膨胀性凝灰岩稳定性控制实验研究

【摘要】：云南澜沧铅矿矿区断层褶皱发育,地层中多含膨胀性凝灰岩。凝灰岩中含有大量的粘土矿物,遇水膨胀,易软化崩解,是一种带有特殊工程特性的软岩。对于此类岩体的防治,常采用改性剂对粘土矿物进行改性,防止其水化膨胀,同时采用锚喷网支护的方法提高围岩的稳定性能。但一般的粘土改性剂都是小分子量的,多用于石油助剂,对于矿山膨胀性围岩的防渗堵水研究较少,且小分子量的粘土改性剂对于大孔隙的膨胀岩体填充封堵效果较差；又膨胀岩体因遭受周围环境的持续破坏,与支护措施之间失去稳定联接,如此支护措施往往起不到应有的效果。基于此,本文创造性的提出采用高分子量的阳离子型聚丙烯酰胺(简称CPAM),针对澜沧铅矿膨胀性凝灰岩进行改性,同时采用CPAM+水泥复合浆对其进行注浆加固,提高岩体整体稳定性能。本文通过实验验证与理论分析,取得了如下主要研究成果：1通过自由膨胀率实验与凝灰岩崩解物级配实验发现,CPAM改性液相较其他粘土改性剂而言,具有更为稳定、持久、优良的抑膨性能。CPAM改性液中的凝灰岩基本不膨胀崩解,最佳抑膨浓度为0.08%。2对不同浓度、不同温度下的CPAM溶液粘度进行了测定分析,得出CPAM浆液粘度与浓度之间近似成对数关系,受浓度影响很大,受温度影响小的结论。并对CPAM浆液粘度与浓度和温度之间的关系进行了数值拟合。3通过复合浆试块的点荷载实验,得出CPAM溶液浓度为0.06%,水灰比为0.45的复合浆试块抗压强度最高,相对无改性剂的水泥净浆试块提强33.7%。4模拟工程实际,自制模拟注浆仪,并对凝灰岩样品进行了模拟化学注浆。采用微距拍摄、扫描电镜与能谱分析相结合的方法,对注浆后试块的扩散效果进行了实验分析,结果表明CPAM改性液可注性良好、浆液扩散较充分,且对于本实验材料而言,无围压模拟注浆的适宜压强为0.6MPa。同时,对注浆后试块进行了点荷载实验,结果表明CPAM水溶液不仅不会对凝灰岩的强度造成损伤,反而有小量的提升。5针对澜沧铅矿巷道失稳问题提出了有针对性的稳定性控制方案,集中表现为“控水”和“补强”两种手段,并对常规注浆管进行了改进。
【关键词】：膨胀性凝灰岩 CPAM 改性剂 粘度 模拟注浆 稳定性控制方案
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TU45