《钱自卫(徐州井巷注浆新技术有限公司)新型溶胶树脂浆液的基本性质及工程应用.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《钱自卫(徐州井巷注浆新技术有限公司)新型溶胶树脂浆液的基本性质及工程应用.doc（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、新型溶胶树脂浆液的基本性质及工程应用吴智明1，李晓龙1，姜振泉2,3，钱自卫2,3（1.神华宁夏煤业集团梅花井煤矿，宁夏 灵武 750411；2.中国矿业大学资源与地球科学学院，江苏 徐州 221116；3.徐州井巷注浆新技术有限公司，江苏 徐州 221116）摘要：新型溶胶树脂化学浆液为双液注浆材料，分甲液和乙液；甲液的配制包括主液、添加剂，主液为三聚氰胺改性脲醛树脂，添加剂为聚酯树脂及聚乙烯醇；乙液为稀释草酸溶液。新型浆液凝胶时间随着乙液浓度的增大而减小；不同乙液浓度浆液粘度及静切力变化率基本一致，表现为初始一段时间基本不变，从某一时间点显著增加，且增加的时间点随着乙液浓度的增大而提前。通
2、过实际工程检验，发现新型浆液对于一般水泥浆液难于注入的孔隙-微裂隙含水岩层的可注性较好，封水效果明显。本研究对于孔隙-微裂隙含水岩层的注浆治理具有较高的应用价值。关键字：溶胶树脂浆液；注浆；流变性；工程应用化学注浆堵水防渗已广泛应用于大坝、隧洞、地铁、地下建筑物、矿井、桥梁、房屋建筑等方面1，主要采用注入的浆液改善岩土层的性质，来满足工程防渗加固需要。化学浆液是一种溶液型介质，与水泥浆液比，具有粘度低、可注性好，能注入岩土层中的细小裂隙或孔隙并形成良好的扩散充填，浆液初凝和固化时间具有较大的调节幅度的优势，可以解决常规水泥注浆方法难于解决的孔隙-微裂隙工程防渗难题1-4。1 新型浆液材料配比新
3、型溶胶树脂浆液4为双液注浆材料，分甲液和乙液，甲液为主剂，乙液为固化剂，甲、乙液要单独配制。甲液的配制包括主液、添加剂，其中主液为三聚氰胺改性脲醛树脂浆液，添加剂为聚酯树脂及聚乙烯醇；乙液为稀释草酸溶液。注浆材料配制及反应关系如图1所示。乙液（草酸溶液）改性脲醛树脂浆液添加剂+甲液 液固结体+混合图1 新型溶胶树脂注浆材料关系示意图2 新型浆液基本性质测试新型浆液基本性能测试，采用改性脲醛树脂原液（浓度52%），添加剂添加比例为3%，乙液分别从浓度8%的基础液体配制而成的浓度为3%、4%、5%液体，甲液乙液体积比为3:1。2.1 浆液流变性能2.1.1凝胶时间一般将浆液混合后生成凝胶所需时间叫
4、做凝胶时间，凝胶时间测试采取B型粘度计法，此适用于测定溶液型的注浆材料的粘度，把粘度达到0.1Pas(相当于100cp)时的时间称为凝胶时间。浆液凝胶时间测试结果如图4所示。浆液的凝胶时间随乙液浓度的增加而减少，乙液浓度越高，浆液的凝胶时间越短，反之浆液的凝胶时间越长；添加剂能延长浆液的凝胶时间，加入3%添加剂后，3%、4%、5%乙液浓度浆液凝胶时间分别在12.3min、11.5min、9.5min左右，延长凝胶时间约0.5min。图4 凝胶时间试验结果2.1.2 粘度粘度是反映浆液在流动过程中内摩擦力大小的指标。注浆工程一般要求浆液具有较低的粘度，使其在地层中流动性好，渗透能力强。通常采用Z
5、NND6型旋转粘度计进行粘度测试。改性脲醛树脂浆液的粘度测试结果如图2所示。图2 粘度试验测试结果测试发现，溶胶树脂浆液在未凝胶前粘度较小，初始粘度在1520cp左右；且保持基本不变；接近达到凝胶时间时粘度增加较快。3%乙液浓度浆液在5min时粘度缓慢增大，粘度达35cp左右时，增大速率陡增；4%乙液浓度浆液在7min时粘度开始增大，变化率15cp/min左右；5%乙液浓度浆液的粘度在8min时开始增大，在910min段和1112min段变化率最大。改变乙液浓度的测试结果显示，乙液浓度越高，凝胶时间越短，粘度保持初始值的时间越短，粘度变化率基本一致。2.1.3 静切力静切力是指破坏浆液中单位面
6、积上所形成的网架结构所需的力。静切力反映浆液的触变性，在注浆实践中，浆液的静切力过大会使启动泵压高（原因是流动阻力大）；静切力过小会使其在地层中容易流失。新型浆液的静切力试验结果如图3所示。图3 静切力试验结果静切力在本质上与粘度有一致性，故其变化规律与粘度变化规律也相似：浆液在未达到凝胶状态以前静切力很小，几乎为零，在达到凝胶状态后，静切力陡增，变化速度加剧。乙液浓度越高，静切力初始上升所需的时间越短。3%、4%、5%乙液浓度浆液分别在5min、7min、8min时静切力开始上升。2.2 结石体抗压强度将改性脲醛树脂化学浆液混合后分别倒入塑料试模内（直径4cm，高9.5cm），待浆液固化并具
7、有一定强度后，将固化结石体从试模内取出，在恒温（20o）条件下分别养护1d、3d、7d和28d。然后分别对不同养护期龄的试样进行单轴抗压试验。强度测试结果如图5所示。图5 结石体强度测试结果结石体单轴抗压强度随养护期时间延长先增大后减小，养护7天时强度最大，28天强度略大于养护1天、3天时的单轴抗压强度。结石体的单轴抗压强度与乙液浓度成反比，乙液浓度越高，单轴抗压强度越低；3%、4%、5%乙液浓度浆液养护7天时的最大单轴抗压强度分别为1.2MPa、1.1MPa和0.9MPa，养护28天时的单轴抗压强度分别为1MPa、0.9MPa和0.8MPa。3 工程应用3.1 工程概况梅花井煤矿回风立井设计
8、井深783.5m，井筒净直径6.0m；井壁采用C30混凝土现浇支护，壁厚500mm。根据井筒检查孔及实际揭露情况，两井井筒穿遇表土层10m，基岩风化层50m，自60m进入稳定基岩层，围岩以砂岩为主，岩石孔隙发育中等，抗外力和抗变形能力一般，遇水易崩解，为弱中等稳定岩体，总体上工程地质条件较差。立井掘进共穿遇11个含水层，含水层岩性主要为细、中、粗粒砂岩，均为孔隙-裂隙含水，属于承压水，水力性质属层流。含水层涌水量预计及实际涌水情况见表1所示。表1 主要含水层及涌水量序号岩性埋深(m)厚度(m)预计涌水量(m3/h)揭露初期实测涌水量(m3/h)1含细砂岩179.5213.734.25105.0
9、2含细砂岩232.4240.07.6353.03含细砂岩370.0375.815.8464.04含中砂岩399.1406.87.7252.05含中砂岩425.2438.313.1252.56含细砂岩474.2540.566.38158.57含中砂岩567.0586.619.65108.08含中砂岩602.4615.413.015209含粗粒砂岩618.7637.618.9253010含细砂岩647.4654.47.0252.011含粗石英砂岩701.2718.717.5353.0由于8含、9含预计涌水量较大，所以采用工作面预注浆法对该含水层进行改造治理。其余含水层采用“带水”掘进及支护，待井筒
10、落底后进行壁后注浆封堵。3.2 注浆设计及效果（1）工作面预注浆工作面预注浆前在10含中进行注浆实验，实验先采用水泥浆液，预先施工实验注浆孔8个，各孔注浆前平均单孔涌水量13.2m3/h，注浆后原位套孔单孔涌水量12m3/h。鉴于水泥浆液不能达到封水效果，改用新型溶胶树脂浆液，同样布置实验注浆孔8个，各孔注浆前平均单孔涌水量12.4m3/h，注浆后原位套孔单孔涌水量小于1m3/h。在实际的注浆施工中采用新型浆液，9含、10含注浆一次完成，采取伞状布孔，共布设注浆孔24个，注新型溶胶树脂浆液334.5m3，平均单孔注浆14.9 m3，各孔注浆前平均单孔涌水量21.4m3/h，注浆后原位套孔单孔平
11、均涌水量小于1m3/h。工作面预注浆结束后，井筒恢复掘进，从揭露的含水岩层可见，孔裂隙发育，孔裂隙中被浆液很好的充填（图6）。掘进过程中岩层无集中出水现象，仅为沿井壁围岩少量渗水。掘进完成后预注浆段渗水总量8.4 m3/h，可见预注浆已较好的控制了井筒涌水。图4 注浆效果实物图片（2）破壁注浆工作面预注浆结束，井筒落底后，井筒从185m左右井壁有明显渗漏现象，总涌水50m3/h左右。两井涌水均表现为顺井壁淌水，渗漏点主要分布在井壁模板的接茬缝及井壁破裂点，渗漏点的分布与含水层位没有明确的对应关系。破壁注浆初期采用水泥浆，发现注浆压力回升快，注浆量有限，封水效果不佳，且返渗严重。后来改注新型溶胶
12、树脂浆液，在井筒整个渗漏段布设注浆孔；纵向上，在注浆段高范围全部按每模段（3.5m）布设2排孔。考虑到井壁模板接茬是渗漏相对集中的部位，因此排孔布设于井壁接茬上、下0.60.8m位置，注浆孔插花布设；横向上，按均匀间距布孔，每排布孔8个，孔间距控制在2.35m左右；注浆孔设计深度1.0m。井筒共施工注浆孔2540，注新型溶胶树脂浆液2050 m3。施工完成后井筒渗漏得到较好的控制，井筒涌水被分别控制在6.0m3/h，注浆成功率分别达到88%。4 结论（1）新型溶胶树脂化学浆液为双液注浆材料，分甲液和乙液，甲、乙液要单独配制。甲液的配制包括主液、添加剂，其中主液为三聚氰胺改性脲醛树脂浆液，添加剂
13、为聚酯树脂及聚乙烯醇；乙液为稀释草酸溶液；（2）新型浆液凝胶时间表现为随着乙液浓度增多而减小的特点；不同乙液浓度浆液粘度及静切力变化率基本一致，表现为初始一段时间基本不变，从某一时间点显著增加，且增加时间点表现为随着乙液浓度增大而提前的特点；（3）通过在梅花井煤矿回风立井的实际工程检验，发现新型溶胶树脂化学浆液对于一般水泥浆液难于注入的孔隙-微裂隙含水岩层的可注性较好，封水效果明显。参考文献：1 姚普.水泥基复合注浆材料工程性能及模拟试验研究D.徐州：中国矿业大学，2007.2 姜振泉,吴圣林,李冬林,等. 赵庄矿斜井微裂隙围岩防渗化学预注浆治理J.煤炭科学技术, 2005, 33(4):11
14、-17. 3 郭密文.高压封闭环境孔隙介质中化学浆液扩散机制试验研究D.徐州：中国矿业大学，2010.4 隋旺华, 姜振泉. 溶胶树脂浆液：中国, ZL201010278681P. 2011-01-26.5 魏军贤,王安舍,申文彪. 注浆加固技术在煤矿综放回采中的应用J. 矿业安全与环保,2010,37(1):69-74.6 田茂虎. 动水条件下控压注浆快速堵水的实践J. 矿业安全与环保,2008,35(3):76-78.7 吴振岭. 断层突水治理的注浆工艺J. 矿业安全与环保,2005,33(S1):99-100.The Basic Properties and Engineering Ap
15、plications of New Sol-resin SlurryWU Zhi-ming1, LI Xiao-long1, JIANG Zhen-quan2, QIAN Zi-wei2(1. Meihuajing Coal Mine, Shenhua Ningxia Coal Industry Group, Ningxia Wuling,750411; 2. School of Resources and Earth Science, China University of Mining and Technology, Xuzhou, 221116, China)作者简介：吴智明(1965-)，男，宁夏人，毕业于西安科技大学本科采矿工程专业，现任梅花井煤矿生产矿长。联系人：钱自卫（1986-），男，安徽蒙城人，博士研究生，地质资源与地质工程专业。Z; TEL: 15896427831
