注漿加固技術(shù)教學(xué)文案

注漿加固技術(shù)注漿加固新技術(shù)注漿概述注漿概述——因由對(duì)于破碎圍巖僅是單一原因需要進(jìn)行支護(hù)研究比較容易解決，但隨著支護(hù)條件的日益復(fù)雜和惡化，構(gòu)造應(yīng)力、深部壓力及采動(dòng)影響等多種因素作用下的復(fù)合型破碎圍巖維護(hù)問(wèn)題成為要解決的難點(diǎn)，傳統(tǒng)的錨噴支護(hù)、砌碹支護(hù)、金屬支架已不能完全適應(yīng)這種大變形、高地壓的要求，難以維護(hù)，嚴(yán)重者甚至出現(xiàn)前面掘進(jìn)后面翻修，嚴(yán)重困擾礦山的正常生產(chǎn)。雖然可以采用這幾種支護(hù)的聯(lián)合支護(hù)，它在一定程度上能夠抑制或延緩巷道的變形，但由于支護(hù)成本高等原因因而得不到推廣應(yīng)用。因此，復(fù)合型破碎圍巖維護(hù)仍未得到很好解決，而此類(lèi)巷道的比例在逐年增加，客觀上需要進(jìn)一步深入研究巷道圍巖控制理論并發(fā)展新的支護(hù)技術(shù)。注漿概述——定義根據(jù)現(xiàn)代巖石力學(xué)的基本理論，巷道圍巖控制技術(shù)的核心和關(guān)鍵是采用工程手段保持和提高圍巖的強(qiáng)度，充分利用圍巖自身的強(qiáng)度來(lái)保持支護(hù)圍巖系統(tǒng)的穩(wěn)定性。注漿作為改善巖土性質(zhì)的重要技術(shù)，能在原位對(duì)巖土進(jìn)行加固或改性，使一定范圍內(nèi)的巖土體成為工程結(jié)構(gòu)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(wèn)題，受到巖土界的高度重視，廣泛應(yīng)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(fù)原位注漿概述——對(duì)象土體粒狀介質(zhì)，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(zhì)巖體由巖石基質(zhì)和各種交切結(jié)構(gòu)面所組成的地質(zhì)體，研究裂隙發(fā)育程度則是巖體注漿的首要問(wèn)題。注漿概述——發(fā)展簡(jiǎn)況1802年法國(guó)的查理士·伯利尼使用粘土、石灰加固迪普港的磚石砌體開(kāi)始。1885年鐵琴斯（Tietjens）成功地采用了地面預(yù)注漿的方法開(kāi)鑿井筒，并取得了專(zhuān)利權(quán)。從此，注漿技術(shù)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(guó)、法國(guó)、南非、美國(guó)、日本以及前蘇聯(lián)等國(guó)家得到了廣泛的應(yīng)用。20世紀(jì)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(kāi)始隨化學(xué)工業(yè)發(fā)展，出現(xiàn)的化學(xué)注漿技術(shù)。60年代出現(xiàn)高壓噴射注漿技術(shù)。注漿技術(shù)——發(fā)展簡(jiǎn)況注漿逐漸發(fā)展成為一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的研究方向。1989年國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)成立注漿委員會(huì)，1991年我國(guó)在廣州舉行全國(guó)灌漿會(huì)議，并成立了中國(guó)巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)巖石錨固與注漿技術(shù)專(zhuān)業(yè)委員會(huì)，加強(qiáng)了理論研究和技術(shù)交流。我國(guó)從50年代才開(kāi)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(yīng)用，而在煤礦只是到了80年代才開(kāi)始研究。注漿概述——工程應(yīng)用建筑水利地下其他地基加固樁基處理構(gòu)筑物補(bǔ)強(qiáng)抗震加固壩基加固帷幕注漿管涌處理壩基防滑井巷支護(hù)井巷修復(fù)硐室防漏巷旁支護(hù)露天邊坡?lián)跬翂w橋基加固公路路基注漿概述——研究機(jī)構(gòu)美國(guó)西北大學(xué)、斯坦福大學(xué)、氰胺公司等日本東京大學(xué)、京都大學(xué)、東幫化學(xué)工業(yè)研究所、日本化學(xué)工業(yè)社等德國(guó)柏林大學(xué)、慕尼黑大學(xué)、紐倫堡地基研究所及埃森礦業(yè)研究院中心等中國(guó)清華、同濟(jì)、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)、中南大學(xué)、東北大學(xué)、水利水電研究院、煤科院、長(zhǎng)沙礦山研究院、鐵道研究院等注漿概述——研究?jī)?nèi)容注注漿材料注漿理論（滲透理論）（加固機(jī)理）（堵漏機(jī)理）注漿方法及工藝注漿參數(shù)優(yōu)化及實(shí)驗(yàn)室研究漿注漿概述——研究路線(xiàn)理論分析數(shù)值分析現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研確定實(shí)驗(yàn)室內(nèi)技術(shù)可行經(jīng)濟(jì)合理的最優(yōu)配方方案有機(jī)加固材料主要成分預(yù)聚物、催化劑、發(fā)泡劑等基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的正交回歸實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行注漿粘結(jié)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和力學(xué)實(shí)驗(yàn)等工程試驗(yàn)研究實(shí)驗(yàn)研究有機(jī)注漿材料滲流規(guī)律及加固機(jī)理研究有機(jī)材料注漿加固數(shù)值模擬研究注漿加固新技術(shù)注漿材料注漿材料注漿材料是注漿技術(shù)中不可忽視的重要組成部分，注漿之所以能夠?qū)Ρ蛔Ⅲw起到加固和堵水作用，主要是由于注漿材料在注漿過(guò)程中經(jīng)過(guò)一段可人工控制的時(shí)間，發(fā)生由液相到固相再到結(jié)石體充填被注體裂隙并將松散塊體聯(lián)結(jié)成整體的結(jié)果。因此，良好的注漿材料應(yīng)在流動(dòng)性、凝結(jié)時(shí)間、穩(wěn)定性、彈性和強(qiáng)度以及環(huán)保等方面具有好的品質(zhì)。

注漿材料——分類(lèi)水泥漿粘土漿水泥粘土漿水玻璃漿水泥水玻璃漿無(wú)機(jī)材料類(lèi)顆粒漿液無(wú)機(jī)高水材料注漿材料——分類(lèi)有機(jī)材料（溶液）丙烯酰胺類(lèi)木質(zhì)素類(lèi)脲醛樹(shù)酯類(lèi)環(huán)氧樹(shù)脂類(lèi)甲凝漿液其他類(lèi)聚氨酯類(lèi)漿液注漿材料——顆粒材料顆粒材料比較有代表性的是無(wú)機(jī)高水材料。無(wú)機(jī)高水材料首先是由英國(guó)Fosroc公司于1979年試驗(yàn)成功第一代高水充填材料Aquapak,后來(lái)又相繼研制了Tekpak,Aquablends,TekpakXX,Hydropack,Astrapack等多種更高性能的無(wú)機(jī)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(dāng)兩種組份加足量的水并混合均勻便開(kāi)始發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并生成鈣礬石,其分子中含有大量的結(jié)晶水，（3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O）是結(jié)晶水含量較多的水化物中最為常見(jiàn)的一種，晶體中水分子容積高達(dá)81.2%。高水材料原料中外加劑和添加劑可用來(lái)調(diào)節(jié)材料的反應(yīng)速度、可泵時(shí)間等性能，以提高材料的適用性。注漿材料—英國(guó)無(wú)機(jī)高水材料名稱(chēng)用料不沉析時(shí)間(h)初凝時(shí)間(min)抗壓強(qiáng)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(guó)無(wú)機(jī)材料我國(guó)最初于1987年由陽(yáng)泉礦務(wù)局研制出一種與英國(guó)Aquapak公司相近的高水充填材料并引進(jìn)了英國(guó)MINDEV公司全套充填設(shè)備在陽(yáng)泉二礦71211工作面進(jìn)行了沿空留巷巷旁充填實(shí)驗(yàn)。中國(guó)礦業(yè)大學(xué)從1996年開(kāi)始高水材料充填技術(shù)研究，他們研制出了一類(lèi)新型的高水材料，這種材料利用了國(guó)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(fēng)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(tuán)龐莊煤礦、新汶礦業(yè)集團(tuán)翟鎮(zhèn)煤礦等地成功地進(jìn)行了井下工業(yè)性試驗(yàn)。注漿材料—中礦高水速凝材料國(guó)內(nèi)高水速凝材料性能對(duì)比表材料種類(lèi)生產(chǎn)窯型水灰比可泵時(shí)間h初凝時(shí)間minpH值抗壓強(qiáng)度，Mpa2h24h3d7dZKD回轉(zhuǎn)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(diào)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(qiáng)，甲乙料漿液混合后立即水化、凝結(jié)、硬化成堅(jiān)硬的人工石，凝結(jié)時(shí)間一般為3~30min，0.5~1h即產(chǎn)生強(qiáng)度，且強(qiáng)度增長(zhǎng)速度很快，7d抗壓強(qiáng)度即可達(dá)到設(shè)計(jì)的95%左右；③可泵時(shí)間長(zhǎng)，甲乙料分別加水?dāng)嚢璩蓾{液后，靜置24h以上不凝結(jié)、不堵管、可連續(xù)泵送，減少了施工過(guò)程中管路、設(shè)備沖選工作量。即可連續(xù)輸送，也可24h之內(nèi)間斷輸送；④塑性特征明顯，ZKD高水速凝材料在力學(xué)性質(zhì)上與普通混凝土的巖石材料有許多不同之處。在抗壓試驗(yàn)時(shí)，當(dāng)加壓至極限載荷時(shí)，試件不發(fā)生脆性破壞，塑性變形量較大，殘余強(qiáng)度高，有突出的塑性特征；⑤極限載荷后強(qiáng)度再發(fā)展性能，ZKD高水速凝材料承受極限載荷時(shí)，在拉應(yīng)力集中的各點(diǎn)上會(huì)出現(xiàn)一些肉眼難以觀察到的細(xì)微裂縫，只要這些裂縫未達(dá)到臨界寬度，卸載后繼續(xù)養(yǎng)護(hù)，裂縫自動(dòng)愈合，且強(qiáng)度將繼續(xù)發(fā)展。這一性能對(duì)井下巷道充填有非常重要的實(shí)用意義，當(dāng)充填體承受初次來(lái)壓后，只要未發(fā)生宏觀破裂，其抗壓強(qiáng)度將隨著齡期的增長(zhǎng)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(xué)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(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)注漿材料—中礦高水速凝材料有機(jī)材料—聚氨酯類(lèi)注漿材料20世紀(jì)60年代聚氨酯注漿材料就已被開(kāi)發(fā)，美國(guó)、德國(guó)、日本將聚氨酯注漿材料應(yīng)用于建筑工程。聚氨酯注漿材料是由聚氨酯預(yù)聚物與添加劑組成的化學(xué)漿液，一般是單液型。也可以是雙液型，即由預(yù)聚物與固化劑組成。這類(lèi)漿液國(guó)內(nèi)又稱(chēng)“氰凝”，有非水溶性(PM型)和水溶性(SPM型)兩類(lèi)注漿材料——有機(jī)材料由低分子質(zhì)量聚氧化丙烯多元醇與多異氰酸酯反應(yīng)制得的預(yù)聚物為基料，以有機(jī)稀釋劑為稀釋劑單組分或雙組分漿材。固結(jié)后形成堅(jiān)固的彈性體，強(qiáng)度大，體積可膨脹數(shù)倍，氰凝的NCO含量高，其固結(jié)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(jìn)行聚合反應(yīng)，固結(jié)體具有良好的彈性、抗?jié)B性、耐低溫性，對(duì)巖石等具有良好的粘接性能；同時(shí)，固結(jié)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(jī)材料有機(jī)材料—聚氨酯類(lèi)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(xué)及物理性能保證其與巖體產(chǎn)生高度粘合；反應(yīng)時(shí)遇水

產(chǎn)生膨脹，能對(duì)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(yùn)動(dòng)

的作用；并且具有較強(qiáng)抗?jié)B性能、抗磨、抗沖擊性能和抗老化性能，從而達(dá)到長(zhǎng)久穩(wěn)固地層、封堵涌水裂隙和通道的目的。應(yīng)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(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)、隧道巖溶及裂隙水封堵、運(yùn)營(yíng)隧道滲透漏水治理、煤巖體加固

注漿材料——有機(jī)材料波雷因注漿材料中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）在聚氨酯主漿材料研究現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，研制了專(zhuān)用于煤礦井下巷道或工作面破碎圍巖高效改性聚亞胺樹(shù)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(jié)石體為：(a)反應(yīng)前(b)反應(yīng)中(c)反應(yīng)后注漿材料——有機(jī)材料為了增加材料反應(yīng)時(shí)的膨脹倍數(shù)，一般采用氟碳化合物。

防止?jié){液反應(yīng)時(shí)因溫度過(guò)高而使得反應(yīng)生成物凝膠體被氧化。增加漿液在注漿時(shí)的流動(dòng)性和侵潤(rùn)性，提高漿液的可注性，選用司班或吐溫。

為了加快主反應(yīng)的速度。常用的催化劑有叔胺和有機(jī)錫兩類(lèi)。

為了增加凝膠體的彈塑性，以提高凝膠體力學(xué)性能，選用二辛酯等。延緩漿液凝膠時(shí)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(shù)脂）進(jìn)行預(yù)聚反應(yīng)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(yù)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(jī)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(luò)模型，首先確定其結(jié)構(gòu)。在抗氧化劑、緩凝劑含量為已知的情況下來(lái)優(yōu)化預(yù)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(guān)系，最終目的是使凝膠體的抗壓強(qiáng)度、粘度、發(fā)泡倍數(shù)及抗?jié)B性能等綜合性能指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)。注漿材料——有機(jī)材料波雷因注漿材料優(yōu)化分析預(yù)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(luò)模型抗壓強(qiáng)度y1、粘度y2、滲透系數(shù)y3

凝膠時(shí)間

y4注漿材料——有機(jī)材料樣本數(shù)據(jù)歸一化處理：對(duì)于樣本數(shù)據(jù)，為了便于統(tǒng)一分析及網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練學(xué)習(xí)的需要，需要對(duì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理。樣本訓(xùn)練：采用5×16×4的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，用Matlab工具對(duì)前20個(gè)試驗(yàn)進(jìn)行訓(xùn)練。

網(wǎng)絡(luò)測(cè)試：選擇滿(mǎn)足條件樣本數(shù)據(jù)作為學(xué)習(xí)樣本進(jìn)行測(cè)試，通過(guò)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)設(shè)置，重新訓(xùn)練，直到滿(mǎn)足要求為止。注漿材料——有機(jī)材料波雷因注漿材料性能指標(biāo)波雷因技術(shù)參數(shù)初凝時(shí)間30~45s漿液粘度（25oc）200~220mpa.s終凝時(shí)間60~90s雙液混合比1:1抗壓強(qiáng)度10~50MPa膨脹倍數(shù)1~3粘結(jié)強(qiáng)度3~5MPa漿液密度1.23kg/cm3阻燃性能阻燃色度號(hào)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(jī)材料波雷因注漿材料性能特點(diǎn)（1）凝膠時(shí)間可調(diào)通過(guò)調(diào)節(jié)催化劑的用量及種類(lèi)，可以在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)有機(jī)注漿加固材料在注漿過(guò)程中的凝膠時(shí)間，從而可以根據(jù)巖體破碎情況來(lái)控制漿液在巖層中的凝膠與滲透時(shí)間。（2）粘結(jié)強(qiáng)度高有機(jī)注漿加固材料凝膠體中含有大量的極性基團(tuán)，使