新颖的松散充填体注浆加固后质量改善程度定量分析方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010624771.3 (22)申请日 2020.07.02 (71)申请人 湘潭大学 地址 411105 湖南省湘潭市雨湖区羊牯塘 27号 (72)发明人 鹿浩谢承煜贾楠石东平 秦亚光文磊汪伟何利文 王新丰 (74)专利代理机构 长沙市融智专利事务所(普 通合伙) 43114 代理人 欧阳迪奇 (51)Int.Cl. G06Q 10/06(2012.01) G06Q 50/02(2012.01) E21F 15/00(2006.01) (54)发明名称 一种新颖的松散充填。

2、体注浆加固后质量改 善程度定量分析方法 (57)摘要 本发明公开了一种新颖的松散充填体注浆 加固后质量改善程度定量分析方法， 基于经典 RMR法和BQ法的分级方法， 将现场压水试验的结 果作为定量分析指标纳入至分级方法中， 结合特 尔斐方法进行进化处理， 构建松散充填体注浆加 固后质量改善程度的数学模型， 根据定量分析结 果判断注浆加固的效果。 本发明的技术效果在 于， 由于现场压水试验获取的结果是衡量注浆加 固效果的重要指标之一， 因此将该指标引入至 RNR和BQ法耦合的分级系统中， 使得计算结果更 准确， 也与现场实际更相符。 基于上述情况， 引入 特尔斐方法， 并对其做出相应的进化处理，。

3、 以此 来构建出松散充填体注浆加固后质量改善程度 的新的数学模型， 并实现对注浆加固前后松散充 填体质量改善程度有效判断。 权利要求书4页 说明书18页 附图1页 CN 111738616 A 2020.10.02 CN 111738616 A 1.一种新颖的松散充填体注浆加固后质量改善程度定量分析方法， 其特征在于， 包括 以下步骤： 基于经典RMR法和BQ法的分级方法， 将现场压水试验的结果作为定量分析指标之一纳 入至分级方法中， 结合特尔斐方法进行进化处理， 构建松散充填体注浆加固后质量改善程 度的数学模型， 根据定量分析结果判断注浆加固的效果。 2.根据权利要求1所述的一种新颖的松散充。

4、填体注浆加固后质量改善程度定量分析方 法， 其特征在于， 所述的特尔斐方法包括以下步骤： 1)采用AHP构建递阶层次的结构模型： 当有m个评价指标需要考虑时， 即是要确立这m个评价指标对于决策准则的权重值； 2)构造比较判断矩阵 在准则层的元素中作一一对比， 即： 当上述层次中的某因素作为对比准则时， 用对比标 度bij表达其中一个层次之中第i个元素和第j个元素的相应关键性； 3)采用三角模糊数建立群体的模糊判断矩阵， 其两两判断矩阵为： bij ijijij， 式中： ijij ij 其中： ijmin(bijk)， K1,2， .， N ijaverage(bijk)， K1,2， .， 。

5、N ijmax(bijk)， K1,2， .， N 式中： N评分的专家总数； bijk第K个专家对i及j两个因素的相应重要程度的判断； min专家评分结果的最小值； max专家评分结果的最大值； average专家评分结果的几何平均数； 而 4)基于群体模糊判断矩阵bij确立群体模糊权重向量， 由几何平均法确立相应的模糊权 重向量 i： 对于任意评价指标i(i1， 2， ， m)计算向量： 进一步运算得 式中：分别为三角模糊数乘法运算的关系和加法运算的关系。 权利要求书 1/4 页 2 CN 111738616 A 2 式中： AA1， A2， A3， BB1， B2， B3 5)权重决策分。

6、析 各指标的模糊权重向量： 式中：分别为模糊权重向量三个组成元素中的最小值、 中间值和最大值； 采用几何平均法计算各评价指标的相对权重值并归一化处理后即得决策权重， 其归一 化权重向量为： 3.根据权利要求2所述的一种新颖的松散充填体注浆加固后质量改善程度定量分析方 法， 其特征在于， bij的取值取正整数或该正整数的倒数， 以构成对比判断矩阵。 4.根据权利要求1所述的一种新颖的松散充填体注浆加固后质量改善程度定量分析方 法， 其特征在于， 所述的结合特尔斐方法进行进化处理， 构建松散充填体注浆加固后质量改 善程度的数学模型包括以下步骤： 1)层次结构模型 建立包括完整岩石强度； 岩石质量指。

7、标； BQ系统中的力学指标； 压水试验的结 果； 地下水条件这五个指标层的矿岩和充填体分级层次结构模型； 2)矿岩和充填体质量评价指标的计算原则 建立各个评价指标的计分原则， 矿岩和充填体分级方法采用进化FD-AHP方法获取各评 价指标的模糊权重， 再与相应的权重值相乘， 累加得矿岩和充填体的总评分值； 3)基于进化FD-AHP的评价指标权重分析 对完整岩石强度、 岩石质量指标、 BQ系统中的力学指标、 压水试验结果以及地下水条件 等五个评价指标对矿岩和充填体分级总分进行权重分析； 4)基于进化FD-AHP的矿岩和充填体分级方法步骤 对于所研究的矿岩和充填体， 采用岩石力学试验、 现场地质调查。

8、及压水试验的方法， 获取岩石物理力学试验结果、 矿岩体RQD值、 压水试验结果确定各指标的评分值； 把各个指标的评分值和相应权重的乘积， 即为基于进化FD-AHP的矿岩和充填体分级 总分值F0： F0 1M1+ 2M2+ 3M3+ 4M4+ 5M5。 5.根据权利要求4所述的一种新颖的松散充填体注浆加固后质量改善程度定量分析方 法， 其特征在于， 所述的基于进化FD-AHP的评价指标权重分析包括以下步骤： 用群体判断矩阵计算向量， 进而得到群体模糊权重向量， 运用几何平均法计算各评价 指标的相对权重值， 并作归一化处理之后， 得到各评价指标的决策权重值。 6.根据权利要求5所述的一种新颖的松散。

9、充填体注浆加固后质量改善程度定量分析方 法， 其特征在于， 所述的基于进化FD-AHP的评价指标权重分析计算包括以下步骤： 建立对比判断矩阵后， 用群体判断矩阵由三角模糊数表示为： 权利要求书 2/4 页 3 CN 111738616 A 3 其中： 评价指标i分别代表完整岩石强度指标、 岩石质量指标、 BQ系统中的力学指标、 压 水试验的结果以及地下水的条件， i1,2,3,4,5； 计算向量为： R10.27,0.74,2.67 R20.42,1.73,4.21 R30.32,0.93,3.27 R40.22,0.50,2.41 R50.37,1.67,3.94 进而得到群体模糊权重向量：。

10、 10.02,0.13,1.68 20.03,0.31,2.64 30.02,0.17,2.06 40.01,0.09,1.51 50.02,0.30,2.47 运用几何平均法计算各评价指标的相对权重值， 并作归一化处理之后， 得各评价指标 的决策权重值为： 10.15；20.28；30.19；40.12；50.26； 即完整岩石强度、 岩石质量指标、 BQ系统中的力学指标、 压水试验结果以及地下水条件 等五个评价指标对矿岩和充填体分级总分进行权重分析分别为0.15、 0.28、 0.19、 0.12和 权利要求书 3/4 页 4 CN 111738616 A 4 0.26。 权利要求书 4/。

11、4 页 5 CN 111738616 A 5 一种新颖的松散充填体注浆加固后质量改善程度定量分析 方法 技术领域 0001 本发明涉及一种新颖的松散充填体注浆加固后质量改善程度定量分析方法。 背景技术 0002 对于采用充填法开采的金属矿山， 当其出现采空区突变失稳垮塌时， 导致两帮的 充填体出现破坏变形， 局部垮落或大范围垮塌， 特别是当充填体内存在回填废石时， 由于开 挖卸荷使内部应力、 位移产生很大变化， 充填体内部会变得更加松散， 直接影响到围岩(充 填体)的稳定性。 而要保持充填体的稳定性， 必须采取注浆加固措施， 而如何评价注浆加固 后充填体质量的改善程度， 是判断能否进行进一步开。

12、采的关键。 0003 当前， 传统的做法是对岩体进行分级， 例如RMR系统分级法和Q系统分级， 以及在此 基础上的一些改进方法， 且类似方法从单一的指标逐渐转向多指标的定性或定量与定性相 结合的方法。 但根据具体的工程实际， 这些方法对于比较完整岩体的评级适用性比较强， 而 对于充填体而言， 本来充填体的强度相对于岩体来说就较低， 尤其是一些松散的充填体， 对 其进行注浆加固处理后的加固程度， 目前并没有一个统一的判定依据， 即不能满足工程的 需要。 发明内容 0004 为了准确的对松散充填体进行注浆加固处理后的加固程度评判， 本发明提供一种 新颖的松散充填体注浆加固后质量改善程度定量分析方法。

13、。 0005 为了实现上述技术目的， 本发明的技术方案是， 0006 一种新颖的松散充填体注浆加固后质量改善程度定量分析方法， 其特征在于， 包 括以下步骤： 0007 基于经典RMR法和BQ法的分级方法， 将现场压水试验的结果作为定量分析指标之 一纳入至分级方法中， 结合特尔斐方法进行进化处理， 构建松散充填体注浆加固后质量改 善程度的数学模型， 根据定量分析结果判断注浆加固的效果。 0008 所述的一种新颖的松散充填体注浆加固后质量改善程度定量分析方法， 其特征在 于， 所述的特尔斐方法包括以下步骤： 0009 1)采用AHP构建递阶层次的结构模型： 0010 当有m个评价指标需要考虑时，。

14、 即是要确立这m个评价指标对于决策准则的权重 值； 0011 2)构造比较判断矩阵 0012 在准则层的元素中作一一对比， 即： 当上述层次中的某因素作为对比准则时， 用对 比标度bij表达其中一个层次之中第i个元素和第j个元素的相应关键性； 0013 3)采用三角模糊数建立群体的模糊判断矩阵， 其两两判断矩阵为： 0014 bij ijijij， 式中： ijij ij 说明书 1/18 页 6 CN 111738616 A 6 0015 其中： 0016 ijmin(bijk)， K1,2， .， N 0017 ijaverage(bijk)， K1,2， .， N 0018 ijmax(。

15、bijk)， K1,2， .， N 0019 式中： N评分的专家总数； 0020 bijk第K个专家对i及j两个因素的相应重要程度的判断； 0021 min专家评分结果的最小值； 0022 max专家评分结果的最大值； 0023 average专家评分结果的几何平均数； 0024而 0025 4)基于群体模糊判断矩阵bij确立群体模糊权重向量， 由几何平均法确立相应的模 糊权重向量 i： 0026 对于任意评价指标i(i1， 2， ， m)计算向量： 0027 0028 进一步运算得 0029 0030式中：分别为三角模糊数乘法运算的关系和加法运算的关系。 0031 0032 式中： AA1。

16、， A2， A3， BB1， B2， B3 0033 5)权重决策分析 0034 各指标的模糊权重向量： 0035 0036式中：分别为模糊权重向量三个组成元素中的最小值、 中间值和最 大值； 0037 采用几何平均法计算各评价指标的相对权重值并归一化处理后即得决策权重， 其 归一化权重向量为： 0038 0039 所述的一种新颖的松散充填体注浆加固后质量改善程度定量分析方法， bij的取值 取正整数或该正整数的倒数， 以构成对比判断矩阵。 说明书 2/18 页 7 CN 111738616 A 7 0040 所述的一种新颖的松散充填体注浆加固后质量改善程度定量分析方法， 所述的结 合特尔斐方。

17、法进行进化处理， 构建松散充填体注浆加固后质量改善程度的数学模型包括以 下步骤： 0041 1)层次结构模型 0042 建立包括完整岩石强度； 岩石质量指标； BQ系统中的力学指标； 压水试验 的结果； 地下水条件这五个指标层的矿岩和充填体分级层次结构模型； 0043 2)矿岩和充填体质量评价指标的计算原则 0044 建立各个评价指标的计分原则， 矿岩和充填体分级方法采用进化FD-AHP方法获取 各评价指标的模糊权重， 再与相应的权重值相乘， 累加得矿岩和充填体的总评分值； 0045 3)基于进化FD-AHP的评价指标权重分析 0046 对完整岩石强度、 岩石质量指标、 BQ系统中的力学指标、。

18、 压水试验结果以及地下水 条件等五个评价指标对矿岩和充填体分级总分进行权重分析； 0047 4)基于进化FD-AHP的矿岩和充填体分级方法步骤 0048 对于所研究的特定矿岩和充填体， 采用岩石力学试验、 现场地质调查及压水试 验的方法， 获取岩石物理力学试验结果、 矿岩体RQD值、 压水试验结果确定各指标的评分值； 0049 把各个指标的评分值和相应权重的乘积， 即为基于进化FD-AHP的矿岩和充填体 分级总分值F0： 0050 F0 1M1+ 2M2+ 3M3+ 4M4+ 5M5。 0051 所述的一种新颖的松散充填体注浆加固后质量改善程度定量分析方法， 所述的基 于进化FD-AHP的评价。

19、指标权重分析包括以下步骤： 0052 用群体判断矩阵计算向量， 进而得到群体模糊权重向量， 运用几何平均法计算各 评价指标的相对权重值， 并作归一化处理之后， 得到各评价指标的决策权重值。 0053 所述的一种新颖的松散充填体注浆加固后质量改善程度定量分析方法， 所述的基 于进化FD-AHP的评价指标权重分析计算包括以下步骤： 0054 建立对比判断矩阵后， 用群体判断矩阵由三角模糊数表示为： 0055 0056 说明书 3/18 页 8 CN 111738616 A 8 0057 0058 0059 其中： 评价指标i分别代表完整岩石强度指标、 岩石质量指标、 BQ系统中的力学指 标、 压水。

20、试验的结果以及地下水的条件， i1,2,3,4,5； 计算向量为： 0060 R10.27,0.74,2.67 0061 R20.42,1.73,4.21 0062 R30.32,0.93,3.27 0063 R40.22,0.50,2.41 0064 R50.37,1.67,3.94 0065 进而得到群体模糊权重向量： 0066 10.02,0.13,1.68 0067 20.03,0.31,2.64 0068 30.02,0.17,2.06 0069 40.01,0.09,1.51 0070 50.02,0.30,2.47 0071 运用几何平均法计算各评价指标的相对权重值， 并作归一化。

21、处理之后， 得各评价 指标的决策权重值为： 0072 10.15；20.28；30.19；40.12；50.26； 0073 即完整岩石强度、 岩石质量指标、 BQ系统中的力学指标、 压水试验结果以及地下水 条件等五个评价指标对矿岩和充填体分级总分进行权重分析分别为0.15、 0.28、 0.19、 0.12 和0.26。 0074 本发明的技术效果在于， 由于现场压水试验获取的结果是衡量注浆加固效果的重 要指标之一， 因此将该指标引入至RNR和BQ法耦合的分级系统中， 使得计算结果更准确， 也 与现场实际更相符。 基于上述情况， 引入特尔斐方法， 并对其做出相应的进化处理， 以此来 构建出松。

22、散充填体注浆加固后质量改善程度的新的数学模型， 并实现对注浆加固前后松散 充填体质量改善程度的有效判断。 附图说明 0075 图1为矿岩和充填体分级的层次结构模型图。 说明书 4/18 页 9 CN 111738616 A 9 具体实施方式 0076 采空区垮塌之后， 垮塌区内会形成空洞和裂隙。 当前对类似工程的治理大多采用 注浆充填技术， 即通过注入化学浆液使破碎矿岩体及裂隙胶结起来， 以改善其物理力学性 质， 垮塌区内的浆液结石体将阻止围岩进一步垮塌， 可保证围岩的稳定性。 目前， 我国金属 矿山对采区大面积失稳垮塌后隐患资源成功治理的工程实例并不多见， 在某些关键技术上 仍缺乏理论依据及。

23、实践验证， 更未形成安全可靠、 优质高效的技术体系。 有必要深入研究垮 塌区影响范围内加固的关键技术。 0077 垮塌区影响范围内原有未垮塌硐室及原有工程布置的存在以及矿山先进的钻孔 注浆设备， 使得注浆加固具备了可行性。“先勘探后掘进， 先治理后开采” 是垮塌区影响范围 内矿体安全高效回采最基本的原则。 采取积极稳妥、 主动的加固措施， 更早、 更准确地对垮 塌区影响范围内的围岩进行钻探和预注浆处理和改造。 0078 注浆加固时浆液主要是以充填、 渗透、 劈裂和压密几种形式在其内部扩散， 赋存于 矿岩体裂隙中的水和空气等介质由浆液替换， 在浆液的凝结作用下， 矿岩体的密度大幅度 增大， 从而。

24、使矿岩体的强度、 抗渗透性能和稳定性均有较大幅度的提高。 注浆加固技术是治 理地质灾害， 改善工程地质条件的常用手段之一。 0079 注浆加固是主动支护的主要措施之一， 具有以下作用： 堵水和防渗； 提高围岩 的强度； 防止围岩继续变形。 注浆加固后可影响垮塌区影响范围内矿岩体的微小结构裂 隙和孔隙、 各物质的组分， 同时， 可以大幅度提高垮塌区影响范围内裂隙矿岩体之间裂隙面 的微观物理力学性质； 当浆液注入至垮塌区内矿岩体的稳定性及抗外力(外载荷及扰动等) 的破坏能力得到增强。 0080 垮塌区域注浆加固作用机理如下： 0081 1)注浆加固不但改善了矿体和充填体的宏观力学性质， 提高矿体和。

25、充填体的密实 度和强度， 使矿体和充填体的延性特征进一步增强， 还增强了矿体和充填体的抗变形能力， 使矿体和充填体在变形时保持一定的强度。 0082 2)注浆浆液-矿岩体界面是注浆加固的关键环节， 控制注浆加固体的破坏。 矿体和 充填体注浆加固作用可划分成直接加固和间接加固。 直接加固指的是浆液-矿岩体界面上 的摩擦及嵌锁作用， 增强浆液-矿岩体界面的强度， 改变其破坏形式， 阻碍破坏的发生； 对于 间接加固指的是注浆压密作用下， 浆脉四周矿体和充填体受到压缩并固结， 改变了其内部 的应力场及应力的传播途径， 提高了矿体和充填体的整体力学性能。 0083 3)注浆之后， 浆液-矿岩体界面具有较。

26、强的粘结强度， 相对而言更难产生相互滑 移、 错动。 浆液-矿岩体界面两侧的浆脉及加固矿体和充填体的物理力学特性不匹配， 在浆 液-矿岩体界面应变协调作用下下， 会产生粘结的约束应力， 改变浆液-矿岩体界面处的应 力状态， 进而改变浆液-矿岩体界面上矿体和充填体的强度和破坏特性。 0084 4)在外部荷载作用下， 浆液-矿岩体界面上会发生应力集中， 使浆液-矿岩体界面 两侧矿体和充填体的内部易产生破坏。 其根本原因为浆液-矿岩体界面是一种各向异性的 复合材料， 材料之间的力学属性也不匹配， 会产生复杂的附加应力场： 强度降低的矿体和充 填体因为要协调和浆脉的变形会受到附加压力的作用， 从而使自。

27、身稳定性更高； 而变形能 力弱且强度高的浆脉因为要协调和矿体及充填体变形将受到附加拉力的作用， 并首先产生 破坏， 提高了矿体和充填体整体的稳定性。 说明书 5/18 页 10 CN 111738616 A 10 0085 注浆加固时， 必须考虑注浆的扩散半径， 也就是浆液的扩散机理， 且注浆扩散半径 是注浆加固处理的重要参数之一， 其受到诸多因素的影响， 如： 注浆压力、 注浆介质(充填体 等)的裂隙分布特征以及浆液的特性等103。 0086 注浆加固扩散模型可简化成球形扩散的计算模式并做如下假定： 0087 1)水泥浆液是从注浆管的底部注入垮塌区矿岩体内； 0088 2)水泥浆液假设是Ne。

28、wton体； 0089 3)假定受注入的矿岩体是均质以及各向同性的； 0090 4)水泥注浆源假定是点源， 水泥浆液在垮塌区内呈现出球状装的四周扩散。 0091 由Darcy定律， 可知 0092 0093式中： 0094 对上式进行积分可得 0095 0096 当RR0时， hH1， 而当RR1时， hH2， 由上式可导出 0097 0098 且： 0099 则： 0100 将h1代入上式可得： 0101 0102当R1R0时， 则有 0103即上式可简化为： 0104 综上可求得注浆时间T及水泥浆液扩散半径R的表达式分别为： 0105 说明书 6/18 页 11 CN 111738616 。

29、A 11 0106 0107 式中： 0108 R， R1水泥浆液的扩散半径， cm； 0109 浆液与水的粘度之比； 0110 N充填体等的孔隙率； 0111 K0充填体等的渗透系数， cm/s； 0112 h和hl注浆的水头压力， cm； 0113 R0注浆管的半径， cm； 0114 l， l1， l2注浆孔的长度， cm； 0115 qd注浆量， cm3； 0116 D渗透的面积， cm2； 0117 H1水头总和， cm； 0118 H0注浆点上部压力水头， cm； 0119 kg水泥浆液在垮塌区内的渗透系数， cm/s。 0120 由上式可知， 注浆浆液在矿岩和充填体中的扩散与诸多。

30、因素有关， 以上各因素的 改变都会对最终的注浆结果产生影响， 因此， 在制定垮塌区内的加固技术方案时， 应综合考 虑以上因素， 保证取得良好的注浆效果。 0121 开采垮塌区内的矿体时， 由于围岩自身的性质较破碎和松散， 决定了其承载能力 弱的特征， 而在这种复杂情况下， 开采往往会产生更大的位移。 为减小开采过程中引起的位 移， 必须通过采取垮塌区影响范围内的围岩注浆预处理和加固技术， 即通过改善围岩的性 质来减小开采时产生的位移， 从而最大程度地确保开采中的安全。 0122 Sh-320中段0#采场发生失稳垮塌后， 对周边相邻采场的稳定性产生了影响， 使得 该地区资源开采处于一个安全性极其。

31、复杂的环境中， 这严重阻碍了主矿体隐患资源的回收 利用， 因此， 结合前两章垮塌区力学分析及其范围确定的结果， 以圈定的滑移面为依据， 矿 山对垮塌区进行充填注浆加固处理， 以此加固矿岩和采场周边充填体， 充填空洞及裂隙(特 别是滑移面以上部分)， 消除安全隐患， 为主矿体资源的回收创造有利的条件。 0123 垮塌区治理和加固技术设计是十分复杂的工作。 选取合适的注浆加固技术方案、 注浆工艺和注浆材料， 既可获取较好的加固效果， 又可节省成本及注浆时间。 此处选择的注 浆方法主要是充填与压密注浆， 浆液凝固之后可使浆液和充填体等形成坚固的一个整体， 使垮塌区强度接近或超过原始的状态。 0124。

32、 本实施例中， 根据凡口铅锌矿工程实际选用了水泥类浆材注浆法对垮塌区进行充 填注浆。 0125 由于矿山之前没有治理垮塌区的工程实践经验， 类似的矿山也未找到相关的治理 方法， 因此， 为了保持注浆加固后垮塌区应力的平衡， 对0#采场两侧均采取了注浆措施， 这 几个采场分别为N2-3#采场和S1-2#、 S2-3#采场。 0126 注浆设备： XY-2Pc立轴式岩心钻机施工探查注浆孔， NL-1200L高速搅拌机造浆， BW-150泥浆泵自上而下分段压力注浆。 0127 灌浆方法： 为增强孔壁强度和吃浆量， 采用的是由上而下分段注浆法， 即每钻进一 说明书 7/18 页 12 CN 11173。

33、8616 A 12 段就进行压力灌浆， 待达到设计压力下且孔内不吃浆时， 结束灌注， 下一段注浆又重新从孔 口扫孔开始。 每个注浆段控制在8-10m， 压水试验无漏水或者见实体， 取大值； 孔壁稳定性差 时取小值。 0128 灌浆压力： 0129 PC0(0.75H0+K0 h0) (4-11) 0130 PC0K0 h0+Z0 (4-12) 0131 式中： C0孔序系数； 0132 H0上覆岩层的厚度， m； 0133 K0注浆系数， 可取K0.8； 0134 松散系数； 0135 h0注浆段的埋深， m； 0136 Z0上覆岩层的压力， kN/m。 0137 分段取0.3-0.6Mpa；。

34、 终孔取0.5-1Mpa。 0138 水灰比： 0139 0140式中：为水与水泥的比例； 0141为水的容重； 0142 0为注浆材料的容重； 0143为水泥的容重。 0144 设计采用1:1和0.8:1， 实际使用中若发现浆液过浓， 在设计压力下无法泵送且地 层吃浆量也很小时， 可改用1.5:1， 随着吃浆量增大而逐渐加浓。 0145 假定浆液注入的充填体内孔、 裂隙为均质状态， 其扩散半径为R0， 浆液充填凝结后 成为 “胶囊状” ， 充填体的有效充填孔、 裂隙率为Nz， 则有 0146 0147 式中： Wz为注入浆液的总体积量， m3； R0为浆液的扩散半径， m)； Hz为注浆的总。

35、段高， m。 根据注浆经验来估计， Nz取值为3.06.0。 0148 当浆液的注入量一定时， 浆液扩散范围随着孔隙率的降低而增大。 当扩散半径取 R0为15m时比较合理。 0149 注浆的效果将直接关系到开采过程中围岩的稳定性， 因此， 应通过钻探孔取芯分 析， 注浆后岩石力学特性变化， 压水试验分析来保证注浆效果。 0150 RQD值可反映钻孔时岩芯的完好程度， 可用于对岩体质量进行评价。 0151 岩石质量指标RQD计算式为： 0152 说明书 8/18 页 13 CN 111738616 A 13 0153 式中： Lp某岩组大于10cm完整岩芯长度之和， m； 0154 Li某岩组钻。

36、探总进尺， m。 0155 为了检测判断矿岩体注浆的效果， 对注浆前后进行RQD值统计， 统计结果如表4-1 和表4-2： 0156 表4-1： 注浆前RQD值统计结果表 0157 钻孔号孔深/m倾角高程坐标线RQD值 ZK126-6-239.8mY63343.15 ZK235-24-239.8mY63352.72 ZK334-39-239.8mY63348.68 ZK443-53-239.8mY63354.36 0158 表4-2： 注浆后RQD值统计结果表 0159 钻孔号孔深/m倾角高程坐标线RQD值 ZK12528-239.8mY64568.92 ZK2350-239.8mY64573。

37、.51 ZK334-29-239.8mY64571.29 ZK443-64-239.8mY64574.83 0160 Deere按RQD值将岩石质量划分为如下五等级， 0161 表4-3： 按RQD值岩石质量分类表 0162 等级RQD值岩石质量描述岩体完整性评价 90100极好的岩体完整 7590好的岩体较完整 5075一般的岩体中等完整 2550差岩体完整性差 25极差的岩体破碎 0163 根据对注浆前后的RQD值统计， 对矿区岩体划分工程质量级别如表4： 0164 表4-4： 矿岩体按RQD值工程质量分级结果 0165 0166 表4可以看出， 注浆前后矿岩体的完整性发生了明显的变化， 。

38、即矿岩体的完整性得 到了明显的加强， 即原本完整性差的提高到中等完整， 中等完整的矿岩体提高到矿岩体较 完整。 说明注浆对增强矿岩体完整有良好好效果。 0167 注浆前钻取岩芯岩石物理力学性质 说明书 9/18 页 14 CN 111738616 A 14 0168 1)取芯目的 0169 垮塌区范围内矿体和充填体的赋存情况变化十分剧烈， 甚至同一采场的充填体岩 性差别就很大。 矿岩体的物理力学参数也是开展各种试验的关键参考依据， 如： 理论分析和 室内数值模拟实验等。 对注浆前对垮塌区范围内矿体和充填体开展取芯试验就显得尤为重 要， 这不仅可获取更为准确的充填体和矿体间的位置关系， 摸清充填。

39、体内胶结、 非胶结充填 体以及回填渣的分部情况， 还可通过实验室试验获取矿岩体和充填体的物理力学参数。 0170 2)现场岩芯选取 0171 结合现场工程实际所开展的注浆孔钻孔资料， 在对钻取出来的岩芯进行编录的基 础之上， 分别对垮塌区范围内的矿体和充填体进行现场取样， 然后进行室内岩石力学试验。 分别进行天然状态下的岩石单轴抗压强度、 抗拉强度和抗剪强度以及变形试验， 获取各自 的岩石物理力学性质参数。 0172 3)岩石力学性质参数实验结果汇总 0173 表4-3岩石力学性质参数实验结果汇总 0174 0175 注浆后钻取岩芯岩石力学物理特性 0176 为了比较注浆前后岩性的变化情况， 。

40、对注浆后的岩芯保存下来并进行岩石力学实 验。 0177 表4-3注浆后岩石力学性质参数实验结果汇总 说明书 10/18 页 15 CN 111738616 A 15 0178 0179 对比分析注浆前矿岩体、 充填体和注浆后浆液凝固体的抗压、 抗拉和抗剪强度可 得： 0180 1)垮塌区内围岩分别为矿体和充填体， 试件的强度差别较大， 这表明垮塌区不同 区域的围岩软硬程度不均， 其围岩的强度不同， 这在注浆加固时需要区别对待， 另外， 应优 先在围岩条件差的位置布置检测孔检查注浆的效果。 0181 2)在施工现场选取的试样， 均能测出其单轴抗压、 抗拉和抗剪强度， 所有试样的抗 压强度与之前矿。

41、山的岩石力学实验参数相比有所降低， 但注浆后岩石物理力学性质明显提 高。 0182 矿体和充填体注浆加固前后力学特性变化 0183 注装加固后矿岩和充填体的单轴抗压强度均大幅提高。 此处定义注浆加固系数 为注浆加前后单轴抗压强度的比值。 0184 根据注浆加固前后单轴抗压强度的统计数据， 注浆加固后矿岩的平均抗压强度为 119MPa， 平均加固系数为2.56； 充填体的平均抗压强度为10.2MPa， 平均加固系数为2.31。 因 此， 无论是从单轴抗压强度的绝对值增量， 还是从注浆加固系数上比较， 均表现为被注矿岩 体的松散程度越高则内部的结构性就越差， 表现出注浆加固效果的显著性。 0185。

42、 分析注浆加固前、 后的单轴抗压试验应力-应变曲线可得， 垮塌区内矿石和充填体 在注浆之后的抗变形能力显著提高， 且注浆加固体的单轴压缩试验曲线峰值应力和应变均 相差较大。 0186 注浆加固之后矿岩体和充填体的抵抗变形能力增加， 但是其破坏形式未未产生变 化， 在达到应力峰值后应力会逐渐降低。 随着峰值应力附近应变的持续增大， 表现出较强的 说明书 11/18 页 16 CN 111738616 A 16 可塑性及抗变形性能。 0187 矿岩体、 充填体与未注浆加固时相比， 剪切强度参数提高较为明显， 矿岩体的粘聚 力和内摩擦角分别提高了101和7.4， 充填体的粘聚力和内摩擦角分别提高了5。

43、2.2和 2.4， 也就是说， 注浆加固之后后， 矿岩和充填体的力学性能均有所提高， 且主要是提高了 粘聚力。 0188 注浆检测压水试验分析 0189 针对垮塌区围岩注浆工程， 压水试验检测是最直接、 较简易地对注浆效果进行评 价的方法之一。 在注浆孔成孔过程中， 应进行简易的压水试验， 当注浆施工结束之后， 在检 查孔中也应进行简易的压水试验， 其目的主要是计算矿岩体的单位吸水量或渗透系数值， 了解矿岩体的渗透性能， 以选择浆液材料及其压力和浓度， 并判断浆液扩散的范围， 并作为 单孔注浆设计及效果评价的依据。 选取注浆钻孔进行注浆前后压水试验对比分析， 对于注 浆前的压水试验， 它间接反。

44、映了垮塌区充填、 连通以及矿岩体裂隙等的发育情况； 而对于注 浆之后的压水试验， 并与注浆前的作对比分析， 可以了解垮塌区范围内单位吸水量及渗透 系数的变化情况。 当水的消耗量超出单孔注浆结束标准的吸浆量时， 必须进行补充注浆以 保证加固处理工程的质量。 0190 施工检查孔， 通过岩芯和压水试验检验注浆质量。 0191 采用的是简易压水试验， 加压时间为30分钟左右， 施加的压力为设计压力的80， 且1MPa。 压入流量的稳定标准为： 孔口冒水时即可结束试验， 选取最终流量值为最后的计 算值， 即可以得出试验段的透水率。 由注浆后的压水试验结果分析， 结合钻孔取芯法验证各 个区域注浆效果。 。

45、0192 检查结果由吕荣值表示， 其透水率按以式计算 0193 0194 式中： qt透水率， Lu； 0195 Q0流量， L/min； 0196 L0压水段的长度， m； 0197 P0压力值， Mpa。 0198 表4-3注浆前压水试验汇总 0199 0200 表4-4注浆后压水试验汇总 说明书 12/18 页 17 CN 111738616 A 17 0201 0202 注浆后的吕荣值与注浆前相比大幅降低， 说明注浆对提高围岩的稳定性起到了较 好的效果。 0203 垮塌区内矿体和充填体质量改善效果评价 0204 注浆孔取出岩石的物理力学力学性质反应的是岩块的质量， 为了进一步评鉴矿岩 。

46、和充填体的注浆效果， 分析矿岩体和充填体的稳定性， 依托RMR法和BQ法基础上， 并结合德 尔斐群体决策方法， 将矿岩和充填体分级作为多属性决策问题， AHP法应用于矿岩和充填体 分级方案， 根据采场实际情况选取影响矿岩和充填体质量的评估因素， 使其与真实情况下 的不确定性更加相符， 可根据矿岩体的质量改善情况判断注浆效果。 0205 FD-AHP耦合方法 0206 模糊德尔斐层次分析法(Fuzzy Delphi Analytic Hierarchy Process， 即FD- AHP)是综合模糊评价原理(Fuzzy Mathematics Appraisal)、 层次分析法(AHP)以及德尔。

47、斐 (Delphi)群体决策法的模糊群体决策方法111。 其基本步骤为： 0207 1)采用AHP构建递阶层次的结构模型 0208 假设有m个评价指标需要考虑， 即是要确立这m个评价指标对于决策准则的权重值 111。 0209 2)构造比较判断矩阵 0210 在准则层的元素中作一一对比， 即： 当上述层次中的某因素作为对比准则时， 可用 一个对比标度bij表达其中一个层次之中第i个元素和第j个元素的相应关键性。 bij的取值 一般取正整数或其倒数， 可构成对比判断矩阵。 0211 3)采用三角模糊数建立群体的模糊判断矩阵112， 其两两判断矩阵如下： 0212 bij ijijij式中： ij。

48、ij ij 0213 其中： 0214 ijmin(bijk)， K1,2， .， N 0215 ijaverage(bijk)， K1,2， .， N 0216 ijmax(bijk)， K1,2， .， N (4-16) 0217 式中： N评分的专家总数； 0218 bijk第K个专家对i及j两个因素的相应重要程度的判断； 0219 min专家评分结果的最小值； 0220 max专家评分结果的最大值； 0221 average专家评分结果的几何平均数。 0222 而 说明书 13/18 页 18 CN 111738616 A 18 0223 4)基于群体模糊判断矩阵bij确立群体模糊权重。

49、向量112， 由几何平均法确立相 应的模糊权重向量， 具体如下为： 0224 对于任意评价指标i(i1， 2， ， m)计算向量： 0225 0226 进一步运算可得 0227 0228式中：分别为三角模糊数乘法运算的关系和加法运算的关系。 0229 0230 式中： AA1， A2， A3， BB1， B2， B3 0231 5)权重决策分析 0232 各指标的模糊权重向量： 0233 0234式中：分别为模糊权重向量三个组成元素中的最小值、 中间值和最 大值113。 0235 采用几何平均法计算各评价指标的相对权重值并归一化处理后即可获取决策权 重， 其归一化权重向量为： 0236 023。

50、7 表4-4 RMR岩体力学分级指标及评分标准 说明书 14/18 页 19 CN 111738616 A 19 0238 0239 0240 表4-4 RMR系统岩体质量分级相关参数 0241 0242 表4-4 BQ法岩体级别对应的力学指标建议值 说明书 15/18 页 20 CN 111738616 A 20 0243 0244 表4-4压水试验等级划分 0245 0246 0247 基于进化FD-AHP的矿体和充填体分级方法 0248 1)层次结构模型 0249 由RMR系统体系为考虑裂隙的影响， 同时也未考虑弹性模量等力学参数的影响， 根 据现场测试的结果， 压水试验可以检验矿岩和充。