高矿化度矿井水磁化配浆及在巷道过断层中的应用

为保障构造复杂区大巷安全快速掘进,超前对断层及其破碎带进行注浆加固。通过室内实验研究了高能磁和高矿化度矿井水对黏土、水泥浆液性能的影响。依据钻孔探测结果采用分类注浆技术,对断层及其破碎带进行了实践加固。结果表明：通过高能磁和高矿化度矿井水对浆液改性,可以提高黏土浆液的抗渗性约1个数量级,缩短水泥浆液初凝时间43min,提高水泥试块抗压强度30.8%-31.1%。对断层破碎区以改性水泥浆液注浆加固为主,对断层相对完整区以改性黏土浆液注浆封堵为主,对断层-巷道交汇区以化学浆液注浆为主的分类注浆技术有效保障了大巷安全快速通过断层。研究成果为构造复杂矿区巷道过断层提供了借鉴。     

新型无机注浆材料加固破碎围岩技术

为分析新型无机注浆材料的性能及其在破碎围岩中的应用效果,采用实验室试验的方法研究了水灰比对浆体的流动度、凝结时间和抗压强度3个指标的影响,并对试验巷道围岩变形量及围岩破碎情况进行观测。结果表明:水灰比越大,流动度就越大,当水灰质量比为0.7∶1.0时,浆体的扩展度为265 mm,满足要求;抗压强度随水灰比增大而减小,水灰质量比大于0.9∶1.0时,抗压强度不能满足要求,因此,水灰比应为(0.7~0.9)∶1.0。注浆后煤体内部的裂隙得到充填和固结,钻孔内浆液固结体呈薄厚不一的片状或条状,空隙得到压实,煤体完整性和稳定性增加。     

微纳米无机注浆材料研发与应用

随着煤矿开采深度的增加,千米深井巷道围岩大变形控制难题急需解决,提出了支护-改性-卸压"三位一体"协同控制技术,其中注浆"改性"环节要求注浆材料具有高渗透性和早强性。以硫铝酸盐水泥熟料、石膏、石灰为主要原料,通过优化配比和超细粉磨方法研发了具有早强、高渗透性的微纳米无机注浆材料,测试了材料粒径、比表面积、抗压强度、泌水率和凝结时间;采用自制的注浆模拟系统测试了微纳米无机注浆材料注浆加固煤体效果;在中煤新集口孜东矿进行了现场应用。材料性能实验结果表明,硫铝酸盐水泥熟料、石膏、石灰三者最优质量比为10∶8∶2,经超细化加工,材料粒径达到6. 7μm,比表面积为1 200 m~2/kg,达到微纳米级别;水灰比为1. 0时,6 h抗压强度达到6. 8 MPa,泌水率低至2. 8%,初凝时间为10 min。煤体注浆加固模拟实验结果表明,注浆前后煤样强度提高24. 4%;现场工程应用结果表明,注浆前后锚杆拉拔力提高了2倍,浆液大量填充煤体裂隙,提高了煤体完整性,扫描电镜观察说明浆液可以通过10μm裂隙,渗透性良好。与传统水泥基注浆材料相比,微纳米无机注浆材料具有更高的渗透性和早期强度;与有机化学注浆材料相比,微纳米无机注浆材料为无机矿物材料,不燃,具有更低的成本和使用安全性。     

煤体注浆材料优选及加固煤体单轴压缩试验

为了在瓦斯抽采钻孔施工过程中对帷幕注浆加固材料进行优选,通过黏度和抗压强度,确定高延性水泥基复合材料的基本水灰比。采用粉煤灰、微硅粉以及聚乙烯醇作为掺合剂,研究了不同掺合剂配比对注浆加固材料性能的影响,包括浆液黏度、凝结时间及固结煤体渗透率和抗压强度。试验结果表明:高延性水泥基复合材料的基本水灰比为0.75∶1;水灰比对注浆材料的黏度和抗压强度影响显著,注浆材料黏度与固结煤体渗透率、抗压强度、弹性模量受掺合剂配比影响明显;与其它体系相比,体系1(粉煤灰、微硅粉以及聚乙烯配比分别为(5%、15%、3%)注浆材料黏度适中,固结煤体渗透率较低,抗压强度最高,其注浆效果最优。     

基于新型注浆材料的巷道底鼓控制技术

山西煤矿回风大巷受地应力以及采动影响导致围岩破坏严重,为了保护巷道的正常使用,研发了一种新型注浆材料对巷道围岩进行注浆加固并对巷道变形进行监测。研究结果表明,工作面采动后,应力集中致回风大巷围岩发生破碎;新型注浆材料为双液,一种硫铝酸盐水泥,另一种为石膏和石灰混合料;浆液抗压强度和凝结时间随水灰比的增大而减少,抗压强度可达15.8 MPa;浆液结石体干缩率和泌水率小,稳定性好;浆液反应释放热量少,温度低,最大为55℃;巷道治理后,两帮移近量和底鼓量分别是59 mm和46 mm,有效控制了巷道变形。     

极不稳定回采巷道支护试验研究

梁家煤矿井下试验向煤体中注浆，打锚杆，把松散破碎的围岩胶结成整体，形成可靠有效的支护结构。     

深井高压地面预注浆水泥基浆材料改性研究

为了满足深井巷道高压地面预注浆技术对加固材料性能的要求,解决普通单液水泥浆易沉淀、扩散性差、初凝时间短等问题,结合工程应用情况,对新型水泥基注浆加固材料性能进行改性研究,以提高其稳定性、延长初凝时间。以水灰比1∶1浆液为研究对象,进行了缓凝剂、稳定剂筛选复配试验,选定了2种复合外加剂,使改性浆液的黏度达到25 s以上,初凝时间最长超过32 h,结石体的微观结构较改性前更为致密,28 d抗压强度与单液水泥浆基本一致,应用于深井巷道地面预注浆加固取得了良好效果。     

动压影响巷道围岩注浆加固技术研究

文章通过对永红煤矿3条主要下山进行数值模拟分析,得到了下山巷道围岩破坏受二次采动影响的破坏特征,下山巷道受到工作面回采影响较大,靠近工作面侧围岩影响最为严重。提出了注浆加固巷道方案,通过对破碎围岩体内部注浆,破碎岩体重新胶结成整体,提高了巷道围岩强度。     

沿空留巷煤柱劣化区注浆改造工艺研究

文章以新元公司31004工作面的实际地质资料为背景,运用试验研究、数值模拟、理论分析等手段对注浆加固试件的力学性能进行了研究,分析了不同注浆时机条件下巷道的变形特征,得出如下结论:42.5级硅酸盐水泥、超细水泥对破碎煤岩体有明显的改性作用,复原试件峰值残余强度较原试件有明显提高;煤柱帮侧裂隙发育深度受超前支承压力影响明显,在采动应力影响区注浆工艺可有效封堵煤柱内裂隙;注浆改造工艺可有效控制煤柱帮劣化区的持续扩展,降低顶底板及两帮移近量,维护巷道稳定。     

煤储层固井胶结强度性能及改善方法研究

为了解决煤岩表面亲水润湿性差导致的煤层段固井质量差的难题,优选了不同类型的表面活性剂和硅烷偶联剂作为煤体表面润湿改性剂,试验研究了对煤体表面的润湿改性对界面胶结强度等改善效果,并测试评价了对水泥浆流变性能、凝结时间、抗压强度等影响规律。研究结果表明:表面活性剂、硅烷偶联剂均可有效改善煤体表面亲水润湿性;但硅烷偶联剂却不会提高煤层界面胶结强度,其原因是硅烷偶联剂水解产生Si-OH基团吸附在水泥颗粒表面形成包裹层,阻止水泥与水进一步接触,对水泥有较强的缓凝副作用,不利于煤层界面胶结;含醚、硫酸根的阴表面活性剂对水泥没有缓凝副作用,与水泥浆相容性好,能够显著提高煤层界面胶结强度达1.71 MPa,其最优浓度为0.3%。