注漿文獻(xiàn)綜述

注漿材料的發(fā)展與加固概況注漿技術(shù)是將具有充填膠結(jié)性能的材料配成漿液，利用注漿設(shè)備將其注入到地層的裂隙、孔隙或孔洞中，待漿液凝結(jié)、硬化后達(dá)到填充、加固或堵水的目的。注漿技術(shù)是治理地下工程水害和加固軟弱巖層的重要技術(shù)手段之一，它包括堵水、截流、帷幕、巖土加固等諸多技術(shù)，廣泛應(yīng)用于礦山、冶金、水電、鐵路、建筑、石化和軍事工程中，尤其在煤礦的生產(chǎn)建設(shè)中，應(yīng)用更為廣泛。注漿技術(shù)至今已有近200年的歷史，1824年波特蘭水泥產(chǎn)生后，一些國(guó)家開(kāi)始以水泥為主要注漿材料，將注漿技術(shù)應(yīng)用于建筑基礎(chǔ)、水壩和礦山工程中。1864年阿里因普瑞貝煤礦的一個(gè)井筒第一次使用了水泥注漿法，以后相繼在法國(guó)、德國(guó)等使用過(guò)。1885年利用地面預(yù)注漿的方法開(kāi)鑿井筒，從此注漿技術(shù)作為礦山工程、建筑工程中的防水、加固重要手段，得到了廣泛應(yīng)用。50年代初，我國(guó)開(kāi)始在煤炭、水電、鐵路等行業(yè)中使用注漿技術(shù)。60年代以后，煤炭行業(yè)的注漿技術(shù)得到快速發(fā)展，注漿材料由單液水泥漿發(fā)展到CS雙漿。近年來(lái)又開(kāi)發(fā)了以粘土為主劑的CL-C型粘土水泥漿，降低了注漿成本，為注漿技術(shù)的普遍應(yīng)用提供了新思路。注漿技術(shù)在全國(guó)范圍內(nèi)得到了很大的發(fā)展和推廣應(yīng)用。許多煤炭企業(yè)都建立起了專(zhuān)業(yè)的注漿隊(duì)伍，治理煤礦各種水害和加固不良巖體，用于預(yù)注漿鑿井，井壁或壁后注漿，井巷及硐室的軟巖加固，特大透水或淹井事故的治理等一、注漿材料材料是注漿技術(shù)中不可缺少的部分，隨著注漿技術(shù)的不斷發(fā)展，注漿材料也

得到了廣泛的開(kāi)發(fā)和利用。從最早的石灰和黏土、水泥，發(fā)展到水泥-水玻璃、各種化學(xué)注漿材料、超細(xì)水泥等，灌漿材料的分類(lèi)方法很多，習(xí)慣上把灌漿原材料分為粒狀材料和化學(xué)材料兩個(gè)系統(tǒng)，如下所示。水泥漿粒狀材料粘土漿粒狀材料水泥粘土漿灌漿材料化學(xué)材料灌漿材料化學(xué)材料注漿之所以能起到堵水加固的作用，主要是由于注漿材料在注漿過(guò)程中發(fā)生由液相到固相的轉(zhuǎn)變的結(jié)果。所以理想注漿材料應(yīng)具備以下的要求：漿液的初始黏度要低．流動(dòng)性好，可注性強(qiáng)，能滲透到細(xì)小的裂隙或孔隙內(nèi)。凝膠時(shí)間可以在幾秒一幾十分鐘范圍內(nèi)任意調(diào)整，并能準(zhǔn)確控制。穩(wěn)定性好，在常溫、常壓下較長(zhǎng)時(shí)間存放不改變其基本性質(zhì)，存放不受溫度的影響。無(wú)毒、無(wú)臭、不污染環(huán)境。對(duì)人體無(wú)害，屬非易燃、非易爆品。漿液對(duì)注漿設(shè)備、管道、混凝土結(jié)構(gòu)物等無(wú)腐蝕性，并容易清洗。漿液固化時(shí)無(wú)收縮現(xiàn)象，固化后與巖體、混凝土等有一定的黏結(jié)力。結(jié)石體具有一定的抗壓、抗拉強(qiáng)度，抗?jié)B性好，抗沖刷及耐老化性能好。材料來(lái)源豐富，價(jià)格便宜，配制方便．操作簡(jiǎn)單，能大規(guī)模使用。某種固定的注漿材料是不可能同時(shí)滿足理想注漿材料的全部要求。在注漿施工時(shí)，應(yīng)根據(jù)工程的具體要求、地質(zhì)條件、漿液性能、注漿工藝及成本等因素綜合考慮，選用一種合適的注漿材料或幾種漿材配合使用，或添加合適的添加劑將注漿材料進(jìn)行改性，增強(qiáng)注漿材料性能，使工程達(dá)到理性經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。水泥注漿材料原材料來(lái)源廣泛、成本低、無(wú)毒性、施工工藝簡(jiǎn)單方便，但水泥漿液穩(wěn)定性較差、易沉淀析水、凝結(jié)時(shí)間長(zhǎng)，并且由于水泥顆粒直徑較大，注入能力對(duì)微細(xì)裂隙往往受到限制，在地下水流速較大的條件下，水泥漿液易受水的沖刷和稀釋而難以固結(jié)，抗水溶蝕性和抗水分散性差，為了改善水泥漿的性質(zhì)，常在水泥漿中摻入各種外加劑或其他材料來(lái)達(dá)到理想性能。為減少水泥注漿材料分離、沉降和析水率，在水泥中加粉煤灰，由于粉煤灰具有比水泥更多的球形顆粒，因而粉煤灰-水泥注漿材料具有更大的流動(dòng)性、可泵性和滲透性。粉煤灰含量選取為20%、水灰比為0.65?0.70的粉煤灰-水泥注漿材料能夠在泵送過(guò)程中減少分離、沉降和析水率，用于軟巖巷道錨注加固，能獲得良好的加固效果。李小芳等人研究了摻入粉煤灰或硅粉后水泥注漿材料的可注性。結(jié)果表明:摻入粉煤灰或硅粉后，漿液具有顆粒細(xì)，利于微細(xì)裂隙的充填擴(kuò)散，可注性好等特點(diǎn)，同時(shí)改善了純水泥漿液的穩(wěn)定性、減小了固化注漿體的收縮變形。為今后提高巷道的支護(hù)強(qiáng)度探索出一條新途徑,粉煤灰取材方便,造價(jià)低廉,不僅減少粉煤灰對(duì)環(huán)境的污染,而且大大降低了注漿成本。粉煤灰注漿法是處理掘進(jìn)工作面大型冒落洞和溶洞較為理想的施工方法。傳統(tǒng)水泥漿液在動(dòng)水條件下容易稀釋、分散，從而喪失對(duì)涌水的封堵作用。為滿足高壓大流量涌水條件注漿工程需要，劉人太等人研究出適用于動(dòng)水注漿的VCH注漿材料，VCH新型動(dòng)水材料的性能特點(diǎn)為：初期強(qiáng)度增長(zhǎng)快，漿體結(jié)石率高，凝結(jié)時(shí)間在幾十秒至幾十分鐘內(nèi)可調(diào)，初、終凝時(shí)間間隔較長(zhǎng)。能夠一定程度上緩解涌水治理工程中的跑漿、串漿問(wèn)題。為改變傳統(tǒng)水泥漿液水灰比、流動(dòng)性差、可注性差，易沉淀淅水、弱化遇水膨脹，對(duì)泥質(zhì)、膨脹成分的圍巖強(qiáng)度弱化程度高的缺點(diǎn)，研制出一種高水速凝材料，這種新型注漿固化材料的優(yōu)點(diǎn)是速凝且可調(diào)、水灰比高、流動(dòng)滲透性好、固結(jié)體塑性好、具有微膨脹性、充填程度高、成本較低，在高水灰比條件下100%結(jié)石且不淅水，對(duì)泥質(zhì)、膨脹成分的圍巖強(qiáng)度弱化較小。采用高水速凝材料注漿加固深部軟巖巷道，有效提高了破碎圍巖殘余強(qiáng)度，減小了水對(duì)膨脹軟巖的軟化、弱化作用，圍巖的整體性及強(qiáng)度得到了提高。普通水泥粒徑較大,對(duì)于微細(xì)裂隙注漿加固效果較差，為了在低滲透介質(zhì)中提高水泥的可灌性,超細(xì)的水泥基注漿材料成了研究的熱點(diǎn)。管學(xué)茂等人對(duì)超細(xì)水泥基注漿材料性能做了研究，研究結(jié)果認(rèn)為：水泥超細(xì)化不僅能提高其對(duì)于微細(xì)裂隙的滲透能力,而且還能提高固結(jié)強(qiáng)度。粘土—水泥漿液具有良好的可注性，結(jié)石體的抗?jié)B能力強(qiáng)；注漿效果好，堵水率在98%以上。是理想的裂隙注漿堵水漿液材料。為達(dá)到經(jīng)濟(jì)的效果在功能一樣的前提下［7］中提出采用水泥與粉煤灰體積比為1:1的注漿材料代替純水泥漿來(lái)改進(jìn)錨注支護(hù)中的注漿材料。粉煤灰以錨注支護(hù)技術(shù)為載體,在煤礦軟巖巷道支護(hù)中的應(yīng)用,為粉煤灰的綜合利用開(kāi)辟了道路,降低了軟巖巷道錨注支護(hù)的成本,緩解了環(huán)保壓力,取得了較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果,是煤電企業(yè)提高經(jīng)營(yíng)效果的有效措施。改性聚氨酯類(lèi)漿液具有強(qiáng)烈的膨脹性、流動(dòng)性、可滲透性、粘結(jié)性且固化后具有較高的強(qiáng)度、剛度、彈性,圍巖化學(xué)錨注后更能彌補(bǔ)無(wú)機(jī)錨注存在的不足,提高圍巖整體的加固和抗變形能力,以提高困難條件軟巖、極軟巖巷道的穩(wěn)定性。在圍巖含水量大,破碎特別嚴(yán)重,必須立即改性增強(qiáng)時(shí)采用化學(xué)注漿,可以有效的加固圍巖,達(dá)到控制圍巖變形的目的.為了對(duì)富含水、淋水狀態(tài)下破碎煤巖體進(jìn)行有效的化學(xué)加固，研制出新型聚氨酯堵水材料，在破碎煤巖體大范圍淋水條件下，可以正常反應(yīng)，凝膠時(shí)間1?10min（可調(diào)），一次圭寸堵裂隙水量達(dá)到95%以上；對(duì)含水破碎煤巖體具有良好的加固性能，對(duì)煤巖含水裂隙面黏結(jié)強(qiáng)度超過(guò)1MPa、結(jié)石體抗壓強(qiáng)度大于8MPa。該材料填補(bǔ)了礦井大范圍淋水條件下破碎煤巖體堵水與加固一次完成的技術(shù)空白，并通過(guò)在現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用過(guò)程中得到了驗(yàn)證。在封堵水流時(shí)極易被水稀釋或沖走，對(duì)于復(fù)雜松散類(lèi)巖土介質(zhì)，不能形成連續(xù)、穩(wěn)定的膠結(jié)體。而化學(xué)漿材的價(jià)格高、注漿工藝復(fù)雜、具有蠕變特征，某些化學(xué)漿材還具有水質(zhì)毒理特征，造成大面積地下水污染。10中研究一種新型高分子注漿材料，該注漿材料的流動(dòng)性、黏結(jié)性、早強(qiáng)性及耐久性較好，具有儲(chǔ)存運(yùn)輸方便、工藝簡(jiǎn)單實(shí)用、遇水急速膨脹、固結(jié)體無(wú)毒環(huán)保，良好的工程加固和封堵性能，與傳統(tǒng)固化材料相比，具有凝膠快、強(qiáng)度高、膨脹性好等優(yōu)點(diǎn)，是一種比較理想的高分子加固材料和堵水劑。胡安兵等人在實(shí)驗(yàn)室對(duì)PVA注漿材料進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，PVA注漿材料的流動(dòng)性、粘結(jié)性、韌性及耐久性均較好，具有較為滿意的強(qiáng)度，用于堵水防滲時(shí)，不會(huì)在壩體接觸處發(fā)生滲水現(xiàn)象。且原料來(lái)源廣泛，價(jià)格相對(duì)低廉，貯藏運(yùn)輸方便，無(wú)毒，對(duì)周?chē)h(huán)境無(wú)污染。在未來(lái)的注漿加固工程中，為了滿足需求，人們將不斷對(duì)已有漿液進(jìn)行進(jìn)行改進(jìn)從而研究出更適合實(shí)際工程的注漿材料，進(jìn)一步研制開(kāi)發(fā)來(lái)源廣、對(duì)環(huán)境無(wú)污染、施工方便、成本低、性能優(yōu)越、結(jié)石體強(qiáng)度高、收縮率低、抗?jié)B透能，力強(qiáng)等注漿材料。二、注漿加固與堵水注漿充填圍巖裂隙，是破碎松軟巖層固結(jié)成整體，改變圍巖力學(xué)性質(zhì)，提高巖石強(qiáng)度，從而達(dá)到加固圍巖的目的。1、注漿加固圍巖頂板控制松散巖體的頂板漏冒,除一些支護(hù)措施外,還必須增大頂板巖塊的塊度,提高巖體的自承能力,最有效的方法是注漿加固.采用預(yù)注漿,即在頂板暴露之前注漿,漿液在頂板裂隙中滲透、膠結(jié),凝固后在加固范圍內(nèi)形成固結(jié)體，適當(dāng)布置注漿鉆孔可使固結(jié)體連成一個(gè)整體,從而使頂板從暴露到支護(hù)不產(chǎn)生破壞,圍巖頂板的目的。當(dāng)頂板穿過(guò)大斷差斷層時(shí)，進(jìn)行預(yù)注漿控制頂板保障斷層破碎帶頂板施工安全及綜合分步實(shí)施的圍巖強(qiáng)化控制技術(shù)，是破碎頂板固結(jié)成整體，該善圍巖破碎程度，控制圍巖長(zhǎng)時(shí)流變，從而達(dá)到加固圍巖的目的，保證頂板安全。2、注漿防治沖擊層疏排水井壁破裂沖擊層疏排水引起底層下沉沉降，使井壁屬相受壓，使井壁發(fā)生破裂災(zāi)害。為防治底層的繼續(xù)沉降可以通過(guò)向沖擊層注漿，通過(guò)向含水層注漿,充填和擠實(shí)含水層,提高其自身的承載能力,減小含水層因疏排水而產(chǎn)生的壓縮量,從而減小上覆土層的下沉,最終減小井壁附加力,保證井壁安全.同時(shí),注漿加固地層可以封堵漏水通道,減少井壁破裂處的涌水.注漿使井筒周?chē)翆犹咕谠谪Q向相對(duì)受拉，緩釋了井壁內(nèi)的壓應(yīng)力。從而從根本防治井壁的破壞。3、注漿堵水煤層底板發(fā)生突水時(shí)可采用注漿進(jìn)行堵水。注漿封堵圍巖裂隙，阻斷水的滲流通道，減少底板涌水量從而達(dá)到堵水目的，同時(shí)向底板含水層注漿，充填和擠實(shí)含水層,提高其自身的承載能力,加固煤層底板。4、錨注加固錨注支護(hù)是兼有錨桿支護(hù)與注漿加固共同優(yōu)點(diǎn)的一種聯(lián)合支護(hù)方式。錨注前,對(duì)巷道圍巖進(jìn)行噴漿封閉:然后,在圍巖中打注漿錨桿注漿加固。注漿錨桿既具有錨桿支護(hù)作用的特征,又具有注漿作用的特征。通過(guò)注漿、漿脈充填、壓密裂隙空間,使圍巖由注漿前的無(wú)約束松散狀態(tài)改性為注漿后的由錨桿、漿脈和圍巖共同作用的具有承受抗壓、抗拉、抗剪切、抗扭曲等適應(yīng)復(fù)雜應(yīng)力一應(yīng)變狀態(tài)的支護(hù)體,支護(hù)體的支護(hù)狀態(tài)成為三拱支護(hù)狀態(tài)，使圍巖穩(wěn)定，達(dá)到加固圍巖的目的。三、注漿技術(shù)的發(fā)展隨著注漿技術(shù)的發(fā)展,注漿理論研究取得了可喜的成果.但由于受注介質(zhì)條件的復(fù)雜及注漿工程的隱蔽性,模擬研究比較困難,因此,注漿理論的發(fā)展落后于其它科學(xué)技術(shù).在注漿技術(shù)的發(fā)展上,要研究出適于注漿方法的注漿材料,同時(shí),注漿方法也應(yīng)適應(yīng)注漿材料的改進(jìn),與此同時(shí),改進(jìn)注漿設(shè)備、注漿技術(shù)的管理及注漿效果的檢測(cè)方法.目前,注漿材料方面,開(kāi)發(fā)了高強(qiáng)度的水玻璃漿液和消除了堿污染的中性、酸性水玻璃漿液,研制了非石油來(lái)源的多種高分子漿液,可注性好的超細(xì)水泥漿液也得到了進(jìn)一步的應(yīng)用.注漿機(jī)具方面,使用輕小型全液壓高速鉆機(jī),注漿設(shè)備現(xiàn)現(xiàn)了專(zhuān)業(yè)化、機(jī)組化、系列化的趨勢(shì).研制了高速攪拌和各種新型止?jié){塞和混合器.在施工工藝管理方面更是取得了長(zhǎng)足進(jìn)步.注漿方法上,從脈狀注漿、滲透注漿發(fā)展到應(yīng)用多種材料、多種工藝的復(fù)合注漿;從鉆桿法、過(guò)濾管法發(fā)展到雙層過(guò)濾管法