超细水泥材料注浆加固深部极软厚煤层回采巷道试验研究

通过对超细水泥浆液的凝结时间、流动性、可注性、早期强度和注浆胶结破碎煤体的强度、纯浆液结实体与胶结煤体之间的黏结抗剪强度进行一系列的模拟试验,制备出既具有早强、高强特性,又具有可操作、凝结时间可调的超细水泥注浆材料。试验结果应用到安阳市主焦煤矿深部极软厚煤层回采巷道加固工程中,有效地控制了巷道变形,提高了煤巷支护稳定性,大幅度减少巷道返修率,技术经济效益显著,为深部极软厚煤层回采巷道支护技术积累了成功经验。     

钢渣-水泥注浆加固全强风化花岗岩试验研究

为研究钢渣-水泥浆液对全强风化花岗岩的注浆效果,采用了不同水灰比、不同钢渣含量的浆液对全风化花岗岩进行注浆试验,测定了浆液凝结时间、浆液扩散半径,结石体单轴抗压强度,渗透系数的变化曲线,初步确定了注浆效果较好的水灰比与钢渣含量范围.后采用PFC离散元软件对实际隧道掌子面进行数值模拟,进一步评价钢渣-水泥对全风化花岗岩的注浆加固效果,分析最优水灰比与钢渣含量.结果表明:浆液扩散半径随着钢渣含量上升而减小,当浆液水灰比≥1时,浆液扩散半径减小幅度不超过6%;钢渣含量与水灰比,共同影响全风化花岗岩结石体的抗压强度,当水灰比1时,钢渣含量上升,结石体抗压强度先上升后减小,当水灰比≥1时,钢渣含量上升,结石体抗压强度不断升高但速率减慢;结石体的渗透系数随着钢渣含量上升,先增大而后减小,且水灰比越小,下降越明显;全风化花岗岩地层隧道超前加固中,采用水灰比1:1,钢渣含量为6%钢渣-水泥浆液进行注浆,掌子面的稳定性可以得到有效保障,研究成果可为类似全风化花岗岩地层的注浆加固工程提供指导.     

矿用水泥基注浆材料的发展及展望

水泥注浆材料是注浆技术的关键环节,由于结石体强度高、价格低廉、材料来源丰富且无毒,在煤炭行业巷道围岩加固、软岩矿井、矿山充填、堵水防渗及防突水工程等领域发挥关键作用.采用一定工艺技术或掺入合适外加剂,是改善水泥浆液性能、提高结石体力学特性并获得高性能、多功能和绿色环保注浆材料的有效途径.本文提出了矿用注浆材料体系框架,包括注浆理论、注浆材料、注浆设备、注浆工艺及工程应用;综述了近年来矿用水泥基注浆材料的研究成果,包括超细水泥基注浆材料、粉煤灰-水泥注浆材料、水泥-水玻璃注浆材料和其他类水泥基注浆材料,如聚氨酯-水泥、氧化石墨烯-水泥、纳米材料-水泥、活化煤矸石/矿渣-水泥、纤维-水泥基材料,归纳了不同矿用水泥基浆液的优点、缺点及工程应用条件;介绍了矿用水泥基注浆材料在煤矿围岩加固、矿山充填、堵水防渗及钻孔封堵领域的工程应用,并展望了矿用水泥基注浆材料的发展趋势,为我国煤矿注浆材料的研发指明方向.     

应力预养护对硫铝酸盐注浆材料强度与微结构的影响

在煤矿千米深井巷道注浆加固示范工程中,注浆结石体抗压强度常高于常压下的抗压强度,针对此问题,采用自制加压装置模拟应力作用对注浆材料浆液进行加压预养护,通过测试试样强度、表观密度、孔隙率、水化产物种类和微观结构,分析应力对材料强度增强的作用机理.结果表明:10 MPa的应力可以显著提高注浆材料结石体的抗折、抗压强度,抗折强度最大增加24.3％,抗压强度最大提高21.6％;应力可促进早期钙矾石的生成且不改变水化产物种类,提高结石体密度.分析认为,应力通过促进钙矾石的生成速率,降低结石体孔隙率和最可几孔径的方式提高结石体的强度,即提高结石体的密度,增加钙矾石相互搭接的紧密程度,进而提高注浆材料结石体的抗折、抗压强度.检测结石体密度在某种意义上可以评估注浆加固的加固效果.     

水泥浆液在黄土中注浆扩散的现场试验研究

针对原状和重塑黄土进行水泥注浆现场试验研究,得到了原状和重塑黄土在不同注浆压力下水泥浆液注浆量与时间的关系曲线.观察现场注浆结石体分布特征,分析了水泥浆液在原状黄土和重塑黄土的扩散规律,揭示出水泥浆液在黄土中以劈裂的形式进行扩散,注浆结石体自注浆孔向外延伸呈脉板状.基于现场试验数据分析,定义有效注浆时间概念,并得到注浆...     

赤泥-高炉矿渣-钢渣三元体系注浆材料试验研究

为解决地下工程灾害治理中大量消耗水泥造成的环境污染、造价高等问题,本文基于协同理论制备了赤泥-高炉矿渣-钢渣基三元体系全固废类注浆材料,系统研究了钢渣对赤泥-高炉矿渣二元体系工作性能、力学强度的作用规律,并结合X射线衍射、傅里叶变换红外光谱、扫描电镜、压汞仪等微观测试手段分析其作用机理。试验结果表明：钢渣对赤泥-高炉矿渣二元体系力学强度具有提升作用,当其掺量为10%时,28 d抗压强度可达12.78 MPa,增幅为59.84%。钢渣经机械粉磨和高温活化后,其协同作用可进一步提高,随着钢渣粒度的减小,浆液结石体力学强度逐渐增强;随着活化温度提升,结石体力学强度呈先增加后减小的趋势。钢渣在10%最优掺量下,活化温度为700 _^oC,粒径为200目时,赤泥-高炉矿渣-钢渣基注浆材料结石体的力学强度最优,28 d强度达到15.1MPa。此外,钢渣的掺入还可以促进赤泥-高炉矿渣基浆液的凝结,凝结时间缩短,浆液的流动性降低。微观分析表明：钢渣可参与赤泥-高炉矿渣体系的水化反应,而且钢渣微粒在浆液结石体中具有充填效应,使结石体更加密实,进而提高结石体力学强度;此外,在高温条件下,钢渣中生成钙芒硝,硅酸二钙,硅酸三钙,铝酸钙胶凝矿物,可促进钙矾石和水合铝酸钙的生成,对强度具有提升作用。     

赤泥–高炉矿渣–钢渣三元体系注浆材料试验研究

为解决地下工程灾害治理中大量消耗水泥造成的环境污染、造价高等问题,基于协同理论制备了赤泥–高炉矿渣–钢渣基三元体系全固废类注浆材料,系统研究了钢渣对赤泥–高炉矿渣二元体系工作性能、力学强度的作用规律,并结合X射线衍射、傅里叶变换红外光谱、扫描电镜、压汞仪等微观测试手段分析其作用机理。试验结果表明:钢渣对赤泥–高炉矿渣二元体系力学强度具有提升作用,当其掺量为10%时,28 d抗压强度可达12.78 MPa,增幅为59.84%。钢渣经机械粉磨和高温活化后,其协同作用可进一步提高,随着钢渣粒度的减小,浆液结石体力学强度逐渐增强;随着活化温度提升,结石体力学强度呈先增加后减小的趋势。钢渣在10%最优掺量下,活化温度为700℃,粒径为200目时,赤泥–高炉矿渣–钢渣基注浆材料结石体的力学强度最优,28 d强度达到15.1 MPa。此外,钢渣的掺入还可以促进赤泥–高炉矿渣基浆液的凝结,凝结时间缩短,浆液的流动性降低。微观分析表明:钢渣可参与赤泥–高炉矿渣体系的水化反应,而且钢渣微粒在浆液结石体中具有充填效应,使结石体更加密实,进而提高结石体力学强度;此外,在高温条件下,钢渣中生成钙芒硝、硅酸二钙、硅酸三钙、铝酸钙胶凝矿物,可促进钙矾石和水合铝酸钙的生成,对强度具有提升作用。     

高抗渗注浆材料研究

为提高围岩的抗渗性能,采用普通水泥浆液掺加无碱外加剂制备高抗渗注浆材料。试验结果表明,在水灰比0.65~1.0范围内,调整浆液配合比,浆液流动度可达到230 mm~270 mm,初凝时间小于2 h,具有良好的施工性能;注浆材料结石体早期强度发展快,后期强度高且无倒缩现象。注浆材料具有微膨胀特性,内部孔径细化,具有良好的抗渗性能,抗渗等级大于P8,满足工程抗渗需求。     

水泥粉煤灰-改性水玻璃注浆材料试验研究与应用

为解决传统注浆材料在大体积充填注浆时成本高、固废材料利用低、凝胶时间控制不精确等问题,提出水泥粉煤灰-改性水玻璃注浆材料。通过室内试验分析改性水玻璃配比、改性水玻璃体积分数和粉料比例对浆液初凝时间、终凝时间、流动度及单轴抗压强度的影响规律;通过工程现场试验,研究该注浆材料的可泵性、操作性,利用物理探测方法,对注浆治理效果进行评价。结果表明,水泥粉煤灰-改性水玻璃注浆材料的初凝时间为8~70 s、终凝时间为2~9 min;初凝时间随改性水玻璃体积分数的增加而增长,终凝时间随改性水玻璃体积分数的增加而缩短;凝胶时间与粉料中粉煤灰的质量分数呈正比;浆液流动度与改性水玻璃体积分数及粉料中粉煤灰质量分数成正比;粉煤灰质量分数与浆液结石体抗压强度呈负相关,改性水玻璃体积分数(水泥粉煤灰浆液与改性水玻璃体积之比)为1∶0.6或1∶0.4时,水泥粉煤灰-改性水玻璃注浆材料固结体的7 d抗压强度达到峰值9.35 MPa和6.86 MPa;水泥粉煤灰-改性水玻璃注浆材料可提高固废利用率,且各性能满足注浆需要,在实际应用中可依据工程要求调整配比,为类似的注浆工程提供参考。     

盾构隧道同步注浆浆液配合比优化设计

盾构法施工过程中,盾尾同步注浆对控制隧道轴线上浮和地面沉降起着至关重要的作用.为使盾构隧道同步注浆浆液具有较好的工作性能,选用水泥、粉煤灰、膨润土、砂、水作为原材料,采用正交设计的方法进行试验,探讨了浆液各原材料对浆液稠度、凝结时间、泌水率、7d抗强度等指标的影响规律及同步注浆浆液配比的优化方向.试验表明:水泥是影响凝结时间和抗压强度的主要因素,水泥的加入能够缩短凝结时间、增大抗压强度和降低泌水率;粉煤灰能改善浆液和易性;膨润土有增稠、保水的作用,能提高浆液稳定性,但掺量要控制在一定范围内;砂作为浆液骨料起填充作用,主要影响浆液稠度,砂的用量与浆液稠度大小呈反比趋势;水是影响泌水率的主要因素,用水量增加导致浆液泌水率、稠度增大,凝结时间变长.最优的配合比为:水泥∶粉煤灰∶膨润土∶砂∶水为160∶400∶50∶830∶360,制备的浆液稠度为11~12cm,凝结时间为10~13h,泌水率不高于3%,7d抗压强度不低于2MPa.