三软煤层巷道掘进防漏顶预注浆液扩散规律研究

针对三软煤层巷道围岩强度低和随掘随冒现象严重的问题,采用掘进工作面预注浆治理顶板冒落,根据达西定律和渗透注浆理论关于既定浆液在煤体中的扩散规律,试验测得赵家寨矿煤体的渗透系数、孔隙率和浆液的流体力学参数。以此参数为基础,通过数值模拟试验揭示了注浆孔周边孔隙压力分布与饱和度变化规律,分析了掘进工作面不同应力状态对浆液扩散的影响,对比了不同注浆压力下孔隙压力和饱和度分布曲线,发现应力状态对浆液最大扩散半径影响较小,提高注浆压力能在一定时间段内提高注浆效率,但并不能显著提高浆液扩散半径。综合理论计算和数值模拟结果,确定注浆量0.06 m~3/min,注浆压力为2.5 MPa,与数值模拟计算结果较接近,因此扩散半径确定为1.4 m,并将该结果运用于赵家寨矿掘进巷道施工现场,通过钻孔取心检查注浆效果,发现浆液扩散与预期结果吻合良好。     

基于泥砂介质的注浆渗流-渗透过程分析与力学机理

为研究泥砂介质中注浆扩散过程及其通道渗流与孔隙渗透的力学机理,基于高压密封注浆实验系统进行注浆实验,得出注浆扩散过程是由浆液在通道渗流和通道周边孔隙渗透组成。运用流体力学推导分析了指形渗流通道内液体渗流过程的压力变化,得出浆液压力损失随浆液黏度、渗流通道长度、注浆量的增大而增大,随着浆液渗流孔径的增长而减小;推导了单相指型通道周边孔隙渗透的扩散半径关系式,提出了改善注浆效果的措施,该措施在中煤平朔井工三矿过风氧化带工程实践取得很好的效果。     

千米深井巷道高压劈裂注浆改性技术研发与实践

高压劈裂注浆改性技术通过注浆改性方法可提高围岩自承能力,是巷道围岩"支护-改性-卸压"协同控制技术的重要一环。针对口孜东矿121302运输巷锚杆支护效果差,常规注浆方法无法注入巷道围岩等难题,开展了千米深井巷道高压劈裂注浆改性技术研究与实践。开发高压劈裂注浆工艺,研制高压劈裂注浆装备,试制的矿用气动注浆泵最大工作压力超过30 MPa,采用微纳米无机有机复合改性材料,经过超细加工,95%的粒径≤9μm,在121302运输巷掘进工作面进行高压注浆改性试验,对注浆压力-流量变化规律、注浆量、浆液扩散半径等参数统计分析,对注浆改性后的效果进行了测试评价。试验结果表明:注浆压力与注浆流量是劈裂注浆的主控因素;掘进工作面超前注浆平均启劈压力在22 MPa左右;滞后掘进工作面6～8 m注浆,适当降低排量,注浆过程进入高压微劈裂-渗透注浆阶段,增强注浆效果。高压劈裂注浆改性工艺解决了高应力低渗透软岩"注不进"的难题,保证锚杆索锚固质量,改善新掘巷道成型。巷道围岩改性效果理想:现场取样SEM扫描电镜细观形貌分析可发现,高压劈裂注浆工艺下,新型微纳米有机无机复合改性材料可注入最小约2μm宽度的裂隙;浆液水化固结体密实并与煤界面结合致密;纳米压痕试验证明煤浆界面区弹性模量高于煤,致裂重新黏合后的煤体力学性能强于之前。     

巷道围岩全断面锚注浆液渗透扩散规律研究

考虑巷道开挖扰动和注浆压力衰减对浆液渗透扩散规律的影响,基于拟连续介质假设,利用渗流力学理论推得围岩扰动应力和注浆压力耦合作用下的浆液非稳态渗透扩散基本方程;并运用多场耦合软件COMSOL建立了锚注浆液在围岩中渗透扩散的数值计算模型,系统研究了注浆时间、注浆压力以及注浆锚杆间距等锚注参数对浆液渗透扩散的影响。其结果表明:延长注浆时间可以减缓浆液压头在渗透扩散过程中的衰减而增大浆液在围岩中的扩散半径;注浆锚杆间距与浆液扩散半径之比小于等于1.41时,浆液将在巷道全断面围岩内形成完整注浆加固圈。最后将以上研究成果用于淮北袁店一矿新掘巷道的锚注加固设计中,经现场监测证明其有效地控制了巷道围岩的变形与破坏。     

弱胶结砂砾层水平注浆细观模拟研究

为从细观角度分析弱胶结砂砾层水平渗透注浆过程，利用颗粒流软件建立水平注浆数值计算模型，基于正交试验和单因素试验，研究浆液黏度、注浆压力、注浆时间3个因素对浆液扩散半径和试样孔隙率的影响规律。使用回归分析方法拟合公式，得到扩散半径与3个因素之间的关系。模拟结果表明：浆液扩散半径与注浆时间、注浆压力呈正相关关系，与浆液黏度呈负相关关系，对扩散半径影响最为显著的因素是浆液黏度，其次是注浆压力和注浆时间；浆液扩散速度随时间递减，在注浆压力1.0 MPa工况下，注浆时间0.15 h浆液扩散速度为3.44 m/h,至3 h减小到0.32 m/h;试样孔隙率随注浆时间、注浆压力的增大而增大，随浆液黏度的增大而减小；花管同时注浆与单孔顺序注浆相比，在相同时间下浆液扩散范围更大，浆液扩散为一个整体。通过对比工程实例，发现利用颗粒流数值模拟结果能够较准确反映出砂砾层渗透注浆的一般扩散规律。     

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。     

基于颗粒流方法的煤层注浆细观力学特性模拟研究北大核心

注浆法是松软煤巷加固的常用方法之一,通过颗粒流模拟方法,对煤层的注浆过程进行了细观模拟研究,探究了不同煤体强度及注浆压力下的注浆效果,获取了浆液在煤层中的扩散形态。结果表明:煤层注浆经历“渗透-快速劈裂-缓慢劈裂-稳定”阶段,注浆过程中裂隙的扩展主要由裂隙尖端拉应力引起,在浆液压力作用下,裂隙尖端形成拉应力集中,达到启劈压力时浆液劈裂煤层;注浆压力及煤体强度对注浆效果均具有较大影响,注浆压力的增长对浆液扩散半径影响程度逐渐减小;煤体抗压强度越小,注浆扩散半径越大,裂隙发育越充分。     

矸石固体充填散体材料注浆扩散试验研究

为得到整体性好、抗压强度高的胶结充填体,对紓配矸石散体材料进行注浆扩散研究.基于幂律流体流变方程和渗流运动方程建立了柱形扩散理论公式,并应用COMSOL Multiphysics模拟软件对浆液扩散进行了数值模拟,得到浆液扩散半径与材料孔隙率、水灰比和注浆压力成正相关.通过设计正交试验对紓配矸石散体材料进行注浆扩散试验研...     

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。     

覆岩隔离注浆充填浆液无压阶段扩散规律实验研究

浆液流动规律对覆岩隔离注浆充填参数设计及技术效果具有重要影响。浆液流动受注浆压力控制,而实际的注浆压力由零压、增压等多阶段组成。研究表明,无压阶段内注采比最大可达10%,研究浆液在该阶段内的扩散规律有助于优化注浆初期的浆液参数与钻孔布置。本研究采用理论分析与实验研究方法进行覆岩隔离注浆充填浆液在无压注浆阶段的扩散规律研究,利用量纲分析方法建立浆液扩散距离的无量纲公式,设计可视化的注浆充填浆液扩散模拟系统,开展浆液扩散规律的实验研究,并对无量纲方程进行求解。实验系统由透明有机玻璃板构成的可视化模拟裂隙、恒速率注浆泵、搅拌机及监测等部分组成。利用该实验系统研究注浆流量、终孔距裂隙高度、浆液运动黏度等因素对粉煤灰浆液扩散距离与浆体形态的影响。实验结果表明:浆体扩散经历径向扩散和双向扩散两个阶段,并以双向扩散为主。其中,径向阶段呈以注浆孔为中心的圆形扩散,双向阶段呈两边对称的面状扩散。基于实验结果,求解浆液无压阶段的扩散距离公式,并对有效性进行验证。得出两个阶段浆体形态的简化描述模型,并推导不同扩散时间不同位置的浆体厚度计算公式,阐明无压注浆阶段的浆液扩散规律。基于研究结果对覆岩隔离注浆充填在...