高瓦斯综放工作面陷落柱影响区精准超前深孔注浆加固研究

常村煤矿为解决陷落柱a Xn9对S3-13工作面回采的影响,首先采用地质力学测试对S3-13工作面区域进行了地应力分析,确定采用精准超前深孔注浆工艺对陷落柱进行预加固处理,针对水泥浆液的特点,开发了水泥添加剂(水泥改性液),水灰比为0. 7,添加剂用量15%,浆液结石体的粘结性能最好。精准预注浆采用水泥改性浆液和化学浆液复合注浆方式,注浆压力不小于25MPa,注浆完毕后,工作面回采过程中进行了现场检测,结果表明:通过胶带巷精准超前深孔预注浆,陷落柱影响区恢复完整,保证了工作面正常生产。     

深部奥灰水特性及其浓缩后在奥灰水害防治中的应用

减少矿井水排放、降低底板注浆费用,以深部奥灰涌出水改性底板注浆材料为研究对象,测试了矿井水的常规离子、悬浮物、微量元素,研究了矿井水加热浓缩后的水质变化特征,对比测试了浓缩矿井水改性黏土浆液和水泥净浆的水理和物理力学性能,并基于改性黄土的膨胀界限抗渗强度设计实施了工作面注浆工程。研究结果表明:矿井深部奥灰水有高矿化度、富含悬浮物、其他特殊物质不超标、高永久硬度等特征,其浓缩后有利于改性浆液的钙离子、硫酸根离子、氯离子等富集,不利于浆液改性的碳酸氢根离子浓度降低,用于改性黏土浆液使得双电层结构絮凝,提高了土样抗压强度,降低了渗透性,用于改性水泥净浆,水泥初凝时间缩短,1,3,28 d强度分别提高1.7~3.3,5.3~7.7,8.3~17.1 MPa。改性后黄土膨胀界限抗渗强度提高了19.5%,应用工作面在减少16%的注浆量下安全回采了煤炭资源。     

深部带压开采黏土基底板注浆材料改性研究

煤炭深部带压开采常规注浆防水材料难以满足工程需求,为此开展底板注浆防治水材料改性研究。以澄合二矿为研究背景,分析了深部带压开采的特征及配套浆液改性方向。对黏土基注浆材料采用高能磁场、高矿化度矿井水改性,通过室内对比实验研究了改性黏土基注浆材料关键指标变化规律。并通过工程检验其可行性。研究结果表明:深部带压开采需要扩散性更好、抗压强度更高、价格低廉、环境友好的注浆材料;高能磁场联合高矿化度矿井水改性的黏土基浆液抗压强度最大提高32.56%,黏度最大降低13.73%;工程应用降低工作面涌水量约50%,费用降低约20%,每年减少矿井水排放约4万m3。研究成果为深部带压开采提供了新的材料。     

氧化石墨烯改性黏土水泥浆性能试验研究

黏土水泥浆作为应用广泛的矿山注浆材料,注浆加固初期抗渗滤能力差、结石体强度低且易发生脆性破坏,影响注浆加固效果。以氧化石墨烯(hGO)为改性剂,掺入普通黏土水泥浆,制备了新型黏土水泥浆。通过室内试验,在对比分析h GO掺入量对黏土水泥浆的黏度、稳定性、塑性强度及结石体力学性能等主要性能参数影响的基础上,结合扫描电镜(SEM),从微观形貌角度对h GO的作用机理进行分析,提出了h GO改性黏土水泥浆结石体的生长模型。研究结果表明:hGO改性黏土水泥浆液固结后,结石体内部形成了以h GO片层为核心的黏土—水泥团聚物空间骨架,黏土颗粒填充其中,形成浆液体系架构,这是h GO改性黏土水泥浆性能优于传统黏土水泥浆的主要原因;随着h GO掺量的增加,黏土水泥浆液的黏度最大提高163%,浆液流动性下降;hGO改性黏土水泥浆的稳定性和塑性强度明显增强,同一养护时间塑性强度最大提高7.11倍;浆液结石体的单轴抗压强度和抗剪强度均提高,最大增幅分别为23.94%和25.27%,对浆液耐久性的优化作用明显。     

新型井下注浆材料工程性能及模拟试验研究

配制出水泥-脲醛树脂双液注浆材料,通过试验进行了水泥基复合浆液的性能对比研究,并对其工程性能指标进行了测试.为了解水泥基复合浆液在不同孔隙介质中的可注性,论文采用粗粒组砂土、细粒组砂土和无烟煤粉进行了脲醛树脂化学浆液、水泥浆液和水泥基复合浆液的模拟注浆对比试验,并分析三种注浆材料与被注介质相互作用机理.     

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。     

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.     

立井井筒预注浆(三)

第三讲 注浆材料与设备 一、注浆材料 1.单液水泥浆 以水泥为主,加入少量附加剂,用水配制成浆液,采用单液注浆工艺流程注入地层中。该浆液具有货源广、价格低、结石强度高、抗渗性能好等优点,使用较广泛。注浆常用的水泥多为400号或500号(新型号为     

聚合物水泥浆液-煤体界面过渡区力学性能研究

提出了超前深孔注浆加固技术;利用VAE乳液对水泥基材料进行改性,通过轴拉试验及立方体抗压试验,研究了不同掺量VAE乳液对水泥基材料与煤体界面黏结强度及水泥基材料固结煤体的抗压强度的影响;结合微观电镜扫描,分析了VAE改性水泥基材料结石体与煤体界面过渡区的微观结构特征。研究结果表明:复合浆液水灰比随聚灰比的增大呈现出先降低后增长的趋势,VAE乳液提高了浆液与煤体界面黏结强度及浆液固结煤体试块的抗压强度;掺入VAE乳液,使水泥浆液的孔隙率降低,提高了强效应层结构的密实性;VAE乳液会扩散至普通水泥浆内部形成聚合物薄膜"纽带"结构,改善水泥基材料与煤体界面的组成结构,从而提高了水泥基材料与煤体黏结强度。     

岩溶裂隙发育地层帷幕注浆材料性能及适用性研究

针对某矿区岩溶裂隙发育地层突水灾害帷幕注浆治理工程,开展适用于岩溶裂隙发育地层帷幕注浆材料的性能及适用性研究。通过室内试验对硅酸盐水泥单液浆、水泥-粉煤灰浆液、水泥-粉煤灰-黏土浆液基本性能以及最佳配比进行研究,并根据该矿区地层性质及帷幕注浆扩散方式要求,从材料性能、技术可行性、注浆过程控制、治理效果及经济环保性等方面系统研究了注浆材料适用性,对注浆实际工程材料选择提供参考及指导。研究结果表明:浆液水固比是影响浆液结石体强度、黏度、结石率、凝结时间等基本性能指标的主控因素,粉煤灰及黏土掺量配比也会影响复合材料基本性能参数。根据提出的注浆材料适用性评价方法以及不同配比不同类型材料性能参数,确定了不同区段注浆材料及配比等注浆参数,对该矿区突涌水进行了有效封堵。     

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。     

高强度低黏度注浆材料配比试验研究

为满足微裂隙岩体注浆加固要求,需研究一种强度高、黏度低的高性能注浆材料。选用超细水泥、硅粉、超细粉煤灰、聚羧酸系减水剂为原料,结合单因素试验和正交试验,对浆液进行改性。试验结果表明：在水泥中掺加4%～12%的硅粉,浆液的结石体强度可以提高8%～34%|用超细粉煤灰替代一定量的水泥,可以降低浆液的黏度,当粉煤灰替代量超过20%后,浆液黏度不再降低,达到作用极限值|聚羧酸系减水剂对于降低水泥浆液的黏度有着显著效果,掺加0.1%～0.5%的减水剂,浆液的黏度可以降低25%～90.6%,减水剂掺量越高,浆液析水率越大,浆液越不稳定|当水灰比为0.8、硅粉掺量为10%、粉煤灰代替量为20%、减水剂掺量为0.3%时配置的浆液性能最优,新型浆液结石体28d抗压强度为22.98MPa,比纯水泥浆液结石体的抗压强度提高13.6%,黏度为21.83s,比纯水泥浆液黏度降低89%。     

粉煤灰基UEA改性注浆材料力学特性与失稳模式

采用PC42.5硅酸盐水泥、粉煤灰、UEA膨胀剂研制粉煤灰基UEA改性注浆材料,在实验室通过刚性试验机对15个不同配比浆液结石体养护期下缩量测定与单轴抗压强度力学实验,研究粉煤灰基UEA改性注浆材料的自然变形、力学特性与失稳模式。通过单轴压缩试验分析了UEA掺量对浆液结石体下缩量、破坏强度、峰值应变及破坏形态的影响,确定了粉煤灰基UEA改性注浆结石体失稳模式与临界值点。结果表明：随着UEA掺量梯度增加(0‰、2‰、4‰、6‰、8‰),以UEA掺量0‰为对照梯度,结石体初始下缩量分别下降41.55%、2.63%、1.77%、2.22%,结石体后期下缩量降幅分别为45.61%、61.29%(C0、C1、C2),结石体破坏强度分别提升49.15%、提升3.96%、下降18.18%、提升4.95%,整体表现出升高—降低—缓高的形态,结石体峰值应变分别提升1.66%、1.41%、4.37%、1.70%,UEA膨胀剂对浆液结石体峰值应变具有明显提高作用,表现出线性升高趋势|粉煤灰基UEA改性注浆体破坏失稳模式表现为低强度大变形复杂破坏与高强度小变形破坏两种,两种失稳模式划分临界值点为浆液结石体破坏强度1.5MPa。     

箕斗装载硐室注浆加固施工工艺分析

注浆是将某些能固化的浆液注入围岩的裂缝或孔隙中,通过浆液固化后的结石体来改善围岩物理力学性质的方法。注浆的目的是防渗、堵漏、加固等。随着技术的发展,注浆技术从最初的井壁涌水注浆,到地面预注浆、井筒工作面预注浆等单一的注浆施工,发展到现在的井筒钻-注-凿平行、钻-注平行作业以及地面水平定向钻孔注浆等,根据注浆施工现场的具体情况往往采用的注浆材料也不同,常用的注浆材料有单液水泥浆、水泥-水玻璃双液浆、聚氨酯化学浆等。文章以麻家梁矿箕斗装载硐室注浆加固工程为例,介绍了不同的注浆材料及施工工艺,为类似注浆工程施工提供依据和参考。     

本煤层瓦斯抽采钻孔注浆材料优化试验研究

针对本煤层瓦斯抽采钻孔周边裂隙多、注浆效果差、抽采浓度低等问题,对注浆封孔机理及注浆液性能进行了分析,并通过13125本煤层钻孔注浆材料配比优化试验,得出高水材料注浆时间为水泥浆液单孔注浆时间的65%;高水注浆材料单孔成本最高仅为水泥注浆单孔成本的79%;高水材料注浆效果优于水泥注浆效果,最佳注浆配比为水料比9∶1。     

新型溶胶树脂浆液在孔隙-微裂隙岩层治理中的应用

新型溶胶树脂化学浆液分为甲液、乙液,甲液由三聚氰胺改性脲醛树脂浆液、聚酯树脂和聚乙烯醇配制,乙液由稀释浓度为10%～25%的草酸及肼基碳硫酰胺配制。新型浆液可采用甲液单注及双液注浆的使用方式。通过现场应用实践,发现新型溶胶树脂化学浆液对于一般水泥浆液难于注入的富水低渗的孔隙-微裂隙含水岩层的可注性较好,封水效果明显。     

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。     

高瓦斯工作面地质构造异常区超前预注浆加固研究

为了解决F_(j145)断层对回采的影响,采用地质力学测试分析了地质异常区的应力状态,采用数值软件FLAC~(3D)初步分析了断层的成因、应力演化规律及影响范围。决定采用深孔高压注浆进行处理,注浆压力25 MPa,开发了水泥改性液,水泥浆和煤体黏结强度达到1.2 MPa。通过改进注浆钻孔方式,解决了瓦斯、浆液凝固慢、糊孔、转进速度慢等问题,并采用地质雷达检验了注浆效果。结果表明:通过超前深孔预注浆,断层影响区恢复完整,保证了工作面正常生产。     

九龙煤矿深部岩体注浆浆液配比优化研究

为改善九龙煤矿-850m胶带大巷破碎围岩注浆加固效果,通过实验室析水率和单轴抗压试验,对不同水灰比和膨润土比例的以PO42.5普通硅酸盐水泥和细度800型超细水泥为主要材料的注浆浆液配比进行了优化研究;采用自主研发的MYZJ-2型实验室液压注浆系统对三轴压力试验破坏后的胶带大巷泥岩标准试件进行注浆试验,并对比分析了注浆试验效果。研究结果表明:水灰比1∶0.6,膨润土比例为水泥重量4%的超细水泥浆液,析水率为6%,养护28d后单轴抗压强度为8.87MPa,满足实验室对标准尺寸破坏试件的注浆要求;优化配比浆液对三轴压力试验破坏后的泥岩试件注浆加固后,试件单轴强度恢复值为试件原单轴抗压强度的14.7%,注浆效果较好。     

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。