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在煤礦、隧洞等地下工程中的新型化學(xué)灌漿材料應(yīng)用
- 發(fā)布日期：2023-04-06 14:02:08
- 瀏覽量：0
- 來源：灌漿料網(wǎng)
摘要：本文主要論述和介紹了一種廣泛應(yīng)用于煤礦、隧洞等地下工程中快速有效處理和控制用的新型化學(xué)灌漿圍巖固結(jié)、空穴充填及堵水用材料及其配套應(yīng)用技術(shù)，與傳統(tǒng)的化學(xué)灌漿工藝技術(shù)和材料相比，該材料性能特點(diǎn)和工藝技術(shù)更具有更加科學(xué)性、規(guī)范性和穩(wěn)定性，解決地下工程中的關(guān)鍵問題針對性強(qiáng)。尤其是硅酸鹽改性聚氨酯類材料是目前國內(nèi)所沒有的技術(shù)，其性能具有一定的獨(dú)特性。介紹了在國內(nèi)大型煤礦、隧洞中的典型工程中的廣泛應(yīng)用情況。
關(guān)鍵詞：地下工程；地質(zhì)災(zāi)害；硅酸鹽改性聚氨酯，化學(xué)灌漿材料和工藝
1 引 言
化學(xué)灌漿材料屬于有機(jī)高分子材料，主要有聚氨酯類、環(huán)氧樹脂類、丙烯酰胺類、丙烯酸鹽類、脲醛樹脂類等灌漿材料。它主要是通過壓力或化學(xué)滲透作用灌入混凝土縫隙、各種巖體裂隙及各種松散地層中，能在較短的時間內(nèi)很快固結(jié)，使松散的或破碎的圍巖、混凝土結(jié)構(gòu)或散粒體膠結(jié)成連續(xù)體，恢復(fù)結(jié)構(gòu)的整體性。在水利水電、隧洞及工民建工程中有著非常重要的應(yīng)用價值。它具有粘度低、滲透性好、粘結(jié)強(qiáng)度高、強(qiáng)度增長快且高、變形性好等優(yōu)異的性能。在煤礦、隧洞、水利水電、鐵道、市政等工程領(lǐng)域中有著較廣泛的應(yīng)用。
隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源緊缺促使煤礦開采業(yè)大力發(fā)展，一批大型、高產(chǎn)高效的井礦紛紛投產(chǎn)，傳統(tǒng)煤礦采深加大，隨之而來的生產(chǎn)安全和高效生產(chǎn)保障問題十分嚴(yán)峻，如大的斷裂帶、破碎松散圍巖區(qū)、裂隙發(fā)育帶、動壓增大下冒頂、地下水害等直接影響煤礦井下安全和高效生產(chǎn)。國家基礎(chǔ)設(shè)施的快速發(fā)展，西南、西北地區(qū)各類鐵路隧洞、公路隧洞、引水隧洞的建設(shè)，同樣面臨著復(fù)雜地質(zhì)條件下的各類災(zāi)害問題的及時和有效處理。傳統(tǒng)的水泥水玻璃和普通的化灌材料和施工技術(shù)已很難適應(yīng)現(xiàn)代安全、快速高效生產(chǎn)的需要。而國際上先進(jìn)國家已經(jīng)快速發(fā)展起來的新型化灌材料和配套技術(shù)，對有效解決復(fù)雜地質(zhì)條件下煤巖體加固防塌方、偏幫、頂板穩(wěn)定性控制、空穴的快速處理、滲漏水及涌水有效快速治理等方面非常具有針對性，有利保障地下工程安全、高效生產(chǎn)的需要。本文主要介紹一種國際先進(jìn)水平的新型化學(xué)灌漿材料及其配套施用技術(shù)特點(diǎn)，以及其在解決國內(nèi)重點(diǎn)煤炭、隧洞等地下復(fù)雜工程施工的凝難問題的應(yīng)用。
2 新型化學(xué)灌漿技術(shù)和化學(xué)灌漿材料的性能特點(diǎn)
2.1 新型化學(xué)灌漿技術(shù)
該材料是屬于聚氨酯類（PUR）和硅酸鹽改性聚氨酯類（Silicate Modified PUR）灌漿材料，它有A、B兩組份組成，100％樹脂含量，無任何揮發(fā)性有機(jī)成份（無VOC）的綠色材料。施用配比是固定體積比1:1。產(chǎn)品包裝是1份A料配1份B料，不用現(xiàn)場稱量配料。而國內(nèi)目前的化學(xué)灌漿料多是在現(xiàn)場配對而成，并含有較多的溶劑如丙酮等稀釋劑，且固化劑多為有毒性有機(jī)物，材料的性能不穩(wěn)定，隨意性較大，其科學(xué)性、規(guī)范性、性能穩(wěn)定性較差。同時施工設(shè)備多為簡陋、單一，僅適用于一般裂隙灌漿。而這類新型化灌材料主要適用于灌注量較大的工程需要，如煤礦遇到斷層時的破碎煤巖體圍巖體加固固結(jié)，以防止冒頂片幫和頂板控制，或加固煤體柱增加煤體柱的支護(hù)強(qiáng)度等；隧洞施工中遇到破碎或松散圍巖的固結(jié)處理；以及煤巖體裂隙或圍巖較大滲漏水或涌水的封堵和加固處理等，在國外如歐洲、澳洲、美國的隧洞和地下工程中有著十幾年的廣泛應(yīng)用歷史，在我國煤礦、隧洞等工程中的應(yīng)用是近幾年才開始的。它的主要性能特點(diǎn)如下所示：
①粘度低（100～200mPa.s），可灌性和滲透性優(yōu)；
②該材料為100％樹脂含量，無任何揮發(fā)性（VOC）物質(zhì)，幾乎沒有任何異味，通過國家建材環(huán)保認(rèn)證；阻燃性優(yōu)，對于地下工程應(yīng)用安全可靠。
③凝結(jié)時間可調(diào)，一般為2～3分鐘，可以實現(xiàn)十幾秒到30～40分鐘左右。
④抗壓強(qiáng)度高（50MPa以上），壓縮變形大（>50%），粘結(jié)力高（>5MPa）。
⑤施用性強(qiáng)，可以是不發(fā)泡的硬質(zhì)樹脂。也可以調(diào)節(jié)到一定發(fā)泡膨脹特性，從2～3倍發(fā)泡倍數(shù)，到自由膨脹可達(dá)20倍以上。其發(fā)泡體韌性大，受壓下不破壞。一定的發(fā)泡特性可以適用于有較大的圍巖節(jié)理層裂縫的灌注加固，保證更好的粘結(jié)性，并具有較高的抗壓強(qiáng)度。
⑥配套的施用注漿泵為固定進(jìn)料配比（1:1體積比）、自動混料和輸出，輸出壓力**高可達(dá)20～25MPa。可以實現(xiàn)自動封孔技術(shù)。施工操作簡便易行，1～2人操作即可。
⑦實現(xiàn)雙組分灌漿技術(shù)，兩組分單獨(dú)按固定配比進(jìn)料、混合和輸出?？梢詫崿F(xiàn)根據(jù)工程條件可控灌漿，對凝結(jié)時間和反應(yīng)特性可調(diào)節(jié)，方便易行?，F(xiàn)場注漿量實現(xiàn)可控，節(jié)約用料?？蓪崿F(xiàn)準(zhǔn)確計量，不用現(xiàn)場復(fù)雜配料，科學(xué)性、規(guī)范性強(qiáng)。配套技術(shù)先進(jìn)成熟。
⑧堵水材料技術(shù)具有粘度低、遇水迅速增稠（粘度可以在10秒左右從100mPa.s增長到5000mPa.s左右），實現(xiàn)簡易設(shè)備有效控制水患問題。
2.2 新型化學(xué)灌漿材料的物理力學(xué)性能
這類化學(xué)灌漿材料產(chǎn)品主要有以下幾種（都是液體產(chǎn)品、固定1:1配比）：圍巖固結(jié)用純聚氨酯注漿料、圍巖固結(jié)用硅酸鹽改性聚氨酯注漿料、快速堵漏水用聚氨酯類注漿料、空穴快速充填用硅酸鹽改性聚氨酯注漿料，其物理力學(xué)性能分別見表1、2、3和4。
表1 圍巖固結(jié)用純聚氨酯注漿料物理力學(xué)性能參數(shù)
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產(chǎn)品特性
|
| A組分
|
| B組分
| 外觀
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| 淡黃色或無色透明液體
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| 深褐色液體
| 粘度（23±2℃ ） mPa.s
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| 100~200
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| 100～200
| 比重 （23±2℃ ）kgm3
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| 1020±10
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| 1230±10
| 使用配比（體積比）
|
| 1:1
| 開始反應(yīng)時間（23±2℃ ）
|
| 一般為40～60 秒左右，可以實現(xiàn)十幾秒到十幾分鐘左右
| 終止反映時間（23±2℃ ）
|
| 一般為1～3分鐘，可以實現(xiàn)十幾秒到30分鐘左右
| 發(fā)泡特性
|
| 可以根據(jù)工程特點(diǎn)（環(huán)境溫度、裂隙發(fā)育情況），可控制不發(fā)泡到為發(fā)泡2～3倍左右
| 單軸抗壓強(qiáng)度 MPa
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| >50（發(fā)泡1～2倍）
| 與干混凝土面粘接強(qiáng)度 MPa
|
| >4（發(fā)泡1～2倍）
| 與濕混凝土面粘接強(qiáng)度 MPa
|
| >1
| 阻燃特性
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| 離火自熄
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