煤岩体强度对注浆压裂裂隙形成规律影响分析

为了更深入了解不同强度的煤岩体注浆压裂的裂隙产生规律,通过RFPAflow软件建立二维应力应变模型,模拟了在不同强度的煤岩体下注浆过程中裂隙萌生、扩展直至模型失稳的全过程。结果表明,低强度煤岩体注浆时,注浆孔周围的应力集中,仅在其周围产生破裂而不能向外部扩散,浆液扩散困难;高强度煤岩体注浆时,浆液能量积蓄更为容易,裂隙扩散范围更大,浆液扩散范围也随之增加。研究结果揭示了不同强度的煤岩体注浆压裂裂隙产生规律,为现场实际工作进行理论指导。     

煤岩体裂隙网络注浆的计算机模拟

为了使浆液在煤岩体裂隙网络中的流动更加直观,首先引入应力强度因子探讨了压剪和拉剪2种状态下,裂隙尖端的断裂准则、裂隙扩展方向和扩展长度,并分析了浆液在单一裂隙内部的流动扩散规律。在此基础上,利用FORTRAN语言编制了浆液在非贯通裂隙网络内部的流动扩散程序。以某煤矿注浆工程为例,采用该程序模拟了不同注浆压力下浆液在裂隙网络中的扩散范围。模拟结果显示：浆液的扩散极具不均衡性,注浆压力越大,裂隙尖端越容易劈裂,裂隙扩展越长,一定注浆压力下,次生裂隙与其他裂隙沟通后浆液继续流动。当注浆压力为4.0 MPa时,由多孔介质理论计算,本程序模拟与现场探测结果对比分析可知,模拟结果与现场注浆实际符合良好。     

深部破碎软岩巷道失稳破坏机理及支护技术研究

针对深部软岩巷道的失稳破坏问题,基于井下煤岩体地质力学测试,分析了导致深部软岩巷道变形破坏的主要因素,认为地应力属于中等偏高应力,煤岩体强度较低、裂隙结构发育等是引起围岩大变形的主要地质因素。基于分析结果,提出了注浆加固+高预应力锚索的联合支护方案,并在玉溪矿进行了现场应用。应用效果表明,支护方案有效控制了巷道的变形,使巷道整体保持了良好的稳定性,成功解决了深部软岩巷道失稳破坏问题。     

注浆充填作用下共面双裂隙砂岩变形破坏特征研究

以共面双裂隙砂岩为例,采用不同的水泥浆液进行注浆充填处理,并进行室内单轴压缩试验,来研究不同注浆充填材料作用下砂岩的强度及变形破坏特征。试验结果表明:与完整砂岩相比,共面裂隙砂岩强度具有明显的退化,退化幅度在18.68%~36.99%之间;随着充填材料强度的增大,砂岩峰值强度和平均模量均表现为逐渐增大的特征。充填材料对砂岩的破裂形态具有很大的影响,充填材料强度较低时,砂岩的破裂过程主要表现为预制裂隙尖端的裂纹扩展;而充填材料强度较大时,充填作用有效抑制了预制裂隙的扩展,破裂面多表现为穿越裂隙布置。研究成果在一定程度上可以为裂隙岩体地下工程支护设计和防灾减灾提供必要的理论依据。     

浅埋深保护层开采下伏煤岩体裂隙分布规律

通过分析不同深度地应力的分布规律,得出了我国浅埋深地层中平均水平地应力远大于垂直地应力的应力赋存状态,且水平地应力方向为最大主应力方向。以此为基础,分析了浅埋深保护层开采下伏煤岩体裂隙分布规律,即以离层裂隙为主,同时伴随少量的穿层裂隙。最后通过现场实验验证了结论的正确性,同时认为对于浅埋深煤与瓦斯突出煤层群,为确保消除被保护层工作面或条带区域的突出危险性,应对该区域进行瓦斯抽放。     

动水注浆沉积压力特征与注浆效果试验研究

注浆是解决矿井水害的一种有效方法。为了更好地研究动水注浆过程中浆液沉积压力特征与堵水效果,基于自主设计的流体力学综合试验平台,开展了煤岩体裂隙动水注浆试验研究,分析了不同水灰比和注浆压力条件下浆液在煤岩体裂隙中的沉积压力特征,提出一种裂隙动水注浆效果的评价方法。研究结果表明:浆液的沉积压力曲线可分为3类,当曲线呈平塬型分布时,注浆堵水效果最佳;呈山尖型分布时,堵水效果次之;呈台阶型分布时,堵水效果较差。     

浆液在煤岩体裂隙中渗透规律的数值模拟

为了改善本煤层瓦斯抽采钻孔的封孔效果,解决本煤层瓦斯抽采钻孔封孔段易失稳的现实难题,通过数值模拟的手段,分析对比了单裂隙注浆和无裂隙注浆这2种方法中浆液的渗透范围,得出在钻孔单裂隙注浆中浆液的渗透以从裂隙面渗透为主,浆液能够很好的充填煤体中的裂隙。在此基础上,认为采用煤岩体注浆技术可以把某些可凝浆液注入到煤岩体的裂隙或孔隙中,使煤岩体形成强度高、抗渗性好、稳定性高的新结构体,从而改善煤岩体的物理力学性能,提高煤岩体稳定性,为本煤层瓦斯抽采钻孔的高效密封奠定基础。     

裂隙岩体注浆理论研究进展及展望

开挖卸荷作用下,岩体内部节理、裂隙易发生扩展贯通,极易发生失稳破坏,从而影响工程岩体稳定性。工程实践证明,注浆是修复裂隙岩体、提高围岩稳定性重要的手段。在收集整理国内外研究资料的基础上,对裂隙岩体注浆领域的研究现状进行了全面的归纳和总结,得到了以下关键结论:数十年来,裂隙岩体浆液扩散运移规律取得了较大进展,离散裂隙网络介质理论已成为研究的主流方向,浆液在裂隙内流动的本质是多相流作用下的应力-渗流耦合动态响应与反馈的过程;注浆通过浆液与破碎岩体形成的固结体,显著改善裂隙岩体的物理力学特性,增加整体强度,达到胶结加固的目的;采用离散单元法对裂隙岩体注浆进行数值模拟,能够更好地反映浆液在裂隙中流动扩散的本质。同时,目前关于裂隙岩体注浆问题的研究尚未成熟,现有理论落后于工程实践,其成果大多对实际注浆工程的指导价值有限。因此,结合已有的裂隙岩体注浆理论,运用合理的数值模拟方法,采用适当的模拟试验对岩体注浆关键问题进行深入研究,进而指导现场注浆工艺。对裂隙岩体注浆的发展趋势进行预测,认为以下3个方向是今后研究的重点:(1)建立应力-渗流耦合控制方程,并实现这一动态过程的模拟仿真;(2)建立裂隙岩体...     

破裂岩体承压注浆加固力学特性试验研究

在完整岩样单轴压缩试验的基础上,采用自制注浆系统对破裂岩样进行了承压注浆加固和固结体的力学特性试验,并利用 KH-3000视频仪对注浆加固前后岩样的微观结构进行了观测和分析。研究结果表明：破裂岩样存在大量的贯穿裂隙,岩样破坏以张拉破坏为主;承压注浆后,破裂岩样的张拉和倾斜破裂面得到了不同程度的充填和固结,其强度与破裂岩样残余强度相比有较大的提高,但强度恢复系数不高;承压注浆能够促进破裂岩样的变形由脆性向延性转化,并使其侧向变形和轴向变形趋于协调;围压水平对浆液注浆量、岩样径向应变、注浆固结体强度及强度恢复系数有着很大影响,随着围压的增大,加固效果显著增强。     

采动应力影响下巷道围岩变形破坏机理及注浆加固技术

以晋城矿区成庄矿5308工作面双巷布置留巷为工程背景,基于现场实测数据,分析了留巷巷道变形破坏特征和影响因素。采用FLAC3D数值模拟软件,分别研究了留巷巷道在掘进、临近工作面回采、本工作面回采过程中的围岩应力场分布特征和变形破坏规律。在此基础上,提出了以浅孔-深孔注浆加固和注浆锚索联合加固方案,并进行了工业性试验。研究结果表明:留巷巷道受到临近工作面和本工作面双重采动应力的影响后,矿压显现剧烈,巷道维护困难。采用注浆加固支护后,水泥浆液充填了煤岩体节理、裂隙,同时也使破碎煤岩体成为了胶结体,改善了破碎煤岩体的力学特性;注浆锚索使围岩的承载能力显著增强,有效控制了围岩的不连续变形。     

考虑区域地应力特征的裂隙煤岩流固耦合特性实验

通过位移反演方法对区域地应力特征进行理论分析,建立研究煤岩内部裂隙时空演化规律的力学实验系统,设计了区域地应力作用下裂隙煤岩流固耦合计算模型,初步揭示裂隙煤岩流固耦合特性。通过地应力的现场监测,验证了位移反演方法的准确性,垂直地应力与最小水平主应力数值稳定,受开采扰动影响,最大水平主应力出现局部性突增。借助数字化X射线摄影系统,给出了不同载荷下内部裂隙场DR扫描图像,发现随外载增大煤岩内主裂隙持续扩展,且裂隙场形态分别为共轭型与X型。矢量化处理裂隙场信息并导入耦合计算模型,分析不同工况下耦合模型的渗流参数变化情况,初步得出裂隙煤岩流固耦合特性:外载增大将导致煤岩内部微裂隙进一步相互贯通扩展并出现宏观破裂,这是裂隙煤岩孔隙率与渗透率持续性增加的本质原因,且流速最大区域迁移过程可表征裂隙煤岩次生裂隙分布特点,主裂隙内水体流速最大且随注水压力的增大,水体流速不断增加,较大的流速一般发生在具有较大水力梯度的细小裂隙位置处。同时,出口流速特征表现为出口流速分量的最大值均位于煤岩两侧并随着外载的增大而增加。     

深部岩体力学与开采理论研究进展

随着地球浅部矿物资源逐渐枯竭,深部矿产资源开采已然趋于常态。然而,由于深部岩体典型的"三高"赋存环境的本真属性及资源开采"强扰动"和"强时效"的附加属性,导致深部高能级、大体量的工程灾害频发,机理不清,难以预测和有效控制,传统岩石力学和开采理论在深部适用性方面存在争议。国家"十三五"重点研发计划"深部岩体力学与开采理论"针对上述难题进行了系统研究,本文详细总结了项目研究进展,包括:①初步形成了原位保真取芯、保真移位、保真测试的技术体系并开展不同深度原位恢复物理力学试验;②系统探索了扰动条件下不同赋存深度岩体原位长期力学行为,构建了不同赋存应力环境的岩石动态本构模型;③提出了适用于复杂地质条件下深部非线性岩体平均应力与变形模量的关系式,开发了批数据处理网络算法反演深部地应力场,系统研究了岩石破坏过程中的能量积聚、能量耗散特性;④提出了"强扰动"和"强时效"特征的判定依据,探索了深部开采强扰动应力路径下煤体损伤规律及非连续支承压力理论,研究了深部开采强扰动煤体损伤破裂、能量演化及渗透特性;⑤建立了岩体介质复杂孔隙结构的三维可视化模型,实现了裂纹动态扩展过程中应力场的可视化,研发了可视化物理模型的三维应力场的冻结实验装置;⑥开展了深部硬岩矩形隧洞围岩板裂破坏的试验模拟,提出了深部近采场区域应力平稳释放理论与方法,研发并应用了深部硬岩高应力诱导与爆破耦合的破岩方法与技术;⑦概括了深部硬岩强卸荷下3种灾害模式的破裂孕育分异演化机制,提出了基于物质点原理描述岩体连续-非连续计算分析新方法,创新了硐室稳定的裂化-抑制支护方法;⑧分析了深部煤炭安全绿色开采的主要影响因素,初步构建了"高保低损"型深部煤炭安全绿色开采新模式;⑨建立了深部地下开采空间模型及生产计划动态优化模型,提出了深部掘进工作面卸荷技术、深部高应力矿柱一体化卸压控制对策以及深部卸压帷幕应力隔断技术。基于以上内容,初步构建了深部岩体力学与开采理论研究体系,以期为未来中国深部矿产资源开发提供理论基础与技术支撑。     

平行钻孔-套筒致裂法测试地应力试验研究及工程应用

针对套筒致裂法测试深井地应力存在的技术瓶颈,改进了套筒致裂法测地应力的套筒膨胀管装置;综合单孔套筒致裂法和控制致裂法的特点,提出了可操作性更强的平行钻孔-套筒致裂法地应力测试技术,通过试验对原有的单孔套筒致裂法和控制致裂法地应力计算公式进行了合理修正。由试验结果可得,单孔套筒致裂的修正系数为0.78,控制致裂的修正系数为0.83。现场地应力测试结果表明:朱集东煤矿-965 m轨道大巷最大主应力为23.16 MPa,东西水平方向;中间主应力为21.04 MPa,铅垂方向;最小主应力为13.01 MPa,南北水平方向。     

神东矿区不同赋存深度沉积岩抗拉强度与断裂韧度研究

为研究神东矿区不同赋存深度沉积岩抗拉及断裂性能,利用声发射监测系统对神东矿区不同赋存深度沉积岩样品巴西劈裂加载过程中的声发射参数进行监测,探讨了岩样抗拉强度、I型断裂韧度及两者比值k随赋存深度的变化规律;分析了劈裂破坏过程中损伤演化、破坏特征及前兆信息。结果表明:抗拉强度和断裂韧度随赋存深度增加而增大,且二者均与赋存深度呈幂函数关系,埋深-300 m以浅岩样的抗拉强度和断裂韧度分别在0. 5 MPa和0. 15 MPa·m1/2以下,而-300 m以深岩样则分别在1. 0 MPa和0. 15 MPa·m1/2以上;岩样抗拉强度与断裂韧度的比值k也随赋存深度的增加而增大,且与赋存深度呈对数函数关系,即埋深-300 m以浅岩样k值为2～3,-400 m左右k值为3～6,-500 m以下k值相对离散。同时,神东矿区不同赋存深度岩样破坏为张-剪混合型,张拉破坏贯穿整个破坏过程,但剪切破坏发生时间不同,即-300 m以浅岩样剪切破坏发生在峰后阶段,而-300 m以深岩样剪切破坏发生在峰前阶段;不同赋存深度岩样在峰值强度前均会出现破坏前兆点,-300 m以浅岩样(除中粗砂岩外)基本在应力峰值的70%～90%,而-300 m以深多在应力峰值的92%以上;可以看出沉积岩失稳预警时间随赋存深度增加而减少,且随深度增加其失稳破坏更加迅速且剧烈。     

煤矿深部巷道群穿灰岩推覆体水害超前治理技术

煤矿深部巷道高水压和高地应力下掘进，水害和破碎围岩是面临的主要水文和工程地质问题，以淮北邹庄煤矿87采区系统大巷群穿推覆体高压灰岩含水层和F25断层为研究对象，提出利用地面定向多分支孔顺巷探查和分段高压注浆技术，对巷道群穿含水层和断层破碎带进行超前区域治理。查明了太原组灰岩和断层破碎带的空间位置和形态。通过分段高压注浆在巷道周边形成了隔水圈带，含水层有效改造范围大于30m，改造后验证钻孔出水率降低约50%，单孔最大涌水量小于2m3/h。高压劈裂注浆固结了断层破碎岩体，巷道在断层带掘进未发生片帮、掉顶，采用锚喷支护即顺利穿过。地面定向多分支孔注浆技术是解决深埋巷道掘进面临的破碎围岩和水害问题的有效手段，实现了由井下治理到地面治理，边掘边治到掘前治理，逐段治理到区域治理的治灾理念转变，可广泛应用在巷道穿深大断裂或高承压含水层的超前治理。     

巷道注浆钻孔设计关键参数确定方法探讨

针对煤矿注浆钻孔设计存在随意性强、注浆效果差的问题,以赵庄煤业33072巷注浆加固为工程背景,采用钻孔窥视方法确定了深层和浅层钻孔的深度,采用不同注浆压力下浆液扩散半径试验确定了钻孔间排距和最小注浆压力,浅层和深层钻孔深度分别确定为3 m和10 m;浅层钻孔排距2 m,间距1.1 m,最低注浆压力6 MPa,深层钻孔排距4 m,间距1.5 m,最低注浆压力8 MPa.注浆后钻孔窥视结果说明,浆液扩散效果良好,未发现未被填充的裂隙。     

大采高孤岛工作面顶板裂隙破碎带超前深孔复合预注浆控制技术研究

摘要: 为了解决寺家庄矿15106大采高孤岛工作面顶板裂隙破碎带煤壁片帮及架前顶板冒矸的问题,在分析原因的基础上,提出采用在回风顺槽超前深孔后退式分段复合预注浆进行加固。通过数值模拟软件UDEC计算了顺槽超前预注浆的注浆参数,得出水泥浆水灰比0.7：1、注浆压力为 15MPa时 以及马丽散注浆压力为10MPa时注浆效果最好。15106工作面推进通过顶板裂隙带时支架压力由5MPa提高到25MPa左右,受力稳定;顶板裂隙带破碎煤岩体胶结较好,不再出现冒矸、滚矸现象,降低了工作面加固的损耗时间,保证了工作面的安全高效推进。     

采场破碎煤体注浆加固渗流规律研究

为了解决日益增多的煤矿中煤壁片帮事故，用化学树脂浆进行注浆煤体加固．在采场煤体破碎机理研究基础上以支承压力峰值点为分界点将采场注浆区分为塑性区和弹性区两个渗透物理模型来对煤体注浆加固渗流规律进行研究．把塑性区破碎煤体作为各向同性介质来建立注浆物理模型，基于塑性区渗透物理模型、质量守恒和达西定律建立了塑性区注浆渗流数学模型，通过插值方法对模型进行了解算，得到了塑性区浆液渗流规律，并在现场进行了破碎煤壁注浆加固试验和注浆渗流规律解算，结果表明通过化学树脂浆进行塑性区煤体注浆加固是可行的．     

红透山铜矿深部斜坡道围岩发生层裂破坏数值分析

本文围绕红透山矿红透山矿深部-707m水平13#采场斜坡道围岩层裂破坏,通过现场工程地质调查、岩石力学实验、围岩应力分析,对13#采场斜坡道的围岩质量进行分析及岩体力学参数估算;在此基础上,应用FLAC3D分析回采对斜坡道围岩层裂破坏影响,开采矿体围岩在切向应力作用下,岩体微裂纹沿切向应力方向扩展、贯通,形成平行于开挖边界的宏观裂缝;数值分析采动过程斜坡道围岩层裂发生力学机制及其围岩应力场变化规律,数值模拟结果表明,深部斜坡道围岩高应力、采动应力以及爆破震动共同作用造成岩体产生层裂破坏。     

裂隙岩体注浆扩散范围及注浆量数值模拟

为预测浆液在裂隙中的扩散范围,建立二维正交裂隙网络宾汉浆液渗流模型,采用中心型有限体积法进行数值模拟。分别研究不同参数下,浆液在裂隙中的扩散范围,给出多因素影响下的注浆扩散半径公式和注浆量公式。研究表明,注浆压力、浆液黏度、浆液剪切强度、裂隙开度和裂隙粗糙度对浆液扩散半径起到主导作用;注浆压力、钻孔长度和裂隙开度对注浆量起到主导作用。通过该公式可定量预测任意参量下浆液扩散范围和注浆量。