一種注漿加固漿液擴散調(diào)控方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種注漿加固方法及工藝，尤其涉及一種用于裂隙發(fā)育的破碎圍巖條件下的礦山巷道、水電硐室、隧道、地鐵圍巖的柱球面漿液擴散注漿加固方法及工藝體系。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的迅速發(fā)展，越來越多的工程如礦山硐室、巷道，水利水電，鐵路、公路、地鐵隧道等工程面臨惡劣地質(zhì)條件。尤其是在圍巖裂隙發(fā)育的情況下，圍巖整體性差、承載能力不足，極易造成塌方、冒頂、片幫等工程事故，造成的人員傷亡事故頻發(fā)，給工程的順利施工、礦山資源的安全高效開采、施工人員的人身安全帶來極大危害。以礦山巷道工程為例，在煤礦生產(chǎn)的五大災害之中，由于圍巖破碎導致的冒頂事故占煤礦總死亡事故的40%以上，頂板事故造成人員傷亡比率幾乎占井下所有事故死亡人數(shù)的一半，是造成人員傷亡的最主要的礦井災害。因此，破碎型圍巖的穩(wěn)定性控制是我國的基礎(chǔ)設(shè)施的進一步安全高效推進需要解決的首要問題。
[0003]經(jīng)過多年的現(xiàn)場工程經(jīng)驗的積累，注漿加固成為此類問題的有效解決途徑之一。首先，注漿加固采用的是一種先進的圍巖控制理念，它的核心作用在于通過漿液的填充和粘結(jié)作用，主動形成并維護圍巖的自承結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮圍巖的自身承載能力，節(jié)省材料，經(jīng)濟高效，讓圍巖自身承載，符合新奧法的支護理念；其次，破碎圍巖裂隙發(fā)育密集，巖塊被切割嚴重，常用的錨桿或錨索在此類圍巖中的錨固失效問題極易發(fā)生，圍巖穩(wěn)定性得不到保障，而注漿加固則可通過對圍巖裂隙的填充從根本上解決該問題，保證圍巖錨固效果；再次，圍巖裂隙是地下水的天然通道，當破碎圍巖遇水后則結(jié)構(gòu)面強度急劇降低、穩(wěn)定性下降，造成圍巖失穩(wěn)問題，漿液在加固圍巖的同時也封堵了水流通道，防止地下水對圍巖軟化效應的出現(xiàn)。注漿加固通過以上方面的綜合作用，在破碎圍巖支護工程中得到廣泛應用。
[0004]然而，在裂隙巖體注漿加固工程中，也暴露出一些問題嚴重制約著注漿加固的進一步發(fā)展和應用，其中尤其以注漿工程隱蔽性造成的漿液擴散范圍不易掌控問題最為突出。在裂隙巖體注漿過程中，漿液的柱球面擴散(以注漿孔為中心軸柱面擴散，以注漿孔底端為球心球面擴散)能夠形成理想的圍巖加固圈，也是注漿加固設(shè)計的基礎(chǔ)理論模型，如專利附圖2、圖3所示。然而針刺型擴散(多數(shù)或全部漿液沿著優(yōu)勢擴散通道向某一兩個方向擴散較遠且流量較大，使得最終的漿液擴散形成類似針刺的形態(tài))卻是實際工程中常見的一種漿液擴散模式，如本專利附圖所示。這種漿液擴散模式的形成是因為在注漿孔周圍的圍巖裂隙中存在漿液擴散的優(yōu)勢通道(如張開度相對更大的結(jié)構(gòu)面或者裂隙)，此優(yōu)勢通道漿液擴散阻力最小，漿液通過該優(yōu)勢通道所需的壓力最小，所以注漿過程中注漿孔中的漿液將首先沿著該優(yōu)勢通道擴散；當該優(yōu)勢通道裂隙被填滿從而注漿壓力上升時，漿液才會沿著次級通道擴散；然而在裂隙發(fā)育嚴重的圍巖中注漿時，經(jīng)常遇到漿液壓力從開始到結(jié)束一直保持在很低的水平，漿液僅沿優(yōu)勢通道擴散的情況，甚至有時漿液僅沿一個方向擴展至注漿孔外1m?20m以外而注漿孔周邊其它方向圍巖裂隙沒有任何漿液填充的情況。在此條件下，雖然注漿量很大，但是對圍巖裂隙的整體填充率卻很低，無法在圍巖中形成連續(xù)的充填加固區(qū)域，不能達到預期加固效果，而且還浪費了材料。
[0005]總體來說，對于日益復雜的裂隙巖體注漿加固工程而言，現(xiàn)有的注漿加固方法、技術(shù)和工藝仍然存在一定的問題，不能滿足難度日益增長的支護需要，影響了深部巖體工程的生產(chǎn)和安全。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對的問題是目前破碎圍巖注漿加固工程中存在的漿液針刺型擴散導致漿液分配不合理、材料利用率低等，本發(fā)明通過采用一種新型的注漿加固工藝技術(shù)體系，提高人力對漿液擴散的控制能力，有效控制漿液的擴散范圍及方式，盡量避免漿液在破碎圍巖注漿加固中漿液的針刺型擴散，使?jié){液更多的集中在預定的加固巖體范圍內(nèi)，降低材料浪費，以更低的代價獲得更優(yōu)的圍巖控制效果。
[0007]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0008]一種破碎圍巖注漿加固漿液柱面擴散的調(diào)控方法，包括以下步驟:
[0009]步驟I通過注漿加固基本單元，對破碎圍巖中的孔依次進行注漿加固；
[0010]步驟2利用漿液針刺型擴散判斷單元，對步驟I中孔的注漿過程的實時進行監(jiān)控判斷，若發(fā)現(xiàn)加固漿液針刺型擴散情況，則將響應指令傳遞給步驟3中的漿液柱球面擴散調(diào)控單元；若沒有發(fā)現(xiàn)加固漿液針刺型擴散情況，則繼續(xù)注漿；
[0011]步驟3漿液柱球面擴散調(diào)控單元在接到漿液發(fā)生了針刺型擴散的判斷結(jié)論及動作指令后，將漿液擴散模式調(diào)整為柱球型擴散模式，且在調(diào)整完后繼續(xù)對該孔進行注漿，直至達到注漿終止標準時，停止該孔注漿；
[0012]步驟4重復步驟1-3，對下一個孔進行注漿，直到在完成該斷面的注漿加固工作；利用注漿加固效果評價單元對該端面的注漿加固效果進行評價，根據(jù)得到的評價結(jié)果對注漿加固基本單元、漿液針刺型擴散判斷單元和漿液柱球面擴散調(diào)控單元的參數(shù)進行調(diào)整，利用調(diào)整后的參數(shù)進行下一階段的注漿加固。
[0013]步驟I中所述的注漿加固基本單元加固的具體步驟如下:
[0014](1-1)利用圍巖可注性及注漿參數(shù)確定模塊來判斷注漿加固是否適用于對象圍巖，確定圍巖的可注性和圍巖的注漿參數(shù)；
[0015]所述的注漿參數(shù)包括注漿材料、漿液配比、注漿孔深度及間排距、注漿壓力、終止注楽標準等。
[0016](1-2)按照設(shè)定的配比，利用漿液配備裝置配制出加固漿液；
[0017]具體為:通過攪拌桶按設(shè)計配比配制漿液材料(如水泥漿液、水泥-水玻璃漿液、化學漿液等，在一般情況下，優(yōu)先選用水泥漿液作為注漿加固的主料)。攪拌桶可選用電動或風動攪拌桶，容積根據(jù)注漿量、注漿流量及現(xiàn)場具體情況確定。
[0018](1-3)利用傳輸裝置將配制好的漿液通過注漿泵的吸漿管吸入注漿泵增壓，然后通過出漿管傳輸至注漿孔；
[0019](1-4)利用注入裝置將加固漿液通過注漿管、注漿錨桿等進入預先打好的注漿孔，并進一步向圍巖裂隙擴散，最終形成破碎圍巖的漿液加固體。
[0020]所述的漿液針刺型擴散判斷單元的主判據(jù)為漿液針刺型擴散判據(jù)，其包括兩個子判據(jù)，即表觀觀測判據(jù)和主控參數(shù)判據(jù)；所述的兩個子判據(jù)中的任意一個成立則所述的漿液針刺型擴散判據(jù)成立，即擴散類型為針刺型，具體如下:
[0021]漿液針刺型擴散判斷單元可以在注漿過程中全程進行監(jiān)控判斷，及時發(fā)現(xiàn)上述情況并積極響應。所述的漿液針刺型擴散判斷單元的主判據(jù)為漿液針刺型擴散判據(jù)，它包括兩個子判據(jù)，即表觀觀測判據(jù)、主控參數(shù)判據(jù)。所述的表觀觀測判據(jù)內(nèi)容為:注漿過程中發(fā)現(xiàn)跑漿現(xiàn)象(漿液從圍巖裂隙或注漿孔止?jié){塞部位中流出)或者竄漿現(xiàn)象(漿液從相鄰注漿孔中流出)。所述的主控參數(shù)判據(jù)的前提是在注漿過程中對注漿加固過程的主控參數(shù)進行監(jiān)測，掌握注漿壓力P、流量Q、時間t等相關(guān)參數(shù)，判據(jù)內(nèi)容用一個方程表示:即關(guān)于時間t、流量Q和時間t對應的注楽壓力增量ΔΡ的函數(shù)f(t，Q，ΔΡ) = Oo函數(shù)f = O的條件可表述為:在時間段t內(nèi)，注漿量Q> [Q]，且注漿壓力增量Λ Ρ〈 [ Λ P]，所述的