注浆固结试验及注浆参数设计

1、2 注浆固结试验及注浆参数设计2.1 实验室注浆固结试验根据实验室采取完整试块和破坏后试块注浆固结体的单轴加载试验结果， 可 以得出如下几点基本结论：(1) 注浆固结体具有一定的承载能力，但其破坏载荷和抗压强度比完整试块 低得多，用破裂岩块压注浆固结体的单轴抗压强度与完整试块单轴抗压强度的比 值来描述，本书将它定义为注浆固结体的强度恢复系数，用 k 表示。 k 值的变化 范围为5%60%,其中破裂煤体的注浆固结强度恢复系数平均为 39.4%，泥岩 平均为 19.07，砂岩平均为 8.87。一般情况下，原试块强度越高，强度恢复 系数 k 越小；原试块越软，强度恢复系数 k 越大。(2) 注浆固结

2、体的体积与原完整试块体积相近，一般情况下固结体的体积略大，其中破裂煤体注浆固结后体积较原完整试块平均增加 6%，泥岩增加 2.27%。 砂岩分两种情况，三分之一的注浆固结体体积较原完整试块略小，平均减小 5.65%，三分之二的注浆固结体体积较原试块略大，平均增加8.6%，破裂砂岩固结体体积总计平均增加 3.85%。(3) 注浆固结体的 k 值及体积变化主要取决于岩性，对试块的破裂形式和程 度十分敏感。 k 值一般随破裂面的增多趋向增加，能够形成固结效应；当仅有一 到两个主控破裂面时， 常常不能形成有效固结， 是值很低， 比如砂岩最小值是仅 有 3.59%。2.2 松散体实验室粘结试验粘结试验是

3、研究固结规律的经典试验， 根据实验室粘结试验反映一个共同的 规律：散体状态下，随粒度的变小，孔隙率降低，其注浆固结体强度相应较低； 随着粒度的增大， 孔隙率提高， 其注浆固结体强度相应较高。 即注浆固结体强度 有随粒径和孔隙率增大而增加的趋势， 松散介质注浆固结强度取决于骨料强度和 注浆程度。 如果采用高水速凝材料渗透性能很强， 孔隙率较大， 必然导致较大的 注浆量和较高的固结程度， 骨料粒径越大， 其承载骨架作用越明显， 并从根本上 制约着固结体强度。煤岩体经过充分地破碎后分为不同粒度的散体，其本身是没有承载能力的， 仍采用强度恢复系数k来表述散体的固结效果。很明显k值随粒径的增加而提高。

4、在粒度相同时， 孔隙率大的强度恢复系数高， 即在同样的岩性条件下， 孔隙越发 育k值越大。2.3 注浆设计特点国内外注浆工程设计和施工主要依据经验类比法， 大型注浆工程一般都开展 尽可能模拟现场实际条件的注浆试验或原位试注浆以确定注浆参数并进行施工 设计，这种方法是行之有效的。 但也反应出注浆理论尚处于发展的初级阶段， 技 术、工艺等方面都存在不能确定的因素。 理论成果还不能满足现阶段注浆工程的 实际需要，究其原因主要有以下几点：(1) 裂隙岩体的渗流问题在理论和实践上都比多孔介质渗流复杂得多，目前 的主要研究方法为室内平面裂隙或裂隙组的模拟实验， 已有的理论成果也主要是 引用裂隙水渗流动力学

5、，许多理论问题尚未得到解决。(2) 注浆工程是一个复杂的系统工程，裂隙的性质、分布特征和规律难以准 确定量把握，注浆介质结构复杂，客观上很难定量分析各因素之间关系。(3) 由于注浆前的准备工作 (工程地质勘查、实验室实验等 )及施工过程中的 监测工作得不到应有的重视和实施， 在开展设计和施工控制时缺乏所需的足够的 信息量。施工操作尚无统一明确的标准和规程， 带有随意性，注浆效果难以保证。(4) 不同注浆工程有不同的特点，进一步增加了研究的难度。 煤矿地下巷道一般为维护期有限， 相对于地面大型的岩土工程服务时间较短的工程，特别是采准巷道是维持正常生产的常规巷道，一般仅有数年维护时间， 客观上要求

6、维护技术简单实用， 支护费用少， 施工操作方便。 因此需针对巷道围 岩注浆的特点， 研究巷道围岩滞后注浆技术， 一方面弥补理论研究的不足， 另一 方面掌握该技术以便于推广应用。2.4 巷道围岩滞后注浆加固参数设计巷道围岩注浆是一种在巷道开掘后作业的滞后注浆技术， 是在巷道围岩变形 过程中但尚未稳定时进行的， 是为巷道维护提供更好的围岩条件。 考虑围岩变形 的动态影响是这一技术区别于一般注浆技术的主要特征。 因而注浆参数包括加固 时机，即滞后注浆加固时间； 与围岩破坏及变形对应的注浆深度和注浆加固体强 度；以及注浆孔间排距、注浆压力等与巷道围岩裂隙渗透性能相关的注浆参数。 2.4.1 注浆压力的

7、确定巷道围岩滞后注浆加固应符合注浆压力有限的原则， 采用控压注浆的方式进 行。关键是合理注浆压力的确定、正确的注浆施工工艺及注浆泵的工作性能。巷道围岩滞后注浆时， 注浆压力主要受开挖后的二次应力场影响， 与巷道埋 深并不直接相关， 因而不能采用基于埋深的压力公式； 由于巷道围岩的裂隙是相 对干燥的， 显然注浆压力与静水压力关系不大。 因此巷道围岩注浆加固时， 注浆 压力具有特殊的规律性，不同于一般的岩土注浆工程。巷道围岩注浆压力主要取决于围岩的渗透性能和浆液性能， 设计的渗透范围 等。注浆压力高有利于浆液渗透， 减少注浆孔等工程量， 但有可能破坏围岩的整 体结构，造成漏浆。采用滞后注浆方式时，

8、要求注浆深度有限，岩体有明显的裂 隙，注浆压力一般不超过 2MPa,围岩裂隙发育严重破碎时一般不超过 1MPa, 裂隙开度较小时可采用 12MPa。如果岩性软弱，应控制注浆压力不超过抗压 强度的 1/10，以防产生劈裂面， 对于渗透性能较差的岩体， 应采用加密注浆孔的 办法解决， 不能仅靠提高注浆压力来解决问题。 这里对巷道围岩注浆时的劈裂效 应作一简单解释。当钻孔内施加注浆压力后， 由于岩石的初始应力和抗拉强度被注浆压力克服， 从而发生有利于可注性的水力劈裂， 它首先发生在垂直于小主应力的平面上。 巷 道周围破裂岩石内存在大量的破裂面， 裂隙尖端极易在注浆压力作用下进一步破 裂，产生劈裂效应。 实际情况可能是张开度比较大的宏观裂隙容易受浆， 其尖端 进一步破裂； 而相对张开度较小的裂隙由于粒度效应等原因不能进浆， 同时裂隙 两侧结构体受到挤压而进一步闭合。 因此从巷道围岩加固来说， 采用相对较低的 支护压力， 使浆液在裂隙中流动， 尽量不破坏裂隙