矸石基含水层注浆改造新型材料实验与应用

高承压灰岩含水层上煤炭开采,经常需要对强含水层进行注浆改造,因含水层发育规模巨大,注浆材料用量动辄数万吨。在充分利用地下工程址区厂矿企业固体废弃物煤矸石基础上,研发了一种适用于含水层改造的新型无机注浆材料。通过组分筛选试验、力学性质测定试验、获取了材料的抗折强度、抗压强度、渗透系数等宏观力学性能;采用SEM微观分析手段,分析了注浆结石体的微观结构性能。综合力学性能、经济因素、环境效益,对比了新型材料与常规注浆材料的适用性。结合现场试验,验证了新型注浆材料的效果。研究结果表明:在水泥含量为35%时,新型注浆材料的早期强度与后期强度均高于水泥含量为40%时水泥-黏土浆液的同期强度。材料的最佳配合比为水泥30%,黏土10%,煤矸石60%。该材料体系结石体28 d抗压强度3.4 MPa,28 d抗折强度1.7 MPa,渗透系数1.794×10-7m/s,能够满足含水层改造需求,对类似工程具有借鉴作用。     

深部岩体断层滞后突水多场信息监测预警研究

断层滞后突水由于其特有的隐蔽性及滞后性特征,突水灾害防治难度较大。针对王楼煤矿断层滞后突水防治工程,开展深部岩体多场信息监测预警研究。深入分析地下水来源及导水通道,在此基础上划分采动过程中断层滞后突水不同阶段,结合隔水关键层理论及物探结果,确定监测预警时间域与空间域,划分温度场、渗压场监测阈值,建立监测预警判识准则;串联传感器组合成监测单元,采用返浆工艺对钻孔分段封堵,实现传感器精确高效安装,通过煤矿安全光纤监测系统实现井上在线监测预警。监测预警结果表明,断层隔水煤柱有效控制断层内裂隙扩展,减弱了断层破碎带导水特性,依据深部岩体监测预警判识准则,工作面开采过程中预警等级为I级,可实现安全开采。研究成果对类似工程具有一定的借鉴意义。     

条带充填置换开采围岩变形及承压水导升规律

条带充填置换开采有效的缓解了我国东部煤炭资源日益减少的困境。为了量化分析条带充填置换开采对工作面围岩变形及承压水导水的控制作用,本文结合现场监测与理论分析开展对比试验。结果表明:条带充填置换开采工作面上覆岩层开采扰动最大高度15 m,较不充填开采减少2.3~13.5 m,有效控制上覆岩层运动;条带充填置换开采工作面底板破坏深度为10 m,较不充填开采减少0.65 m,充填对底板破坏控制作用不明显,充填置换开采过程中应加强底板承压水突水前兆信息监测及防治措施。将充填体压缩量划分为顶板沉降量与底板底鼓量,直接顶与直接底以挠曲变形为主,条带充填体有效地控制围岩变形破坏;依据"下三带"理论与突水系数法,保护层带突水系数小于0.06 MPa/m,底板徐灰承压水得到有效控制,保证煤矿安全开采。     

富水破碎岩体注浆加固模拟试验及应用研究

设计了一套适用于富水破碎岩体的注浆加固模拟试验装置。选用PO42.5水泥、SAC42.5水泥和自主研发材料对富水破碎灰岩体进行了注浆加固试验。在分析加固结石体的单轴压缩试验结果的基础上,研究了注浆压力、注浆材料和破碎岩体间泥质充填物对注浆加固效果的影响和作用规律。采用极差分析法确定了影响注浆加固效果的主控因素及各因素间相互作用关系。验证了自主研发材料用于富水破碎岩体注浆加固治理的效果显著优于传统水泥材料。将上述试验结论成功用于指导工程实践,取得了良好的注浆治理效果。