CN112010669A - 一种地下空洞填充方法及填充系统 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种地下空洞填充方法及填充系统，包括以下步骤，将粘合剂与泡沫剂混合，得到充气浆料；将充气浆料与颗粒骨料混合，得到混合填料；将混合填料沿管路向待回填位置泵送，在混合填料注入待回填位置之前，向混合填料中混入消泡剂。加入泡沫组分则可以在保证水灰比不大的情况下增加材料的流动性，避免发生离析和泌水；而在材料与消泡剂混合注入待回填位置的空隙时，随着泡沫的消散，水灰比稍有增大，有利于材料的强度上升，恢复到要求值，避免回填材料的坍落。
Description
技术领域
本公开属于地下工程施工技术领域，具体涉及一种地下空洞填充方法及填充系统。
背景技术
这里的陈述仅提供与本公开相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。
随着我国经济发展速度日益提高,地上空间趋于饱和，需要把发展的重点逐渐转向地下，对地下资源开采和地下空间开发利用的重要性日益凸显,地下空洞的存在使得地下资源的安全开采、地下空间的开发利用面临着严重的安全问题。地下空洞的产生包括自然和人类活动两大因素。自然因素导致的地陷多发生在岩溶地区，如石灰石或白云石岩床溶解形成地下空洞；另外，土质疏松地层也容易在地下水冲刷和潜蚀下形成空洞。人为因素主要是地下资源开采和地下工程施工，在地层中形成空洞。土质地层中地下空洞产生的主要原因包括洞室(隧道)开挖、地下水垂直渗流和缓倾流动、地下洞室(管线)开挖后土层回填不密实、地下管线渗漏、松散地层掏蚀和塌陷、泥沙流入人防工程洞室、长期振动等作用。特别是随着地下岩土工程人为岩土活动的向深部进行,在地层受到人为扰动后，原始应力状态被破坏,从而致使应力重新分布,在上覆压力和地下水等因素的作用下,地下空洞极易发生如片帮、冒顶、突水、地震、岩爆、冲击地压、地面塌陷、地面沉降、地裂缝以及由其导致的滑坡、泥石流、地表植被破坏等多种形式的地质灾害,地下空洞已经成为制约地下工程发展的一个重要难题。
发明人了解到，现阶段我国对于地下空洞治理通常采取全部垮落法、充填法、支撑封闭处理法。其中全部垮落法和支撑封闭处理法均会造成一定程度的地表塌陷，而充填法基本上不会造成地表沉降,充填法是用充填料支撑围岩以减缓或阻止围岩的变形、保持围岩的相对稳定。充填法是目前地下空洞治理最常用的方法。
充填通常通过将合适的颗粒状固体材料(如水泥)和水混合，然后将回填混合物输送，运输或泵送到空隙的位置来进行注入。现有的针对地下空洞的充填方法通常是利用地表中露天剥离的废石、开采废石或选矿尾砂作为主要充填骨料,建立充填系统,将地下空洞的空腔进行完全充填将材料输送到空隙的最方便的方法是通过管道泵送，但这需要回填混合物具有较高的含水量。在材料的泵送过程中，为了减少堵管，泵送顺利，要求材料具有良好的流动性和可塑性，同时又不发生离析。水灰比是影响材料流动性的重要指标，大的水灰比会增加材料的流动性，降低稠度，同时也会降低材料的强度，稠度降低会造成材料的离析。泵送时若材料的水灰比过大，则会造成水在注入压力作用下沿着骨料空隙流向低压处，骨料会留置在输送管中转弯半径较小的位置，造成堵管。
发明内容
本公开的目的是提供一种地下空洞填充方法及填充系统，能够至少解决上述技术问题之一。
为实现上述目的，本公开的第一方面提供一种地下空洞填充方法，包括：将粘合剂与泡沫剂混合，得到充气浆料；将充气浆料与颗粒骨料混合，得到混合填料；将混合填料沿管路向待回填位置泵送，在混合填料注入待回填位置之前，向混合填料中混入消泡剂。
本公开的第二方面提供一种地下空洞填充系统，包括粘合剂储存部件、泡沫剂储存部件及骨料储存部件以及混料箱，所述混料箱能够容纳混合填料，混料箱与注浆泵的入口连通，注浆泵的出口与泵料管连通。
以上一个或多个技术方案的有益效果为：
泵送过程中泡沫剂所产生的泡沫在不需要增加水的含量的情况下增加了流动性，在水灰比不变的情况下同样也不需要增加水泥用量，节省了水泥材料，降低了成本。在材料需要发挥强度时加入消泡剂使得材料的强度恢复到要求。流动性的提高并没有牺牲材料的强度。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。
图1为本公开实施例2中整体结构示意图；
图2为本公开实施例2中喷嘴组件的结构示意图。
1、地面；2、隧道；3、地下空洞；4、泵料管；5、注浆泵；6、粘合剂储存部件、7、泡沫剂储存部件；8、骨料储存部件；9、地层；10、喷嘴组件；11、消泡剂管路；12、输入管；13、静态混合器；15、输出管。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
为了方便叙述，本公开中如果出现“上、下、左、右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。附图展示出了可以使用本发明的填充，示例中的空隙是地下的，但在其他情况下，空隙可以是地上的区域。
如在本说明书和权利要求中所使用的术语“空隙”包括所有形式的空腔，凹坑，开口等，无论是在地上还是地下，以及是人造的还是天然的地层。
实施例1
以地下隧道开挖过程中遇到地下空洞的填充为例进行描述：
如图1所示，隧道2开挖，物探发现前方存在空洞3，在地下空洞3的端部上方地面钻孔，在地面上设置注浆设备，布置管路；然后通过在混合设备中将骨料与充气浆料混合来制备回填材料。在许多实施方案中，浆料包括预定量的粘合剂，例如水泥。通过将粘合剂与成品泡沫混合，适当地形成充气浆料，成品泡沫通常由合适的起泡剂形成。
加入泡沫组分则可以在保证水灰比不大的情况下增加材料的流动性，避免发生离析和泌水；而在材料与消泡剂混合注入待回填位置的空隙时，随着泡沫的消散，水灰比稍有增大，有利于材料的强度上升，恢复到要求值，避免回填材料的坍落。
此外，未发泡的回填材料中的含水量大于混合有充气浆料的回填材料中的含水量，粘合剂(水泥)的使用量减少，即，达到相当的强度时，不使用泡沫时的回填材料中水泥的含量为6％，而采用充气浆料时，回填材料中粘合剂的使用量可降至4.5-5％，进而大大降低了尾矿回填的成本。
所述充气浆料中，粘合剂与泡沫的体积比为1:2。所述充气浆料与颗粒材料的体积比为1:10。
如图1所示，混合填料由粘合剂、泡沫剂和骨料颗粒混合而成。
粘合剂6组分可以是具有粘合聚集体作用的任何合适的材料，包括波特兰水泥和其他水硬性水泥、矿渣水泥、C型粉煤灰水泥和其他飞灰，以及合适的非水硬性粘合剂。
泡沫剂又可以由任何合适的泡沫材料或发泡/起泡剂提供，例如相关领域技术人员已知的各种水性和非水性泡沫材料和化学发泡剂。
已经发现，通过使用充气浆料，填充材料中的气泡结构使得这比传统的水和颗粒固体材料的混合物更加流动和可泵送，因此，即使填料中的固体百分比保持在可泵送的最大值之上，使用注浆泵5和泵料管4，相对容易长距离泵送，同时可避免坍落。
所需的泡沫量，即泡沫与固体的比例，将根据颗粒的尺寸和粗糙度，颗粒的形状，泡沫材料的稳定性，泵送材料的距离，以及为特定工作确定的其他因素而稍微变化。然而，从实用的观点来看，泡沫加到填充物中的水量组分总是远远小于在没有泡沫的情况下使颗粒可泵送所需的水量。
充气浆料可以直接流入空隙中并使其固化而无需进一步处理。然而，在许多应用中，一旦材料进入空隙并且不再需要可泵送性，则希望使材料的气泡结构塌陷。为了使回填材料的气泡结构塌陷，可以在注入点处将合适的消泡剂添加到流体材料中，例如图2所示，混合填料自输入管12输送，消泡剂自消泡剂管路11注入，通过喷嘴组件10喷入混合填料中。
可以理解的是，本实施例中喷嘴组件能够实现混合填料与消泡剂的混合，还应实现回填填料的喷出，喷嘴组件包括静态混合器13，通过静态混合器13混合均匀形成回填材料。已经与混合填料料混合的消泡剂在材料沉积后就非常迅速地使气泡结构塌陷，而不会干扰喷嘴组件12上游的填充材料的可泵送性。
通过静态混合器13将消泡剂与填充材料混合，静态混合器13安装在次级导管下游的组件中，并且混有消泡剂的回填材料通过输出管15从该排出口排出到空隙中。
尽管所需的消泡剂的量将根据实际组成和操作条件而变化，但通常仅需要非常小的量来使气泡结构完全塌陷。虽然可以使用任何合适的有效破坏气泡结构的消泡剂，但通常优选硅油和其它硅氧烷基消泡剂，因为它们具有良好的初始作用，能够快速起效，并且在广泛的pH范围内有效。
由于消泡剂在放置填充材料之后或之后不久消除了气泡结构，因此操作者可以添加许多泡沫以确保材料的可泵送性，而不用担心增加接收端的最终体积。当气泡塌陷时释放的相对少量的水可以在水泥或其它水性粘合剂存在于混合物中时使水合物水合，不需要额外处理。
实施例2
如图1-图2所述，本实施例提供一种地下空洞填充系统，包括粘合剂储存部件6、泡沫剂储存部件7及骨料储存部件8以及混料箱，所述混料箱能够容纳混合填料，混料箱与注浆泵5的入口连通，注浆泵的出口与泵料管4连通。
所述泵料管的末端串联有静态混合器13，静态混合器具有两个进口和一个出口，两个进口分别与泵料管和消泡剂管路11连通。所述消泡剂管路与消泡剂储存部件连通，消泡剂管路中设置有泵体。
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种地下空洞填充方法，其特征在于，包括：
将粘合剂与泡沫剂混合，得到充气浆料；将充气浆料与颗粒骨料混合，得到混合填料；将混合填料沿管路向待回填位置泵送，在混合填料注入待回填位置之前，向混合填料中混入消泡剂。
2.根据权利要求1所述的地下空洞填充方法，其特征在于，所述泡沫剂为水性泡沫材料、非水性泡沫材料或化学发泡剂，泡沫组份能够被消泡剂消泡。
3.根据权利要求1所述的地下空洞填充方法，其特征在于，所述充气浆料中，粘合剂与泡沫的体积比为1:2。
4.根据权利要求1所述的地下空洞填充方法，其特征在于，所述颗粒骨料的粒径为5-50mm。
5.根据权利要求1所述的地下空洞填充方法，其特征在于，所述充气浆料与颗粒骨料的体积比为1:10。
6.根据权利要求1所述的地下空洞填充方法，其特征在于，向回填材料中加入消泡剂后，采用静态混合器混合均匀。
7.根据权利要求1所述的地下空洞填充方法，其特征在于，所述消泡剂为硅氧烷基消泡剂。
8.一种地下空洞填充系统，其特征在于，包括粘合剂储存部件、泡沫剂储存部件及骨料储存部件以及混料箱，所述混料箱能够容纳混合填料，混料箱与注浆泵的入口连通，注浆泵的出口与泵料管连通。
9.根据权利要求8所述的地下空洞填充系统，其特征在于，所述泵料管的末端串联有静态混合器，静态混合器具有两个进口和一个出口，两个进口分别与泵料管和消泡剂管路连通。
10.根据权利要求9所述的地下空洞填充系统，其特征在于，所述消泡剂管路与消泡剂储存部件连通，消泡剂管路中设置有泵体。
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