采用注浆法对裂隙岩体进行注浆堵水时,浆液经过注浆孔靠外力作用被压注到岩体内部的空隙中去。有机高水材料结合QB-25(12)型注浆泵在煤矿井下的注浆堵水工艺如图3所示。近年来,注浆技术发展很快,注浆方法种类繁多,除上述几种典型的注浆方法外,注浆法从脉状注浆、渗透注浆发展到应用较多材料品种的复合注浆法或综合注浆法;从无压注浆到通电、抽水、压气、喷射、旋喷等多种诱导注浆法;从钻杆锚固注浆、双管胀圈式注浆、储能复合注浆、布袋注浆、袖管注浆、以水顶浆注浆、爆破注浆发展到多种形式的综合注浆技术方法,通过预处理以及孔内爆破等方法,大大提高了同等条件下的浆液的可注性,扩大了注浆法的适用范围。
3.4注浆堵水理论研究现状
注浆堵水理论是研究浆液在岩体裂隙内的流动规律,揭示注浆参数之间的本质联系。
3.4.1岩体裂隙网络渗流规律分析
天然岩体内部分布着大量的裂隙,彼此连通的裂隙形成网络对岩体的渗流具有控制作用。在岩体裂隙网络渗流场中,流体的渗透性可用渗透率张量和渗透系数张量来描述。岩体的空间内不同点上渗透率张量构成了岩体系统内介质的渗透率张量场。设岩体由多组裂隙组成,第i个方向上的裂隙组的密度(单位长度上的裂隙个数)为Si,平均裂隙宽度为,则第i方向上裂隙组构成介质的裂隙度为,则岩体裂隙的等效渗透率张量为:渗透系数张量是描述岩体介质和介质内流动的流体在空间同一点上不同方向上的渗透性能的量,其值可表示为:
3.4.2注浆堵水参数计算理论[5]
近几十年来,国外学者对渗透注浆法进行了广泛而深入的研究,发展了一系列注浆理论,如孔隙土体渗透注浆理论(其中马格理论即球形扩散理论、柱形扩散理论、卡罗尔理论等最具代表性)、裂隙岩体渗透注浆理论、劈裂注浆理论等。国内学者田开铭、速宝玉、刘嘉材等也分别提出了不同状态下的裂隙注浆理论。这些理论大都是基于稳定渗流的基础上而建立的,近年国内开发的具有膨胀性能的浆液在注浆过程中不仅具有粘度随注浆过程增加的特性,而且还具有二次渗透压力现象,从而使浆液的渗流规律有所改变。
采用具有二次渗透特性的浆液进行注浆堵水,在浆液与水反应的过程中,所生成的气体摩尔数越多,则在一定的注浆压力作用下,注浆压力就越容易克服静水阻力和因浆液凝固所产生的粘滞阻力,也就越有利于注浆的进行,在裂隙网络注浆堵水时注浆参数的计算公式为:
裂隙的粗糙度对浆液渗透性的影响可用粗糙度系数来对注浆参数计算公式进行修正:
以上具有二次渗透特性的注浆参数计算理论的建立极大地丰富了注浆理论内涵,并基本上形成了比较完整准确的注浆理论体系。
4结论
注浆堵水是将各种堵水材料制成的浆液压入岩层预定地点,如突水点、含水岩层储水空洞等,并使浆液扩散、凝固和硬化,从而起到堵塞空隙、隔绝水源,增大岩层整体强度和隔水性能的目的,可以减少突水机率、延长矿井服务年限。作为注浆技术的一个分支,其是随着注浆技术的发展而发展的,近年来,注浆堵水技术无论是在堵水材料、注浆设备的研制方面,还是在堵水注浆理论研究方面都取得了长足进展,新型注浆堵水材料、注浆设备的研制成功,提高了注浆堵水效率和效果;具有二次渗透特性注浆堵水参数计算理论的提出,丰富了注浆理论内涵,结合前人以稳定渗流为基础建立的裂隙注浆理论,形成了比较完整准确的注浆堵水理论体系,从而为矿井注浆堵水提供了可靠的技术手段和理论指导。