改性聚氨酯化学灌浆浆材料在煤矿等复杂地质灾害处理中的应用技术

在煤炭需求持续增长的驱动下，对煤炭采矿业解决方案的市场需求不断增加。通过化学注射和补空工艺可将聚氨酯材料和其它化学建材注入岩石的裂缝、沙、砾或煤炭中，以避免出现水和瓦斯积聚，并用于稳定隧道中的孔洞。
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改性聚氨酯化学灌浆浆材料在煤矿等复杂地质灾害处理中的应用技术

北京瑞琪米诺桦合成材料有限公司 吴怀国

1 新型化学灌浆技术和化学灌浆材料的性能特点
新型改性聚氨酯化学灌浆技术
该材料是属于聚氨酯类和硅酸盐改性聚氨酯类灌浆材料，由A、B两组份组成，100％树脂含量，无挥发性有机成份(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制而成，并含有较多的溶剂如丙酮等，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、规范性较差。同时施工设备较简陋、单一，仅适用于一般裂隙灌浆。而新型改性聚氨酯化灌材料主要适用于灌注量较大的工程，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，或加固煤体柱以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：
(1) 黏度低(100~200 mPa·s)，可灌性和渗透性优。
(2) 该材料为100％树脂含量，无挥发性(VOC)物质，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 min，可以实现十几秒到30~40min。
(4) 抗压强度高(50MPa以上)，压缩变形大(大于50％)，粘结力高(大于5MPa)。
(5) 施工性强，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，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) 配套的施工注浆泵为固定进料配比(1：1体积比)、自动混料和输出，输出压力最高可达20~25 MPa。可以实现自动封孔，施工操作简便易行，1~2人操作即可。
(7) 实现双组分灌浆技术，两组分单独按固定配比进料、混合和输出。可以实现根据工程条件可控灌浆，对凝结时间和反应特性可调节，方便易行。现场注浆量实现可控，节约用料。可实现准确计量，不用现场复杂配料，科学性、规范性强。配套技术先进成熟。
(8) 堵水材料技术具有黏度低，与水迅速增稠(黏度可以在10S左右从100mPa·S增长到5000mPa·S左右)，解决简易设备有效控制水患问题。

新型化学灌浆材料的物理力学性能
这类化学灌浆材料产品主要有以下几种(都是液体产品、固定1：l配比)：围岩固结用纯聚氨酯注浆料、围岩固结用硅酸盐改性聚氨酯注浆料、快速堵漏水用聚氨酯类注浆料、空穴快速充填用硅酸盐改性聚氨酯注浆料，其物理力学性能分别见表1表4。

表1 围岩固结用纯聚氨酯注浆料物理力学性能参数

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表2 快速堵水用聚氨酯注浆料物理力学性能参数

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表3 围岩固结用硅酸盐改性聚氨酯注浆料氨酯注浆料物理力学性能参数

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表4 空穴充填用硅酸盐改性聚氨酯发泡注浆料物理力学性能参数

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2 灌注工艺和配套施工设备的性能特点
新型改性聚氨酯化学灌浆技术的工艺性能国内目前使用的化学灌浆设备主要是单组分注浆泵，设备简陋，专业性差，流量小，灌注压力小(一般不到1 MPa)，多适用于混凝土裂缝补强加固灌浆，形式简单，不适用于工程大量灌浆要求。也有双组分的进口灌浆设备，但是施工性较差，主要是与国内的灌浆材料性能难以配套。因此在实际应用中
有较大的局限性。
这种新型灌浆技术配套的施工泵及其附属配件，是根据材料工程需求的性能特点而研制出来的专用配套设备，所以施工性强。它的施工工艺见图1。

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图1 新型化学灌浆技术灌注工艺

这种注浆工艺的特点是可以较大量地实现对松散、松软或破碎围岩体较深区域化灌加固施工，可以自动封孔，专用的封堵器会自动膨胀密闭注浆管与注浆孔的周围缝隙，以确保浆料渗透到附近的松散岩体裂隙中并均匀扩散，直到从一定距离区域的表面开始渗料时即可以停止注浆，或换孔另注。一般灌注范围3~5m。该工艺实现准确计量、现场操作方便、安全可靠、科学规范、性能稳定。
新型化灌技术配套的施工泵性能特点
这种新型化灌泵是压缩空气驱动活塞式注浆泵，进气压力为0.4~0.7 MPa，耗气量为3m[sup]3[/sup]／min。可以自动实现1：l体积比进料、混料和输出，输出压力最高可达20~25 MPa。可以实现自动封孔，配套施工配件有：封堵器、混合器、注浆杆及自攻钻杆(防止塌孔的专用钻杆)。施工操作简便易行，1~2人操作即可。气动注浆泵型号为3ZBQS-16／20，其性能参数见表5

表5 注浆施工泵性能参数表

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感谢分享。聚氨酯灌浆材料，是一个工业上运用十分重要的领域。

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