注漿加固是礦山、隧道等裂隙巖體工程支護(hù)的常用技術(shù)。傳統(tǒng)普通水泥漿體主要依靠黏結(jié)作用提供加固能力，而且在硬化過程中易產(chǎn)生收縮，界面脫空現(xiàn)象時有發(fā)生，難以滿足復(fù)雜巖體工程的支護(hù)要求。為解決以上難題，武漢科技大學(xué)姚囝團(tuán)隊提出了“先擠后黏”的膨脹型漿體注漿加固理念，即在漿體將巖體黏結(jié)成整體之前，通過膨脹型漿體的體積膨脹作用對結(jié)構(gòu)面兩側(cè)巖體產(chǎn)生擠壓，從而達(dá)到對巖體形成擠壓—黏結(jié)雙重作用效果。

姚囝團(tuán)隊系統(tǒng)開展了漿體材料研發(fā)力學(xué)機(jī)制分析工程應(yīng)用研究，相較于普通漿體，膨脹型漿體通過適當(dāng)膨脹擠壓可充分調(diào)動被支護(hù)巖體的承載性能，具有更好的注漿支護(hù)效果。該技術(shù)可為采礦、交通、土木等行業(yè)的復(fù)雜巖體工程注漿加固提供全新的技術(shù)路徑和更優(yōu)的工程解決方案。

1 基本原理

膨脹型漿體是在普通漿體的基礎(chǔ)上加入少許膨脹劑，澆筑后1～3 d內(nèi)可產(chǎn)生明顯膨脹，在水化早期發(fā)生體積膨脹并產(chǎn)生適當(dāng)?shù)呐蛎洃?yīng)力，實(shí)現(xiàn)“先擠后黏”技術(shù)效果。以急傾斜層狀巖體巷道頂板為例，膨脹型漿體可對裂隙面間巖體產(chǎn)生主動擠壓作用，在使注漿空間更密實(shí)的同時，顯著提升了巖體裂隙界面抗剪切滑移能力。其基本原理主要體現(xiàn)為：

急傾斜層狀巖體巷道頂板膨脹型漿體注漿加固作用機(jī)理

1）修復(fù)層理弱面：漿體注入后黏結(jié)巖層間的松散巖體與碎塊，使其聚合為整體，并通過擠壓與黏結(jié)雙重作用修復(fù)層理弱面。

（2）擠壓層間巖體：漿體膨脹改變裂隙應(yīng)力狀態(tài)，對兩側(cè)巖體形成徑向擠壓，從而提高巖體及裂隙面強(qiáng)度。

（3）改善頂板應(yīng)力：漿體在黏結(jié)修復(fù)弱面的同時，通過膨脹擠壓與圍巖約束共同作用，增強(qiáng)頂板約束應(yīng)力，改善其整體受力狀態(tài)。

2 關(guān)鍵技術(shù)

（1）膨脹型漿體多目標(biāo)性能協(xié)調(diào)控制技術(shù)

針對不同注漿加固工程對膨脹型漿體體積膨脹率、膨脹應(yīng)力、強(qiáng)度、凝結(jié)時間等多目標(biāo)需求，如何形成不同的膨脹型漿體配比方案，并厘清不同目標(biāo)的相互影響規(guī)律，是膨脹型漿體能否在不同注漿加固工程實(shí)現(xiàn)“先擠后黏”加固效果的關(guān)鍵。

專著《膨脹型漿體注漿加固力學(xué)作用機(jī)理》

（2）復(fù)雜巖體工程膨脹型漿體協(xié)同支護(hù)技術(shù)

針對不同復(fù)雜巖體工程的聯(lián)合支護(hù)方案，如何在聯(lián)合支護(hù)體系中充分利用膨脹應(yīng)力的擠壓作用，使其形成更優(yōu)的加固效果，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)膨脹型漿體協(xié)同支護(hù)技術(shù)優(yōu)化，是膨脹型漿體能否適應(yīng)復(fù)雜巖體工程聯(lián)合支護(hù)的關(guān)鍵。

破碎巖體巷道膨脹型漿體注漿錨桿支護(hù)技術(shù)

3 推廣應(yīng)用方向

相比于普通水泥漿體注漿，膨脹型漿體可在幾乎不改變其施工流程和少許增加漿體成本的條件下，取得更好的支護(hù)效果，并能在此基礎(chǔ)上優(yōu)化支護(hù)參數(shù)，具有良好的工程應(yīng)用價值，可推廣范圍廣闊。目前團(tuán)隊正在武鋼資源集團(tuán)、五礦礦業(yè)控股有限公司、云南黃金礦業(yè)集團(tuán)等多家礦山開展以下應(yīng)用：① 破碎巖體巷道注漿錨桿支護(hù)；② 破碎巖體采場注漿錨索支護(hù)；③ 地下采空區(qū)注漿充填接頂工程。

現(xiàn)場應(yīng)用試驗表明，對比普通漿體，膨脹型漿體注漿錨桿極限拉拔力由73.0 kN增加至116.7 kN，提高近60%；膨脹型漿體注漿錨索極限拉拔力由220.4 kN增加至256.1 kN，提高16%以上；充填接頂用膨脹型漿體體積膨脹率>10%，單軸抗壓強(qiáng)度>5 MPa。

膨脹型漿體注漿錨桿（索）現(xiàn)場試驗與數(shù)值計算

由于以上技術(shù)的良好應(yīng)用效果，團(tuán)隊研究的“破碎巖體巷道/采場膨脹型漿體注漿錨桿聯(lián)合支護(hù)技術(shù)”成功入選自然資源部《礦產(chǎn)資源節(jié)約與綜合利用先進(jìn)適用技術(shù)目錄（2025年版）》（第124項），以該技術(shù)為核心的成果“破碎礦床巖體失穩(wěn)主動防控及高效開采關(guān)鍵技術(shù)”榮獲2025年度湖北省科技進(jìn)步獎二等獎1項

團(tuán)隊負(fù)責(zé)人簡介

姚 囝

武漢科技大學(xué)

副教授、博士研究生導(dǎo)師

武漢科技大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院副教授、博士研究生導(dǎo)師，北京科技大學(xué)國內(nèi)訪問學(xué)者（合作導(dǎo)師：吳愛祥院士）。國家礦山安全監(jiān)察局、湖北省應(yīng)急管理廳、湖北省自然資源廳非煤礦山專家，擁有3年礦山一線生產(chǎn)工作經(jīng)驗，主要從事地下開采理論與工藝、礦山壓力與巖層控制等領(lǐng)域的科研與教學(xué)工作。主持國家重大科技專項子課題、國家自然科學(xué)基金等縱向項目4項，企業(yè)委托項目20余項，參與省部級及企業(yè)委托等科研項目30余項；出版專著1部，參編教材1部；近5年以第一/通訊作者在RMRE、TUST等期刊發(fā)表SCI/EI論文40余篇；獲授權(quán)發(fā)明專利10項，軟件著作權(quán)4項。近年來，以第一完成人獲2025年度湖北省科技進(jìn)步獎二等獎等省部級科技獎勵2項。兼任《International Journal of Mining Science and Technology》《金屬礦山》《礦業(yè)研究與開發(fā)》《中國礦山工程》《工業(yè)安全與環(huán)?！返瓤嗄昃幬?。

團(tuán)隊長期從事巖體加固材料、地下采礦工藝、地下工程支護(hù)與穩(wěn)定性控制等創(chuàng)新性研究工作，期待與同行學(xué)者交流合作，誠邀優(yōu)秀學(xué)子報考團(tuán)隊碩士/博士研究生

《金屬礦山》簡介

《金屬礦山》由中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究總院股份有限公司和中國金屬學(xué)會主辦，主編為中國工程院王運(yùn)敏院士，現(xiàn)為北大中文核心期刊、中國科技論文統(tǒng)計源期刊（中國科技核心期刊）、中國精品科技期刊（F5000頂尖學(xué)術(shù)論文來源期刊）、中國百強(qiáng)報刊、RCCSE中國核心學(xué)術(shù)期刊（A）、中國期刊方陣雙百期刊、國家百種重點(diǎn)期刊、華東地區(qū)優(yōu)秀期刊，被美國化學(xué)文摘（CA）、美國劍橋科學(xué)文摘（CSA）、波蘭哥白尼索引（IC）、日本科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)庫（JST）等世界著名數(shù)據(jù)庫收錄。主要刊登金屬礦山采礦、礦物加工、機(jī)電與自動化、安全環(huán)保、礦山測量、地質(zhì)勘探等領(lǐng)域具有重大學(xué)術(shù)價值或工程推廣價值的研究成果，優(yōu)先報道受到國家重大科研項目資助的高水平研究成果。

編排：余思晨

審核：王小兵

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