体力学性能等主要性能参数影响的基础上,结合扫描电镜(SEM),从微观形貌角度对h GO的作用机理进行分析,提出了h GO改性黏土水泥浆结石体的生长模型。研究结果表明:hGO改性黏土水泥浆液固结后,结石体内部形成了以h GO片层为核心的黏土—水泥团聚物空间骨架,黏土颗粒填充其中,形成浆液体系架构,这是h GO改性黏土水泥浆性能优于传统黏土水泥浆的主要原因;随着h GO掺量的增加,黏土水泥浆液的黏度最大提高163%,浆液流动性下降;hGO改性黏土水泥浆的稳定性和塑性强度明显增强,同一养护时间塑性强度最大提高7.11倍;浆液结石体的单轴抗压强度和抗剪强度均提高,最大增幅分别为23.94%和25.27%,对浆液耐久性的优化作用明显。     

巷道钢纤维硅粉混凝土喷浆支护试验与应用

为解决普通混凝土喷浆支护浆体开裂、巷道变形严重的问题，提出采用钢纤维硅粉混凝土对其进行湿喷支护。通过试验研究钢纤维掺量与形状、硅粉掺量和减水剂掺量对混凝土抗弯强度的影响规律，得出最佳的钢纤维硅粉混凝土配比，应用于某矿的回风斜井喷浆支护。结果表明：波浪型钢纤维对混凝土抗弯强度提高能力远大于平直型钢纤维，最佳的波浪型钢纤维掺入率为1.5%，最佳的硅粉掺量为替代水泥掺量的10%，最佳减水剂掺量为0.6%。通过喷层应力监测和围岩变形观测证明了钢纤维硅粉混凝土喷浆支护控制巷道围岩的可行性.     

全煤巷道拱形整体锚固结构稳定性分析

运用相似材料模拟实验 ,就拱形整体锚固结构支护条件下 ,围岩在不同程度采动影响下的矿压显现特征 ,即应力、变形及破坏特征进行了研究 ,结果表明。拱形整体锚固结构克服了普通锚杆支护的结构松散、围岩变形量大等弱点 ,是一种较理想的锚固结构形式     

沿空大断面巷道预应力锚注支护技术应用

针对沿空大断面巷道掘进期间围岩变形控制难题,以王家岭矿东翼胶带大巷为工程实例,应用预应力锚注裂隙岩体加固原理,采用预应力注浆锚杆与自应力注浆联合支护方式,选用快硬早强高流态微纳米硅质复合注浆料,改善煤岩体的整体性和约束应力状态,浆液的黏结作用使锚杆变为全长锚固状态,使锚杆、浆液结石体、围岩三者形成完整的整体,提高围岩抗剪强度、破碎煤岩体应力状态和煤岩体自有强度,支护7 d后围岩变形速度明显降低,顶底板、两帮最大移近量分别为179 mm、294 mm,比支护设计优化前分别少移近198 mm、386 mm。     

煤矿采空区水泥粉煤灰充填材料试验研究

结合煤矿采空区治理工程实例,通过室内试验系统分析水泥、粉煤灰浆液在不同粉煤灰掺入量、水固比和速凝剂掺入组合情况下的浆液性能及参数,并通过现场取样对浆液结石体强度衰减进行比较,得出浆液粉煤灰掺入量不得大于80%、水固比为(0.7∶1)～(0.8∶1)、水玻璃掺入量为1%～3%的结论,以指导工程实践。     

粉煤灰对注浆材料性能的影响

介绍了粉煤灰对水泥－水玻璃浆液凝胶时间和固结体抗压强度的试验方案及结果。文中指出，适量掺加粉煤灰可提高水泥－水玻璃浆液结石体的后期强度，其早期强度虽受影响但可采取一定的措施加以补偿；大量掺加时该浆液仍具有结石率高、凝胶时间可调等特性，并可大幅度降低浆液成本。     

VAE改性水泥基注浆材料性能研究

为了提高水泥基注浆材料的性能,解决煤壁片帮问题, 采用高分子有机聚合物 VAE 乳液对普通硅酸盐水泥进行 力学性能改性;对不同 VAE 掺量下有机—无机复合浆液的 水灰比、力学性能及韧性进行研究;并结合电子扫描显微镜 (SEM)分析其改性机理。结果表明,VAE 在合适的掺量下 具有减水效果,VAE 掺入较多时,复合浆液黏稠,增大用水 量。在最佳掺量3%下,VAE 薄膜与水泥水化产物形成了 有机 无机互穿三维网状结构,从而限制了结石体内部微裂 缝的蔓延,提高了复合浆液的性能。现场试验表明:注入复 合浆液,显著提高了煤壁整体稳定性,煤壁片帮问题得到了 有效治理。     

低强度软岩巷道大变形围岩稳定控制试验研究

通过在低强度软岩巷道进行的大变形围岩稳定控制试验及计算，分析了各种支护方式的试验效果，得出一次锚网喷、二次大刚度、高强度支护控制低强度软岩巷道围岩稳定是科学合理的。低强度软岩巷道大变形围岩稳定控制的机理为：一次支护让压，围岩体受力达到较低变形速率下的力学平衡，充分发挥围岩承载力；二次大刚度高强度支护，减少巷道岩体偏应力，使巷道围岩切向应力相对降低，径向应力相对升高，应力状态优化，促进围岩应力向稳定应力状态转化。     

水泥—粉煤灰浆液试验及其在采空区注浆中的应用

结合贵州黔桂天能煤焦化扩建项目采空区治理工程,通过室内试验对施工中所用水泥粉煤灰浆液性能做了研究,分析了不同水固比,不同粉煤灰掺量下浆液的粘度、初终凝时间、结石率及结石体强度的变化规律,确定了施工合理的注浆浆液配比,为采空区注浆充填治理提供了依据。     

高强度低黏度注浆材料配比试验研究

为满足微裂隙岩体注浆加固要求,需研究一种强度高、黏度低的高性能注浆材料。选用超细水泥、硅粉、超细粉煤灰、聚羧酸系减水剂为原料,结合单因素试验和正交试验,对浆液进行改性。试验结果表明：在水泥中掺加4%～12%的硅粉,浆液的结石体强度可以提高8%～34%|用超细粉煤灰替代一定量的水泥,可以降低浆液的黏度,当粉煤灰替代量超过20%后,浆液黏度不再降低,达到作用极限值|聚羧酸系减水剂对于降低水泥浆液的黏度有着显著效果,掺加0.1%～0.5%的减水剂,浆液的黏度可以降低25%～90.6%,减水剂掺量越高,浆液析水率越大,浆液越不稳定|当水灰比为0.8、硅粉掺量为10%、粉煤灰代替量为20%、减水剂掺量为0.3%时配置的浆液性能最优,新型浆液结石体28d抗压强度为22.98MPa,比纯水泥浆液结石体的抗压强度提高13.6%,黏度为21.83s,比纯水泥浆液黏度降低89%。     

水泥—粉煤灰注浆材料特性试验研究

通过室内对水泥—粉煤灰浆液的各项物理力学及化学性质进行测试,获取了不同材料配比及不同龄期条件下浆液的结石体抗压及抗剪强度、流动度(扩散半径)、黏度、结实率、凝结时间等工程参数,探究了各工程参数间的相互作用关系。结果表明:不同龄期条件下的浆液硬化体抗压及抗剪强度随水灰比的增大而降低,对于注浆工程本身来说,选取7 d龄期条件下的浆液硬化体强度最为适宜;水灰比为1:0.5~1:0.8时,浆液流动性比较好,但硬化体强度较低,加固效果较差;而水灰质量比为1:1时,硬化体强度及结实率较高,充填加固效果较好;水泥—粉煤灰浆液的凝结时间随粉煤灰掺入量的增大而增大,随水灰比的增加而延长;水泥—粉煤灰浆液的流动度随着粉煤灰掺量的加大而降低,但黏度增大,结石率升高;当粉煤灰含量为20%时,水泥和粉煤灰的物理化学反应较好,可注性能优异,能够满足注浆堵水以及工作面底板改造的要求。     

低掺量水泥土抗剪强度试验研究

利用静三轴CU试验研究了水泥掺入比低于5%的低掺量水泥土的应力-应变关系及强度特性, 探讨了在不同水泥掺量情况下水泥土抗剪强度指标的变化规律, 分析了素土和水泥土的变形破坏模式。试验结果表明, 水泥土强度随水泥掺量增加而提高, 当水泥掺入比大于1.5%时, 水泥土的强度和抵抗变形的能力较素土有显著的增强。研究结果对于深入认识低掺量水泥土的加固机理和现场施工合理选择水泥掺入比具有指导意义。     

考虑托板作用的深埋岩体分区破裂时空效应

分区破裂是深部岩体在众多敏感因素综合作用下发生的复杂时空演化过程。以深埋硐室围岩初期支护后的预应力全长锚固锚杆为研究对象,考虑不同大小托板反力作用对硐室围岩强度参数的影响,基于分区破裂条件下锚杆所呈现的拉-压交替受力特征,建立了杆体与围岩协调变形的力学分析模型,推导了围岩分区破裂后锚杆中性点位置的计算公式,进而对不同托板反力作用下的围岩分区厚度、破裂范围及数量进行了反演分析;根据围岩弹塑性界面上岩体的非线性流变模型及其在切向与径向所受的最大偏应力,提出了弹塑性界面岩体破裂发生时刻的理论公式。结果表明:①在分区破裂条件下,深埋硐室围岩与预应力锚杆产生协调变形,沿杆体长度方向存在多个处于拉-压受力平衡的中性点,在各中性点附近的弹塑性界面上岩体具有显著的流变特性。当该界面岩体所受最大偏应力超过其长期强度时即发生脆性拉裂;②预应力全长锚固锚杆对围岩强度参数具有重要影响,预应力的增加能够有效改善围岩的承载特性,围岩分区厚度、破裂区宽度与数量以及弹塑性界面上岩体破裂发生时刻随锚杆预应力的变化而变化;③在锚杆预应力作用下围岩强度的提高对硐壁岩体破裂具有一定的抑制作用。随着锚杆预应力的逐渐增大,靠近硐壁处的第1个锚杆中性点逐步向硐壁表面移动,硐壁岩体破裂区厚度也逐渐减小直至不再破裂;④通过算例分析对上述认识的合理性进行了验证。