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

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

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。

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0.1Pa·s(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ZNN－D6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。

测试发现，溶胶树脂浆液在未凝胶前粘度较小，初始粘度在15~20cp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9~10min段和11~12min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。

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。

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179.5~213.7 34.2 5~10 5.0

2含细砂岩232.4~240.0 7.6 3~5 3.0

3含细砂岩370.0~375.8 15.8 4~6 4.0

4含中砂岩399.1~406.8 7.7 2~5 2.0

5含中砂岩425.2~438.3 13.1 2~5 2.5

6含细砂岩474.2~540.5 66.3 8~15 8.5

7含中砂岩567.0~586.6 19.6 5~10 8.0

8含中砂岩602.4~615.4 13.0 15~20

9含粗粒砂岩618.7~637.6 18.9 25~30

10含细砂岩647.4~654.4 7.0 2~5 2.0

11含粗石英砂岩701.2~718.7 17.5 3~5 3.0

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0.6~0.8m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):11-17.

[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, ZL201010278681[P]. 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 Applications of

New Sol-resin Slurry

WU 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。Ziweidav@https://www.360docs.net/doc/2915376071.html,; TEL: 158********

江苏徐州中国矿业大学文昌校区教一楼306室