水流速度对单裂隙化学注浆浆液扩散影响的试验研究

在不同水流流速条件下，对单一裂隙动水化学注浆浆液扩散规律和注浆堵水效果进行了一系列试验。结果表明，水流流速越大，浆液沿逆水流方向和垂直水流方向的扩散距离、固结体面积和堵水率越小，堵水效果越差；水流流速对逆水流方向扩散距离的影响程度大于对垂直水流方向扩散距离的影响程度。采用理论模型计算了水流流速对浆液沿水流方向和逆水流方向扩散的影响，表明水流速度对逆水流扩散距离影响大，逆水流扩散距离随流速增大降低明显。在动水条件下，为了获得好的注浆效果，注浆孔布置应考虑水流流速的影响，在水流速率大时要减小注浆孔的间距。     

井壁防渗堵漏注浆模拟试验

为了解决矿井井壁渗漏出水影响安全生产的难题,通过室内模型试验平台进行注浆模拟,考察了影响注浆效果的注浆压力、固结体体积和堵漏时间等影响因素.试验证明注浆压力随着单位时间注浆量的增加而增加;在一定注浆量条件下,浆液凝胶时间在400～600 s时可以得到最大浆砂固结体;渗透性低的土层所需的注浆量也较大;脲醛树脂浆液可以近距离处理直径为15 mm的动水漏点,浆液的凝胶时间应为160～400 s,动水压力越大、堵漏时间越大,堵漏越困难.     

矿山动水空洞条件下湖泥-水泥固化浆液抗冲散性模型试验

矿山动水空洞注浆一直是矿山帷幕注浆中的一大难点。针对城门山铜矿三期帷幕注浆中的动水空洞,研制了一种湖泥-水泥固化浆液,采用室内模拟注浆试验研究浆液的扩散规律和抗水冲散性能。通过试验获取了不同动水流速和浆液坍落度条件下的浆液留存率,明确了浆液留存率与流速和坍落度之间的关系。研究结果表明:浆液的抗水冲散性能与浆液的坍落度和动水流速皆成负相关,在动水流速不大于1.5 m/s的情况下,浆液的抗水冲散性能较好。     

断层物质级配特征对渗流状态和非Darcy渗流参数影响研究

预防断层突水引发的矿井灾害至关重要。该文针对这一问题利用一维非Darcy渗流试验系统和数值仿真软件COMSOL研究断层物质级配特征对非Darcy渗流参数的影响规律,分析了产生非Darcy流的临界条件,揭示了断层突水机制,为预防突水灾害提供了理论基础。研究结果表明:断层物质的级配特征对非Darcy渗流参数会产生重要影响,试样中颗粒尺寸越大或粗颗粒占比越大,介质渗透率和非Darcy影响因子越大;当混合试样中粗颗粒占比达到75%以上时,在一定渗流速度下会产生质量流失,这是引发突水的重要原因;在颗粒粒径大于0. 5mm的单一试样或粒径大于0. 5mm的颗粒占到20%以上的混合试样中,当渗流速度大于0. 03m/s时会产生非Darcy流。考虑断层物质颗粒的级配关系对研究矿山突水问题具有非常重要的现实意义。     

曲江矿主井筒长兴灰岩段工作面预注浆堵水

丰城曲江矿主井井筒设计净径 5m ,井深 887.5m ,井筒穿过上二迭系长兴灰岩段 - 2 80 .8m至 -46 8.7m为裂隙及岩溶发育带 ,富含水 ,据地质资料予测施工时井筒涌水量达 5 0m3/h ,为确保安全 ,快速施工 ,采用工作面预注浆堵水。1　探水注浆方案　　由于长兴灰岩段埋藏深 ,厚度达 188m ,岩性单一 ,为保证工程进度及注浆质量 ,采用分段探水注浆 ,每段探注 4 0m ,掘浇砼 35m ,留 5m作为下次注浆的止浆岩帽。钻机选用 2台QJZ - 10 0B潜孔凿岩机 ,钻头选用Φ12 7和Φ90两种无芯钻头 ,注浆泵选用 2台TQZ - 6 0 / 12 0型注浆泵。浆液为水泥、水玻璃…     

倾斜裂隙动水注浆扩散规律及堵水关键域研究

在煤矿开采过程中,受复杂水文地质条件的影响,工程建设经常会遭遇突涌水、塌方等地质灾害,严重制约了地下工程的安全建设和发展。注浆技术作为地下突涌水灾害治理的有效手段,在煤矿水害防治领域得到了广泛应用。为研究动水条件下倾斜裂隙注浆扩散规律及封堵机理,通过自主研发的动水注浆试验系统,进行了倾斜裂隙动水注浆试验;采用有限元法求解Navier-Stokes方程和浆水相界面控制方程,获得了注浆过程中不同时刻的浆液扩散形态和扩散面积,分析了倾斜裂隙空间内的流速场和压力场分布规律,并与试验结果进行了对比验证;基于模型试验与数值模拟结果,揭示了堵水关键域浆液运移规律,建立了倾斜裂隙动水注浆堵水关键域扩散模型。结果表明：当注浆压力恒定不变时,随着裂隙倾角和动水流量的增大,浆液沿顺水方向扩散距离均随之迅速增大至出流边界,沿逆水方向和垂直于动水流向的扩散距离明显减小,导致浆液扩散面积不断减小,使得浆液扩散形态由圆形变为椭圆形,最终到达出流边界时呈U形;在注浆扩散过程中,随着裂隙倾角的增加,浆液不断驱替过水断面逐步形成了高流速过水通道,使得裂隙横断面流速分布呈现出岭陡谷宽的形状;同时,在倾斜裂隙不同高差位置压力...     

高温环境下料浆大流量输送管流特性研究

为分析大流量管道输送过程中温度上升对料浆管流特征的影响,得出高温环境下料浆最佳输送管径及初始流速等参数,建立了充填料浆输送L管模型,基于流变试验获取料浆塑性黏度和屈服应力,利用COMSOL数值模拟软件分析了高温环境下不同温度、管径以及初始速度对应的管流速度场特性。结果表明：随着温度升高,充填料浆屈服应力以及塑性黏度随之降低;在弯管与水平管相接处,流态不稳定,料浆速度层出现较大变化,由塞流推进转化为速度自上而下递增的流动模式,易造成堵管、爆管;温度提高会导致中心最大流核区面积减小,温度为40、50、60 ℃时,最大流核区径向长度分别为0.09、0.07、0.05 m,减小率为22.2%,最大流速随之增加,当温度为40 ℃时,径向最大流速为2.978 m/s,温度增加至60 ℃,最大流速增大至3.135 m/s;随着管径增大,塞流最大流速区面积增加,管径为200 mm、240 mm时,最大流速区径向长度分别为0.1 m、0.12 m,最大流速随之减小,管径自200 mm增大至240 mm,最大流速由2.977 m/s变为2.876 m/s;随着进口速度增加,料浆中心最大流速区域增大,对塞流区域面积大小影响较小。基于上述试验成果,为减少输送阻力损失,提高矿山效益,建议矿山输送料浆参数选取温度40~50 ℃,管径200 mm,初始流速2.5 m/s。上述分析可为矿山充填设计及进一步研究管道输送流态问题提供一定的理论依据。     

地面防治水注浆系统结构优化及应用

在地面防治水超前注浆治理高承压水害注浆过程中,注浆泵三通堵塞维修时间间隔由6~9 d减小到3~4 d,严重时1~2 d出现堵塞问题,严重影响注浆连续性和质量。针对该问题,利用流体力学软件SolidWorks Flow Simulation对现有注浆泵吸浆口三通内部流场分布进行数值模拟仿真,分析其腔体内部流场状态。由于内部流体干涉致使部分颗粒动能损耗较大,固体颗粒流速小于不淤临界流速形成沉积型堵塞。根据堵塞原因进行结构改进优化,改善三通内部流体流场分布,提高腔体内部固体颗粒流速。改进后的吸浆口三通内部流体流场分布均匀,未出现干涉问题,且最低流速为0.58 m/s,是现有结构最低流速(0.072 m/s)的8倍,有效提高内部颗粒流速大于不淤临界流速,从机理上解决沉积问题。在注浆排量大于200 L/min时,未发生堵塞问题,有效解决了现场施工难题。     

五沟煤矿采动断层稳定性控制技术研究

针对断层活化引起的突水问题,采用FLAC3D数值模拟软件,以五沟煤矿为背景,研究了在断层不同落差、水压及煤柱留设宽度下断层的活化规律。研究结果表明,断层落差及水压越大,断层活化越显著;煤柱留设宽度越大,断层活化越弱。选择粘土水泥浆材料对F2断层进行注浆加固,结合注浆加固现场实测数据分析,得出结论:五沟煤矿1033工作面留设防突煤柱宽度为36 m时,既对F2断层活化影响小,又符合安全和经济要求。     

谦比希铜矿膏体充填环管实验研究

膏体充填的管道输送阻力一般需通过环管实验获得。通过现场环管实验,研究了膏体浓度和水泥掺量对磨阻损失的影响。随着膏体体积浓度及流量的增加,摩阻损失均呈递增变化。随水泥掺量的增加,摩阻损失呈现先降低再增大的变化趋势,当掺量为8%时,摩阻最小,掺量为11%时,摩阻较大。在谦比希铜矿膏体充填环管实验数据测试基础上,分析了不同状态下管径150 mm管道中的流态,结果表明,谦比希膏体料浆在管内呈均质流动,流速不超过5.24 m/s时,膏体在管内呈层流流态。     

深井高承压水工作面底板注浆效果及突水危险性分析

工作面底板注浆加固是防治突水事故的关键技术之一，目前注浆效果评价多采用钻探、物探等方法，往往缺少定量注浆效果评价指标及注浆后底板突水危险性分析。为此，以赵固二矿14030工作面为背景，分析工作面底板含（隔）水层特征展布规律，提出注浆效果评价指标及阈值；基于FLAC3D流固耦合理论分析注浆后采动底板突水危险性。结果表明：注浆后物探低阻异常区范围明显减小/消失，工作面整体注浆效果良好；工作面注浆后钻孔涌水量的评价指标阈值为9.8 m3/h，工作面正常带和断层带钻孔注浆量与注浆前钻孔涌水量之比的评价指标阈值分别为1.81和6.31。流固耦合数值模拟显示注浆后采动底板破坏深度19 m，断层带承压水导升高度7 m大于正常底板5 m；断层影响下底板突水往往通过断层进入底板破坏带所致。     

沿空留巷巷旁高水充填数值模拟分析

为分析研究沿空留巷巷旁高水充填体不同宽度对巷道围岩稳定性影响,以云驾岭煤矿12305工作面为研究背景,采用FLAC3D数值模拟软件,对充填体宽度分别为2、3及4 m时,巷道围岩应力应变演化规律进行研究分析。结果表明,充填体宽度越大,侧向支撑压力相对越小,煤帮相对变形越大,充填体承载及变形越大;充填体宽度为3 m时,巷旁充填体与顶板适应性较好,留巷围岩稳定性较好,并得到现场工程实践验证。     

坍塌地层钻孔护壁与过溶洞钻孔隔离技术

0 引言 2008年3月皖北煤电集团石膏矿I22回风巷迎头发生特大溃水.水害治理方案是沿I22巷道中轴面施工1#、2#、3#、5#地面注浆孔建造人工堵水塞并封闭溃破口.经过地面注浆,10000 m3/h以上的溃水和2000 m3/h动流量终被制服,堵水率为100%,静水压恢复至4.1MPa.本文介绍4个注浆孔(平均透巷深度412 m)在钻探过程中严重塌孔和溶洞致使钻探轨迹偏离的处理技术.     

铜基合金水套综合热导率仿真分析

为考察合金管对铜基合金水套热导率的影响,建立了铜基合金水套综合传热数学模型,考察了合金管热导率对合金水套综合热导率、冷却水流速以及合金管热导率对合金水套本体与冷却水之间传热系数的影响.结果表明,设定冷却水流速为1.5 m/s时,随着合金管热导率增大,合金水套本体与冷却水之间的传热系数不断增大,合金管热导率从2 W/(m...     

高浓度(膏体)充填流变特性及自流输送参数的合理确定

根据高浓度(膏体)料浆输送试验数据,归纳了高浓度充填流变模型及其特性参数,通过分析计算,建议矿山采用高浓度自流充填方式料浆浓度低于临界流态浓度3～5个百分点、充填管径Φ100～Φ150 mm、流速1～1.5m/s.     

高浓度(膏体)充填流变特性及自流输送参数的合理确定

高浓度充填是近十几年充填研究的主要发展方向。本文根据高浓度(膏体)料浆输送试验数据,归纳了高浓度充填流变模型及其特性参数,通过分析计算,建议矿山采用高浓度自流充填方式:料浆浓度低于临界流态浓度3～5个百分点,充填管径4～6英寸,流速1 0～1 5m/s。     

断层影响下煤层开采突水风险流固耦合数值模拟研究

断层引起的底板采动突水是煤矿防治水中的重要问题，研究因采动引起断层活化，以及对底板渗透性变化全程进行演化是解决此类问题的关键。在前人成果的基础上总结了采动过程中围岩渗透性变化规律及渗透系数-体积应变耦合方程，将其嵌入FLAC^3D流固耦合模型中。并以济宁二矿103_下03工作面八里铺断层为背景，模拟不同煤柱尺寸情况下底板断层突水演化规律。结果表明：八里铺断层对于103_下03工作面安全开采具有重要影响。防水煤柱尺寸为90 m时，奥灰水会沿导水通道进入采空区，引发突水事故；当其为100 m时，采动过程是安全的，且有效隔水层厚度约5 m。最终确定济宁二矿103_下03工作面八里铺断层防水煤柱留设宽度取100 m。     

新型射流气泡发生器的设计与数值模拟

为了提高微细粒矿物的矿化效果，设计了一种含有振荡腔的新型气泡发生器，并将引入气液两相流可以在较低音速下流速实现超音速流动的理念。通过理论计算得出：在工作压强为0.1 MPa,气液体积比为1∶1的条件下，气液两相流混合体达到超音速流动的临界流速为20 m/s。运用Fluent软件对新型气泡发生器进行气液两相流数值模拟，得到了其内部流体的速度和体积分布规律。模拟结果显示，液相最高速度为20.7 m/s,气相最高速度为24.2 m/s,但是只有在气含率达到50%左右时，才能在扩散管末端产生激波振荡现象。这说明气液两相流超音速流动不仅和速度有关，也和两者之间的比例有关。超音速流动的过程中会伴有激波的产生，可以形成能量较高的湍流，使气相和液相充分混合，提高矿化效果。     

突水淹没矿井动水巷道截流阻水墙建造技术研究

在突水巷道中通过灌注骨料实现截流堵水的过程涉及多个力学演化阶段,实践中为了快速复矿需更重视堵水效果,阻水墙建造的关键技术问题研究很少受到关注。结合以往工程案例的堵水过程数据,分析了从骨料灌注到注浆截流的水力学模型,提出了阻水墙建造的关键技术参数设定方法,研究了阻水墙内部应力分布状态及破坏机理。研究表明:(1)阻水墙建造可分为4个阶段的水力学模型,即突水稳定阶段的管道流模型、骨料灌注阶段的管道流-低速渗流模型、骨料接顶阶段的高速渗流-低速渗流模型、注浆截流阶段的低速渗流模型;(2)动水中骨料堆积形态是水平和垂向两个维度共同生长的结果,堆积过程与流场存在动态平衡关系;(3)考虑压差、巷道阻力、堆积段阻力、浆液初凝时间4个要素,提出了堆积段长度估算模型,建立了不同灌注阶段巷顶流速的预测方法和骨料粒径选择方法;(4)注浆后阻水墙的最大剪应力发生在距来水方向较近的位置,相较堆积段全部长度,受力影响范围仅为其很小一部分;水压力越大,剪力和轴力越大,但分布状态、影响范围及峰值位置均不变;围岩与墙体弹性模量比越大,阻水体剪应力分布越集中,峰值剪应力越靠近来水方向;当剪应力最大位置首先达到抗剪强度后,剪应力将向下游产生塑性变形直至形成新的平衡状态,否则失稳破坏。     

乳化器内部流场的数值模拟与分析

对乳化液自动配比装置的关键元件--乳化器流场--进行了仿真研究,在Fluent软件平台上,选择欧拉多相流模型和Renormalization Group(RNG)k-ε湍流模型模拟乳化器内部流体在不同流速下的流动状态,同时对模拟结果进行了分析.验证了在水的流动速度为0.5 m/s时,乳化效果较好.