在煤矿, 隧洞等地下工程中的新型化学灌浆材料应用VIP免费

在煤矿、隧洞等地下工程中的新型化学灌浆材料应用吴怀国（中国水利水电科学研究院，北京瑞琪米诺桦合成材料有限公司，100021，北京）摘要：本文主要论述和介绍了一种广泛应用于煤矿、隧洞等地下工程中快速有效处理和控制用的新型化学灌浆围岩固结、空穴充填及堵水用材料及其配套应用技术，与传统的化学灌浆工艺技术和材料相比，该材料性能特点和工艺技术更具有更加科学性、规范性和稳定性，解决地下工程中的关键问题针对性强。尤其是硅酸盐改性聚氨酯类材料是目前国内所没有的技术，其性能具有一定的独特性。介绍了在国内大型煤矿、隧洞中的典型工程中的广泛应用情况。关键词：地下工程；地质灾害；硅酸盐改性聚氨酯，化学灌浆材料和工艺1引言化学灌浆材料属于有机高分子材料，主要有聚氨酯类、环氧树脂类、丙烯酰胺类、丙烯酸盐类、脲醛树脂类等灌浆材料。它主要是通过压力或化学渗透作用灌入混凝土缝隙、各种岩体裂隙及各种松散地层中，能在较短的时间内很快固结，使松散的或破碎的围岩、混凝土结构或散粒体胶结成连续体，恢复结构的整体性。在水利水电、隧洞及工民建工程中有着非常重要的应用价值。它具有粘度低、渗透性好、粘结强度高、强度增长快且高、变形性好等优异的性能。在煤矿、隧洞、水利水电、铁道、市政等工程领域中有着较广泛的应用。随着我国经济的快速发展，能源紧缺促使煤矿开采业大力发展，一批大型、高产高效的井矿纷纷投产，传统煤矿采深加大，随之而来的生产安全和高效生产保障问题十分严峻，如大的断裂带、破碎松散围岩区、裂隙发育带、动压增大下冒顶、地下水害等直接影响煤矿井下安全和高效生产。国家基础设施的快速发展，西南、西北地区各类铁路隧洞、公路隧洞、引水隧洞的建设，同样面临着复杂地质条件下的各类灾害问题的及时和有效处理。传统的水泥/水玻璃和普通的化灌材料和施工技术已很难适应现代安全、快速高效生产的需要。而国际上先进国家已经快速发展起来的新型化灌材料和配套技术，对有效解决复杂地质条件下煤岩体加固防塌方、偏帮、顶板稳定性控制、空穴的快速处理、渗漏水及涌水有效快速治理等方面非常具有针对性，有利保障地下工程安全、高效生产的需要。本文主要介绍一种国际先进水平的新型化学灌浆材料及其配套施用技术特点，以及其在解决国内重点煤炭、隧洞等地下复杂工程施工的凝难问题的应用。2新型化学灌浆技术和化学灌浆材料的性能特点2.1新型化学灌浆技术该材料是属于聚氨酯类（PUR）和硅酸盐改性聚氨酯类（SilicateModifiedPUR）灌浆材料，它有A、B两组份组成，100％树脂含量，无任何挥发性有机成份（无VOC）的绿色材料。施用配比是固定体积比1:1。产品包装是1份A料配1份B料，不用现场称量配料。而国内目前的化学灌浆料多是在现场配对而成，并含有较多的溶剂如丙酮等稀释剂，且固化剂多为有毒性有机物，材料的性能不稳定，随意性较大，其科学性、规范性、性能稳定性较差。同时施工设备多为简陋、单一，仅适用于一般裂隙灌浆。而这类新型化灌材料主要适用于灌注量较大的工程需要，如煤矿遇到断层时的破碎煤岩体围岩体加固固结，以防止冒顶/片帮和顶板控制，或加固煤体柱增加煤体柱的支护强度等；隧洞施工中遇到破碎或松散围岩的固结处理；以及煤岩体裂隙或围岩较大渗漏水或涌水的封堵和加固处理等，在国外如欧洲、澳洲、美国的隧洞和地下工程中有着十几年的广泛应用历史，在我国煤矿、隧洞等工程中的应用是近几年才开始的。它的主要性能特点如下所示：①粘度低（100～200mPa.s），可灌性和渗透性优；②该材料为100％树脂含量，无任何挥发性（VOC）物质，几乎没有任何异味，通过国家建材环保认证；阻燃性优，对于地下工程应用安全可靠。③凝结时间可调，一般为2～3分钟，可以实现十几秒到30～40分钟左右。④抗压强度高（50MPa以上），压缩变形大（>50%），粘结力高（>5MPa）。⑤施用性强，可以是不发泡的硬质树脂。也可以调节到一定发泡膨胀特性，从2～3倍发泡倍数，到自由膨胀可达20倍以上。其发泡体韧性大，受压下不破坏。一定的发泡特性可以适用于有较大的围岩节理层裂缝的灌注加固，保证更好的粘结性，并具有较高的抗压强度。⑥...