注漿是一種比較成熟的巖體加固技術,在煤礦井下采煤工作面和巷道的加固、巷道頂板涌水的封堵、壩體壩基防滲堵漏、基坑加固、海底隧道、建筑物抬升或糾偏、邊坡和地基加固等工程中都得到了廣泛的應用。與此同時,各種注漿新材料、新工藝和新設備層出不窮,極大地促進了注漿技術的發展。與此不對稱的是注漿理論卻進展緩慢,研究水平相對落后。主要因為注漿是隱蔽性工程,而且是復雜的系統工程,受制約的影響因素很多,主要有:漿液性質、注漿設計、注漿工藝及被注煤巖體地質力學性質等,甚至還得考慮環境保護等要求。 本文論述了注漿的發展過程,注漿材料以及注漿的分類,以及詳細總結和分析了滲透注漿的基礎理論,主要從漿液的流變性,被注介質與漿液的作用關系,注漿壓力的選取,漿液的擴散規律等方面做了比較深入的研究工作,并取得了一些成果。 (1)開發了兼有堵水和加固作用的聚氨酯注漿材料。該注漿材料以水為固化劑,消除了因密封件磨損等設備原因和管路堵塞等其他原因引起的雙組份比例不匹配,造成的漿液固化質量下降�？梢詫ΦV井大范圍淋水條件下破碎煤巖體進行有效封堵水與加固。 (2)開發了低粘度強滲透性低毒的脲醛樹脂注漿材料。該材料在環境溫度15℃～25℃時的粘度為60Cp～30Cp,固化速度可以根據固化劑的用量隨施工條件調節,抗壓強度達到5MPa以上。適用于煤礦采掘過程中,結構軟弱、松散,強度極低的煤巖體加固,以保證礦井正常的生產,消除礦井的安全隱患。 (3)自行設計了恒壓三維滲透注漿模擬試驗及裝置,通過試驗得出了滲透系數與圍壓及漿液的粘度近似成反比。 (4)從巖體中裂隙分布、滲流水力學特征與化學注漿堵水機理出發,詳細分析了影響滲透水裂隙的形成及分類,破碎煤巖體注漿堵水作用機理。 (5)在基于漿液粘度的時變性規律,并考慮了裂隙傾角和方位角、地下靜水壓力等諸多影響因素,建立了牛頓流體注漿擴散模型,發展了注漿擴散理論。隨著注漿時間的延長,注漿擴散半徑不斷增大。注漿半徑在后期的增長明顯小于注漿前期擴散半徑的增長。注漿前鋒面上的壓力梯度逐漸降低,裂隙通道上各點的壓力急劇減小(但不呈線性關系),漿液流速和注漿流量逐漸減小,注漿擴散半徑存在極限值。 (6)漿液流變性、裂隙產狀和注漿工藝參數對擴散半徑的影響很大。漿液初始粘度越大,或者粘度時變性越大,擴散半徑越小;擴散半徑隨力學開度的增大而急劇增長,隨注漿壓力的增大也呈增大趨勢,隨地下水靜壓力的增大而減小。 (7)通過工程實例進行對比分析,證明本文建立的注漿擴散理論反映了注漿擴散規律,試驗結果接近工程實際。本文注漿擴散模型考慮了較多的影響因素,對有關假設和前提作了深入的試驗研究和對比分析后得到了定性規律和定量結論,計算中所需的地質參數和漿液性能也可準確測試出來,因而本文建立的擴散模型有一定的實用價值。 

 

頁數：102

 

【學位級別】：博士

 

文章目錄

 

摘要

Abstract

第一章 緒論

    1.1 注漿概述

        1.1.1 注漿技術的發展過程

        1.1.2 注漿方法

    1.2 注漿材料

        1.2.1 常見化學注漿材料

        1.2.2 國內外注漿材料應用和研究上存在的問題

    1.3 滲透注漿理論綜述

        1.3.1 漿液為牛頓流體型作勻速運動的滲透理論

        1.3.2 漿液為牛頓流體時作減速運動的滲透理論

        1.3.3 界面為球面的非穩定雙相流滲透理論公式

        1.3.4 漿液為賓漢姆流體型的滲透理論

        1.3.5 變流體的滲透理論

        1.3.6 基于驅替機制的漿液滲透理論

        1.3.7 注漿理論存在的問題

    1.4 本論文的主要研究內容

第二章 煤巖體滲透注漿的理論基礎

    2.1 漿液的流變性

        2.1.1 牛頓（Newton）流體

        2.1.2 賓漢姆（Bingham）流體

        2.1.3 圓管中牛頓體與賓漢體的區別及其速度分布

    2.2 化學漿液與被注介質的作用關系

        2.2.1 漿液與巖土間的潤濕性

        2.2.2 化學注漿中吸濕性及其存在的條件

        2.2.3 被注介質強度增長機理

    2.3 本章小結

第三章 化學注漿材料研制及滲透模擬試驗研究

    3.1 聚氨酯堵水兼加固材料研究

        3.1.1 聚氨酯材料的基本反應原理

        3.1.2 聚氨酯材料特性

        3.1.3 研制的堵水加固聚氨酯材料性能

    3.2 低粘度脲醛加固材料研究

        3.2.1 脲醛樹脂反應機理

        3.2.2 脲醛材料的性能

    3.3 注漿滲透性模擬試驗

        3.3.1 試驗裝置

        3.3.2 試驗操作步驟

        3.3.3 試驗結果分析

    3.4 滲透注漿試驗的數值模擬

    3.5 本章小結

第四章 破碎煤巖體化學注漿加固堵水作用機理研究

    4.1 破碎煤巖體注漿堵水機理研究

        4.1.1 巖體中裂隙分布、滲流水力學特征與化學注漿堵水機理

        4.1.2 注漿堵水參數研究

    4.2 破碎煤巖體化學注漿加固機理研究

        4.2.1 化學注漿加固機理

        4.2.2 煤巖體內裂隙、孔隙分布

    4.3 本章小結

第五章 注漿擴散模型研究

    5.1 水平單裂隙徑向擴散模型

    5.2 傾斜裂隙注漿擴散模型

    5.3 本章小結

第六章 實例分析

    6.1 注漿加固實例分析

        6.1.1 試驗點基本情況

        6.1.2 工作面地質與生產條件

        6.1.3 注漿加固方案

        6.1.4 化學注漿加固材料及工藝和機具

        6.1.5 加固效果與巷道圍巖變形分析

    6.2 注漿堵水實例分析

        6.2.1 試驗點基本情況

        6.2.2 注漿堵水方案

        6.2.3 注漿堵水效果分析

    6.3 結論

第七章 結論及展望

    7.1 主要結論

    7.2 展望

參考文獻

致謝

攻讀博士學位期間發表的學術論文