文献解读范文，煤矿裂隙带注浆加固措施
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|本期解读并推荐给大家的论文，发表于2022年中科院一级期刊《International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences》，是武汉大学吴志军教授和文磊副研究员团队的论文。是由于内容是裂隙砂岩渗流注入过程的实时核磁共振共振表征。
本文的核心部分是基于低场核磁共振岩石贯入过程实时在线分析系统，定量分析不同围压、温度、注浆流量下裂隙砂岩贯入注浆特征参数的演化过程率. 特点是.提供深层和软弱裂隙岩体的注射成型，并为灌浆加固提供有意义的指导。
研究背景地下土木工程注浆技术是修复破碎岩体、提高围岩强度常用的加固方法，具有实用性高、经济成本低的特点，具有实用性高、经济成本低的特点，被广泛应用。用于设施加固处理场所。地层。
由于注浆方案的隐蔽性和岩石本身的各向异性，很难准确了解岩石内部裂隙中浆液的流动和扩散规律，从而难以判断注浆加固效果。此外，温度、围压等外界环境因素对裂隙岩体内泥浆流动也有显着影响。
然而，在目前的实验研究中，无法实时详细观察注浆过程中浆液的流动分布状态，也很难阐明浆液向裂隙岩体渗透和扩散的机理。还必须考虑温度等因素。不考虑围压。本研究采用低场核磁共振岩石侵彻过程实时在线分析系统，首先研究水化过程和温度对超细水泥浆粘度的影响，然后通过设置实际工程的形成条件模拟。注浆试验是分析裂隙岩体注浆量、有效注浆时间、注浆充填率变化情况，实时跟踪注浆过程的试验。分析不同条件下裂隙岩体的渗透和浆液扩散规律，为本体灌浆加固提供有意义的指导。
岩石周围深部弱裂隙注浆加固
实验设计与方法原料与制样本研究所用岩样为山东黄砂岩，风化程度中等，砂质结构中等，圆度中等，粒度集中在0.25之间。和0.50。唔。将样品加工成直径25mm、高50mm的圆柱体，用超薄圆锯将圆柱体样品沿轴线切割成13条平行条。可以对碎砂岩进行注入测试。使用含有缓凝剂和聚羧酸减水剂作为外加剂的超细水泥浆进行渗透注入试验。初步试验表明，缓凝剂添加量为2.0%、减水剂添加量为1.5%、水灰比为2:1时，超细水泥浆的流动性得到改善。满足灌浆渗透测试要求。测试流程图
实验系统实验设备采用苏州牛麦分析仪器有限公司研制的MacroMR12-150H-I低场核磁共振岩石穿透过程实时在线分析与成像系统，主要由核磁共振测试组成。如图1所示，它由可实现岩石灌浆渗透过程实时核磁共振测试与分析的模块和双缸恒压恒流位移模块组成。
图1 MacroMR12-150H-I低场核磁共振岩石侵彻过程实时在线分析成像系统
利用核磁共振测试系统跟踪测试了浆料的水化特性及其粘度随时间变化的特性，以及浆料在不同温度下的水化过程以及浆料在水化过程中的T2核磁共振信号。跟踪强度的变化。得到，如图2所示。
图2 不同温度下浆料水化过程中NMR信号强度的变化。
可以看出，在孵育期间，浆料的核磁信号强度缓慢下降，孵育期间的水化时间范围在室温（20）下为5~35min，但在高温（如20）下，水化时间范围为5~35min。 C ) 是水合时间的范围。 (30C, 40C) 孵育时间缩短至5-25 分钟。由于培育期与浆液粘度稳定期重合，注浆试验应充分利用培育期浆液良好的流动性，并力争在加速养护期开始前完成。采用数显恒温水浴将水加热至不同温度，采用数显旋转粘度计测试水泥浆的粘度。转子转速设定为060rpm，每510分钟测试一次浆料粘度，总测试时间为95分钟，直至混凝加速期结束。图3为不同温度下浆料粘度随水化时间的变化曲线。
图3 不同温度下浆料粘度随水化时间的变化曲线。
研究发现，在三种温度条件下，超细水泥浆的粘度均随时间增加。随着温度的升高，浆料的最终粘度增大，粘度上升的速率也增大。这表明浆体在流动过程中所受到的阻力逐渐急剧增大，从而影响浆体的渗透和扩散距离。
渗透注浆主要结论分析1 单裂缝砂岩试件渗透注浆扩散特性
T2谱图4为30温度下单裂隙砂岩注入过程中T2谱分布的变化。随着注射的进行，T2曲线中核磁信号强度的峰值变得越来越大，峰面积逐渐增大，峰的数量从前三个峰逐渐增加到两个峰，微孔与孔隙相对应。光谱峰逐渐合并形成单个光谱峰。此外，主峰位置右移，横向弛豫时间增加，表明浆液逐渐扩散到较大的孔隙中。
图4 单裂隙砂岩试件注浆时T2谱曲线(T=30)
通过分析T2谱曲线对应的微孔、孔隙和大孔中浆液的分布特征，可以研究注浆过程中浆液在不同尺寸孔隙中的渗透和扩散规律。
NMR 图像图5 显示了整个样品注射过程动态演变的NMR 图像。灌浆测试开始15秒后，可以看到浆液开始在裂缝周围扩散。此时，像素较少，样本整体�**怠Ｋ孀挪馐缘慕校弊⒔奔浯锏�45秒时，浆液逐渐聚集在入口附近，一侧入口端的像素数也随之增加，且亮度相比另一端明显变高，随后，浆液继续流至样品的另一端。直到它穿透裂缝，在人造裂缝内部形成一条明亮的虚线。最后，浆料继续从主裂纹扩散到样品的孔隙中，当注射完成时，样品的整个区域被浆料完全渗透，样品达到稳定的注射状态。
图5 注射试验时的MRI图像
浆料体积的量化通过对不同体积的浆料进行核磁共振测试，通过拟合可以确定核磁共振信号强度与浆料体积之间的定量关系，据此可以在注射过程中调整样品，实际注射的浆料量可以被确定。数量上发生了逆转。
图6为注浆扩散阶段，显示了注浆量与注浆时间之间的一般关系。总浆料注入量随时间的演变显示出三个典型阶段。即注浆初期（第一阶段）：由于注浆量较小，浆液在试件一端积聚，最终压力逐渐增大。最终压力达到一定阈值后，浆料开始进入样品内部。有效注浆阶段（第二阶段）：该阶段注浆量几乎呈线性增长趋势，大量注浆进入样体并形成贯穿扩散通道。渗透注浆过程主要发生在这一阶段。然后，当注浆量达到一定值时，注浆量停止增加，注浆样件呈现“拟饱和”状态，注浆量进入稳定状态（阶段）。这说明此时泥浆已经完全渗入裂缝样品中，并且泥浆从渗流通道中流出。
图6 注浆量与注浆时间变化曲线
从图中可以看出，利用玻尔兹曼方程可以很好地拟合注浆量与注浆时间的关系。此外，通过拟合方程，得出影响注浆渗透和扩散的有效注浆时间（即有效注浆阶段的持续时间）和注浆速率（即有效注浆阶段曲线的斜率）2指标可以定义：详细分析不同条件下的功能。
2 温度对渗透灌浆材料扩散性能的影响图7 为温度对渗透灌浆材料扩散性能的影响。温度对注浆过程的影响主要体现在最终注浆量和有效注浆时间等参数上。在高温下，浆料粘度增大，流动性降低，增加了浆料在孔内的扩散阻力，减少了浆料最终注入样品的注入量，增加了注入量。有效注射时间，并降低浆料填充率。随着温度的升高，三种类型孔隙中浆液的充填率均呈现非线性下降趋势。此外，在相同温度下，微孔的浆体充填率最大，其次是孔隙的浆体充填率，大孔的浆体充填率最小。
图7 温度对渗透灌浆材料扩散性能的影响
3 围压对渗透灌浆材料扩散的影响图8 为围压对渗透灌浆材料扩散的影响。随着围压的增加，最终注入试件的泥浆体积减少。在不同围压条件下，试件的有效注浆阶段几乎重叠，表明各围压下试件的有效注浆时间相同。然而，低围压样品的浆液充注率较大，当围压小于10 MPa时，浆液充注率明显下降，降低了注浆能力对围岩变化的敏感性。围压增加。当围压增大时，泥浆优先向孔隙中移动扩散，孔隙和大孔隙的扩散通道受到抑制，当微孔中的泥浆达到一定的充填程度时，孔隙又向大孔隙扩散。
图8 围压对渗透浆液扩散的影响
4、浆液流速对渗透注射材料扩散的影响图9显示了浆液流速对渗透注射材料扩散的影响。不同浆料流量下，样品中浆料的最终注入量基本保持不变，均为约2.3 ml。然而，由于浆液流量条件不同，有效注入时间差异很大，并且浆液流量越高，注入过程的完成时间越短。有效灌浆时间随着灌浆流量的增加而线性减小，而灌浆速率逐渐增加。随着浆料流速的增加，浆料更容易进入微孔，并且浆料在微孔内形成主导通道。这种现象与高围压条件类似，当泥浆流量较大时，泥浆首先扩散到微孔中，然后填充孔隙和大孔隙，完成注入。
图9 浆液流速对渗透灌浆材料扩散的影响。
5 裂缝数量对透水灌浆材料扩散的影响图10 为裂缝数量对透水灌浆材料扩散的影响。多裂纹试样的有效注入时间起点明显早于单裂纹试样，且其最终注入量也大于单裂纹试验。当试件裂缝数量从1条增加到3条时，试件的有效灌浆时间显着缩短，注浆充填率显着增加。然而，即使裂纹数量发生变化，浆体的扩散路径也没有改变，浆体在三类孔隙中的移动和扩散程度相同，没有形成明显的主导路径。
诺依曼核磁辅助采用本文使用的MacroMR12-150H-I型低场核磁共振岩石侵彻过程实时在线分析与成像系统，该系统配备高温高压驱替系统，主要用于用于流体渗透过程和气液两相。为了研究位移过程，本文主要利用以下特征：低场核磁共振对本文的贡献：
超细水泥浆水化过程的核磁共振表征基于核磁共振信号强度的注浆量定量换算表征不同尺度孔隙中浆液的渗透和扩散演化过程结论1.随着温度的升高，注浆量的最终注浆量注浆量是注浆的有效减少量，随着注浆时间的增加，注浆充填率降低。不同围压条件下，有效注浆时间几乎相同，但随着围压增大，注浆充填率降低，对围压变化的敏感性逐渐降低。虽然注浆流量对注浆量影响不大，但注浆流量越大，有效注浆时间越短，注浆充填率越高。多裂缝样品比单裂缝样品具有更大的注浆量、更短的有效注浆时间和更大的注浆比。 2、不同尺寸的孔隙中，微孔的浆体充填率最大，其次是细孔的浆体充填率最大，大孔隙的浆体充填率最小，其变化趋势为整体浆体灌装量与速率一致。随着温度升高，高度随着围压的增加而减小，并随着泥浆流量和裂缝数量的增加而增加。 3、温度和裂纹数量对浆料扩散机制影响不大。即不同尺寸孔隙中浆液的填充比例几乎没有变化，浆液均匀地扩散到各个孔隙中，不形成主导通道。但在高围压、高泥浆流量下，泥浆充填到孔隙中的比例显着增加，泥浆优先向孔隙内移动扩散，孔隙内泥浆保持恒定，当达到充填程度时，它继续向毛孔移动。它穿过毛孔，最终完成渗透注射。
上述研究为评价真实裂隙岩体中泥浆扩散充填效果提供了有价值的实验依据。参考文献：Weng, L. Wu, Z.*, Zhang, S. Liu, Q. Chu, Z. (2022) 基于低场核磁共振的裂隙砂岩中浆液扩散过程的实时表征国际期刊岩石力学与采矿科学学院，152:105060。DOI:doi.org/10.1016/j.ijrmms.2022.105060