基于流固耦合的单一裂隙浆液扩散规律研究

为研究浆液在裂隙中的扩散规律,基于幂律流体的本构方程,推导出了幂律流体的浆液扩散方程。考虑围岩应力场和浆液流体场的双向耦合,运用数值模拟软件,建立考虑流固耦合作用的单一裂隙注浆模型,分析了注浆压力、浆液密度、裂隙开度等因素对浆液扩散和裂隙变形的影响。研究结果表明,注浆因素对浆液扩散半径的影响程度由高到低依次为:裂隙开度、注浆压力、浆液密度;注浆因素对裂隙最大变形量的影响程度由高到低依次为:注浆压力、裂隙开度、浆液密度。     

巷道注浆支护浆液渗透扩散规律研究

为了研究某煤矿注浆的渗透扩散规律,对岩体裂隙特征进行了分析,然后对岩体裂隙渗透注浆进行了假设,并根据煤矿的现场具体工程概况,建立了单裂隙模拟渗透注浆扩散系统,研究了不同水灰比浆液扩散距离与时间关系。研究得出,浆液黏度与浆液扩散距离呈反比;随着裂隙张开度的增大,浆液扩散半径也越来越小,此时浆液扩散半径与裂隙张开度表现为正比关系;浆液扩散距离与注浆压力呈正比。研究为煤矿巷道的注浆支护提供了一定的理论基础。     

基于浆-岩耦合效应的单裂隙注浆扩散规律研究

为研究幂律流体浆液在裂隙内的扩散规律,对岩体裂隙一些基本假设进行简化,建立水平单裂隙注浆理论模型;基于本构方程和运动方程,推导出幂律流体浆液扩散方程;运用数值模拟软件,基于“浆-岩耦合效应”建立水平单裂隙注浆模型;基于单一变量原则建立不同工况,研究了各注浆参数对浆液扩散和裂隙变形的影响,并将数值模拟结果与数学计算结果进行对比,两者浆液压力损失随扩散距离的变化趋势基本一致。研究表明：幂律流体浆液压力损失与流变系数和浆液流速成正比,与裂隙开度成反比;裂隙变形量与裂隙开度和浆液流速均成正比。     

基于注浆支护的巷道围岩浆液扩散规律研究

注浆工程的隐蔽性导致浆液在岩体裂隙内扩散渗透规律研究无法表面、直观,注浆机理研究存在一定不足。通过Comsol Multiphysics数值模拟软件建立模型来模拟在静水条件下改变水灰比、裂隙张开度、注浆压力等参数浆液扩散规律的变化,并模拟浆液扩散不同位置渗透压力的变化,发现浆液呈圆形扩散以及不同参数条件下渗透压力和扩散距离的变化规律。研究得出:浆液有效扩散距离随裂隙张开度基本呈线性递增,张开度对浆液扩散距离改变明显,浆液渗透扩散对裂隙张开度较敏感;渗透压力随浆液扩散有效距离增加而降低。研究为巷道围岩注浆加固提供一定的理论依据。     

可控浆液压力和浓度注浆器研究

分析了地下工程围岩裂隙分布规律，即靠近巷道轮廓处的裂隙开度和裂隙密度最大，随着与巷道轮廓距离增大，其开度和密度逐渐减小。据此研制了一种可变注浆孔内压力的新型注浆器。该注浆器的工作原理为，水泥浆液沿注浆孔底部向孔口部流动时，其经过注浆器外管上的滤水条缝越多，浆液失水亦越多，其浓度也越高，而其压力则越低，从而满足了向孔底部小开度裂隙以较高压力注稀浆，向孔口部大开度裂隙以较低压力注浓浆的需要。该注浆器可以使孔口压力降低为孔底的1／7—1／8，从而使注浆孔周围浆液扩散半径在孔口部与孔底部基本均衡。通过模拟试验确定了注浆器的主要参数，验证了该注浆器改变注浆孔内浆液压力的有效性.     

裂隙岩体水平孔注浆浆液扩散规律研究

华北型煤田深部开采过程中受底板水害威胁愈发严重,水平孔注浆技术是治理此类水害的主要手段,其中浆液扩散规律的研究对注浆工程设计与施工具有重要意义。现有研究主要针对垂直孔注浆水平裂隙中浆液的扩散问题,当工程中采用水平孔注浆时浆液的扩散规律异于垂直孔。为此开展裂隙岩体水平孔注浆浆液扩散规律研究,将裂隙岩体中的孔裂隙系统等效为开度相同的裂隙,构建了等效裂隙岩体模型。选取等效单裂隙建立了水平孔注浆浆液扩散力学模型,推导了任意倾角的等效单裂隙在考虑浆液自重时浆液扩散区内的压力时空分布方程,进而得到注浆压力与注浆时间及扩散距离的理论关系式。结果表明：采用COMSOL建立水平孔注浆垂直裂隙三维数值计算模型,分别对考虑重力和未考虑重力的2种工况进行计算分析,未考虑重力时浆液的扩散形态呈轴对称圆形扩散,考虑重力时浆液优先沿着重力方向进行扩散。在重力的影响下,浆液扩散过程中地下水对浆液分散与搬运作用更为强烈。重力对水平孔注浆浆液扩散形态、扩散距离及注浆终压影响较大,水平孔注浆工程中不能忽视重力对浆液扩散规律的影响。通过对比理论分析与数值计算结果,两者得到的注浆压力与注浆时间、注浆终压与扩散距离的变化趋势基本...     

破碎煤岩化学注浆加固工程地质模型试验研究

利用现场工程地质条件和注浆数据,建立了室内裂隙网络注浆模型,采用改性脲醛树脂等注浆材料,进行了注浆模拟试验研究,研究了化学浆液在裂隙网络中的扩散范围和扩散路径,得出了静压注浆工程中浆液与岩体主要耦合作用为充填粘结作用和渗透作用.利用试验结论对已有注浆量的估算公式进行了修正,得出了针对破碎煤岩体的注浆量估算公式.研究结果对采用化学注浆方法加固综放工作面及破碎煤体、防治冒顶事故的发生提供了科学依据.     

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。     

裂隙注浆浆液浓度分布试验研究与机制探讨

水泥基注浆材料是煤矿防渗与加固工程中最为常用的注浆材料,其配置而成的水泥单液浆属于悬浊液。对于煤矿裂隙注浆而言,悬浊液自身特性影响着注浆扩散过程,并导致扩散后浆液浓度沿扩散路径上的分布存在一定差异,影响注浆治理效果。为研究裂隙注浆中浆液沿扩散路径上的浓度分布规律,基于自主研发的裂隙注浆模拟试验平台开展了注浆扩散模拟试验,以浆液完全析水沉降后的固相体积占总体积的比例作为浆液在裂隙内浓度的表征,获得了不同裂隙开度与水灰比条件下浆液沿扩散路径上的浓度分布特征。基于非牛顿流体力学理论,探讨了浆液沿扩散路径上的浓度分布形成机制。研究结果表明:各水灰比浆液在裂隙扩散运移后的浆液浓度随着浆液扩散距离的增加而降低,并呈现出流动稀化趋势,靠近注浆孔位置浆液浓度高,浆液扩散运移锋面处浆液浓度最低;相同裂隙开度条件下,低水灰比浆液沿扩散路径上的浓度大于高水灰比浆液沿扩散路径上的浓度;裂隙开度越大,浆液在裂隙扩散后的浆液浓度越高;浆液在裂隙流动扩散中显现的沉降渗滤特性导致了浆液在裂隙扩散后的浓度分布差异。结合上述研究结果,对于裂隙注浆工程而言,可先注入水灰比较高的浆液以保证浆液扩散距离达到设计值,然后,注入水...     

煤岩裂隙高位注浆浆液扩散规律

大规模高强度回采和深部开采常导致顶部裂隙煤岩体失稳、漏风及其次生灾害。钻孔注浆是封堵裂隙和加固煤岩体的主要手段之一。由于煤岩裂隙高位注浆研究相对滞后,井下高位注浆施工设计缺少足够的依据。为探究煤岩裂隙高位注浆浆液扩散规律,以任意倾斜有限边界的光滑平板裂隙和宾汉流体为研究对象,建立裂隙高位注浆扩散数学模型并进行数值模拟求解,分析不同裂隙倾角和注浆速率下浆液在裂隙流动过程中的扩散锋面、流量分配及压力场变化规律;在此基础上,建立浆液高位流动数学模型,并推导恒定注浆速率工况下的解析解。研究结果表明：根据扩散锋面的演变规律,浆液流动过程可分为自由扩散阶段、过渡阶段和受限堆积阶段3个阶段。裂隙倾角对高位扩散距离的影响程度随着流动阶段的演化逐渐减小,注浆流速对高位扩散距离的影响程度随着流动阶段的演化逐渐增大。过大的裂隙倾角加大了高位流量的损耗并加快了流动阶段的转变,而过大的注浆速率减缓了高位流量的损耗并加快了流动阶段的转变。注浆速率和裂隙倾角的增大均会导致注浆压力增加,且在浆液进入受限堆积阶段后注浆压力发生突变。以高位流动扩散形态的等效圆半径临界状态为界,高位流动可划分为扩散阶段与堆积阶段,不同阶段...     

Study on the characteristics of grout permeation based on cylindrical diffusion

Permeation grouting is widely applied for its low grouting pressure and minor disturbance to the stratum in grouting engineering, especially in engineering with strict requirements on ground settlement. However, permeation grouting theory lags behind compared with other engineering disciplines, and the theoretical formulas now available cannot accurately be used to guide grouting engineering design and predict the cost and effects of grouting due to many factors affecting grout permeation in stratum. In this study, permeation grouting experiment devices were independently manufactured with the characteristics of easily controlling grouting pressure, simulating sandy strata grout, and detecting grouting effect. Using a uniform design, the sand consolidation agent, as grouting material, its spread in Shenyang sandy strata was tested with these experiment devices. The quantitative relations between grouting factors (grouting pressure, strata parameters, water-sand consolidation agent ratio) and grouting effects (grout spread radius, gell strength, grout amount) are obtained with regression analysis, and the influence degree of grouting factors on grouting effects is studied.     

饱水岩溶裂隙岩体注浆改造关键参数的确定方法

分析研究了岩溶裂隙类岩体中空隙的结构特征,重点分析了饱水岩体中注浆浆液扩散特征的主要影响因素及其浆液在不同结构空隙中扩散运动的阻力条件,计算分析了不同参数对注浆浆液运动扩散的控制与影响特征,得出了影响浆液扩散的主要因素。以平面裂缝间环形浆液流动条件为例,推导得出了浆液在裂缝中流通量的计算公式。最后得出了有效注浆压力确定的计算方法。     

松散体灌浆加固试验研究

由于软岩巷道围岩松散、强度低、胶结程度差,已严重影响矿山的正常生产。针对此问题,采用自制的试验装置对松散体试件进行了室内灌浆试验研究,对比了不同浆液配比的灌浆效果。试验结果表明灌浆后松散体试件的强度及力学参数都有了显著的提高,而浆液的配比不仅对浆液渗透范围有影响,而且对灌浆结石体的力学特性也影响显著。最后,通过正交直观分析法计算得到了影响灌浆量和浆液扩散半径的主次因素依次为浆液水灰比、灌浆压力、介质析水率,并给出了灌浆量及渗透半径与各影响因素的数学回归模型。     

考虑时变性的黏土水泥浆扩散规律理论分析

黏土水泥浆作为应用广泛的矿山注浆材料,需要对其在裂隙中的扩散理论做系统性的研究,优化长期以来依靠经验公式指导设计与实践的状态.基于流体基本方程,结合考虑时变性的广义宾汉姆流体本构方程,推导出钻孔注浆条件下,黏土水泥浆在裂隙中辐向扩散方程;对比了单次注浆时间较长条件下,浆液流变参数考虑时变性和不考虑时变性对注浆压力的影响...     

煤体裂隙非均质分布对注浆渗透扩散规律的影响分析

注浆改性加固技术是改进裂隙煤岩稳定性的一种有效方式,探究并查明裂隙煤体浆液渗透扩散规律对于优化设计注浆参数具有重要意义。传统注浆渗透扩散模型未考虑煤体中裂隙非均质分布的影响,导致前期模拟计算结果与现场实际取得数据有较大误差。基于山西经坊煤业3-边角091运输大巷巷道迎采送掘工程,提出了基于数字照相与数字图像处理技术的煤体裂隙率识别方法,建立了基于Weibull分布的裂隙非均质性表征模型,利用多物理场耦合软件COMSOL建立了裂隙非均质分布的浆液渗透扩散数值计算模型,研究了平均裂隙率、裂隙分布均质性指数等参数对浆液扩散距离、浆液压力分布的影响规律,结果表明：平均裂隙率越高、裂隙分布均质性指数越大时,浆液压力越大,浆液渗透扩散速率越快,但当裂隙分布均质性指数达到一定程度后,模型中裂隙率分布趋近均匀,对浆液渗透扩散距离影响较小。与传统均质性模型相比,非均质模型的预测浆液渗透扩散距离减小了16.9%,与实际工程中不均匀渗透扩散规律相符,对于指导裂隙煤体注浆设计具有一定的参考意义。     

超细水泥材料注浆试验研究

为获得超细水泥材料注浆在破碎蚀变矿岩中的施工参数和扩散特性,论文在研究超细水泥粒径分布、水灰比和可注性等特性的基础上,以某矿破碎蚀变薄矿脉为试验场地,进行了注浆参数设计和现场注浆试验,分析注浆试验数据,获得了一系列相关的结论。分析结果表明：在试验段进行DMFC-1200超细水泥注浆的合适浆液水灰比为1.2:1.0;合理的注浆压力范围为2~6 MPa;浆液扩散半径范围为0.5~1.5 m,扩散区域主要集中在轻、中蚀变岩中。     

立井工作面预注浆止浆垫的设计与施工技术

立井含水层注浆时,为了能够承受最大注浆压力并防止浆液向工作面漏跑浆现象,必须合理有效地构筑混凝土止浆垫.在现场实践的基础上,研究了多立井多个工作面预注浆止浆垫的设计与施工技术,提出了止浆垫设计的新型受力模型和止浆垫厚度的具体计算公式,完善了立井止浆垫的理论设计参数,研究了大水量情况下滤水层止浆垫的结构与施工技术.现场应用表明,提出的理论计算公式和创新性结构模型对立井预注浆止浆垫的设计与施工,特别是深立井、高水压、大断面条件下的预注浆施工是科学合理的,其理论计算、结构模型、施工方法具有借鉴和推广价值.     

帷幕注浆参数的检测与自动控制

利用计算机技术对注浆过程中工艺参数进行自动检测与控制,对注浆结束后的大量数据进行处理,是提高注浆技术水平的重要手段。铜录山帷幕注浆工程中应用计算机技术,实现了注浆工艺参数的自动检测与控制,以及各数据处理的自动化与形象化。采用的控制系统是以单片机8031为核心,辅以各种接口电路所构成。整个系统抗干扰能力强,在现场干扰很强的条件下仍能正常工作。     

松散介质注浆模拟试验研究

通过在地表对松散介质进行模拟注浆试验,本文考察了不同浆液配比和注浆时间对注浆扩散半径的影响。研究表明,浆液扩散半径与注浆介质结构、注浆时间和水灰比等因素相关。该试验为探明地下注浆工艺流程提供了基础,同时也为地下矿柱群破碎区域的注浆加固设计提供了依据。