高落差含水断层巷道围岩波雷因注浆增效机理与应用

以新河矿嘉祥支三断层破碎带为研究背景,分析了巷道围岩注浆加固机理与破碎带岩体注浆堵水原理,通过数值模拟分析,研究揭示了高落差含水断层破碎带区域围岩化学注浆增效机理。根据此机理,结合现场具体情况制定了新河矿延伸斜井围岩波雷因注浆加固方案,确定了基本注浆参数,现场矿压监测表明,围岩控制效果良好。     

分形几何在研究层状岩体断裂滑落中的应用

应用分形几何研究了层状岩体断裂滑落的分形几何特征，并建立了层状岩体断裂滑落的分形模型，研究结构表明，分形维数值的大小与岩体层理面、节理面的分布及其力学特性密切相关，且最低的分形维数通常出现在层状岩体即将发生滑落之处，故可用分形维数的变化预报层状岩体的滑落。此外，还结合块体理论解析法实例，分析了巷道周围层状岩体的断裂滑落，其结果与分维理论分析结果一致，为进一步研究地下开采引起的采场围岩移动，乃至地表     

单裂隙结构特征对煤岩体内瓦斯流动特性的影响

为探究单裂隙粗糙度、开度等结构特征对煤岩体内瓦斯流动特性的影响,基于Weierstrass-Mandelbort分形函数生成不同粗糙度的裂隙轮廓曲线,构建含不同分形维数和裂隙开度的二维裂隙煤岩体模型。运用Fluent软件模拟分析裂隙分形维数、开度对裂隙内部及周边煤岩基质内瓦斯流动特性的影响,建立了可定量刻画裂隙结构特征对煤岩体相对渗流能力具有影响的流量系数双参数模型。结果表明：随着裂隙分形维数减小,裂隙开度增大,煤岩体渗流能力逐渐增强,且裂隙导流能力在煤岩体渗流过程中逐渐占优,流量占比最高达81%。随着分形维数增大,裂隙内瓦斯流动非线性强度系数呈指数型增大,影响裂隙内瓦斯流动非线性强度系数的主控因素逐渐由裂隙开度转变为分形维数,同时在煤岩基质靠近裂隙轮廓曲线离散程度较大的位置处,存在局部渗流速度增大的现象。当裂隙开度增大至1.5 mm后,裂隙分形维数对流量系数的影响起主导作用,反之,裂隙开度起主导作用。提出了流量系数与分形维数、裂隙开度的经验关系式。     

裂隙岩体注浆加固效果的影响因素分析

岩体注浆加固是一个受多因素影响的复杂过程,它除了能有效提高裂隙岩体的整体稳定性外,还可以降低岩体的渗透性防止地下突水的发生。设计了包括单一斜节理、1组交叉斜节理、1组平行斜节理和2组交叉(平行)斜节理在内的4种混凝土胶结试样,通过模型实验和数值模拟,分析了影响裂隙岩体注浆加固效果的几种因素。模型试验和数值模拟结果表明裂隙岩体的加固效果和裂隙分布状态、连通率以及岩体本身的破碎程度有关。     

采动影响下破碎围岩巷道注浆加固支护技术

成庄矿二盘区机头硐室与周围巷道群由于受2315综采工作面回采的影响,围岩破坏十分严重,为使该巷道能满足正常生产急需对其进行修复加固.基于成庄矿二盘区机头硐室与周围巷道的现场地质条件,运用离散元数值模拟分析方法(UDEC),研究注浆对该硐室破碎围岩体的塑性区大小、应力状态以及可锚性等方面的影响.研究表明注浆能够有效缩小破碎围岩体塑性区范围,改善巷道浅部围岩的受力状态,提高破碎围岩体的可锚性,在此基础上提出了注浆和锚索复合加固方案,取得了良好的现场试验效果.     

侧限条件下陷落柱破碎岩体的渗流特性研究

采动影响下陷落柱内部破碎岩体极易发生二次破坏,造成孔隙度和分形维数同时改变,致使其渗透率突变而引发突水灾害。基于此,现场开展陷落柱取样,按相同质量比配制陷落柱和石灰岩试样,测试并分析其孔隙度、分形维度以及渗透率在有侧限单轴压缩条件下的变化影响规律。研究表明:1)陷落柱和石灰岩试样的孔隙度均随轴压的增大呈指数衰减式减小,但陷落柱试样孔隙度的减小幅度比略大于石灰岩;2)当轴压小于6 MPa时,破碎岩体分形维数随轴压变化明显,尤其是陷落柱试样,其分形维数变化率可达18.5%,而石灰岩仅为9.3%;3)引入分形维度对破碎岩体渗透率与孔隙度的表达式进行修正,较好地描述了陷落柱在不同轴压下渗透行为的演化特征。     

深部软岩巷道动态注浆的数值模拟及其应用

以上海庙矿区+590 m井底车场为研究对象,通过运用FLAC3D数值模拟软件内置的应变软化本构模型和FISH语言构建了动态注浆数值模拟方法,该方法能够自动根据围岩塑性剪切应变大小确定可注浆范围,按照分段函数提高可注浆范围内煤岩体黏聚力值。经过不同注浆时机(一次支护后围岩变形量)注浆后围岩变形对比,得到合理注浆时机的理论值,然后将现场实测变形与模拟值对比,得到合理现场注浆时机。根据数值模拟的可注浆范围,给出了顶板注浆锚索及帮部注浆锚索的设计长度。将上述分析结果应用于现场软岩巷道二次加固,经现场变形速度测试分析表明,试验取得了较好效果。初步验证了本文动态注浆模拟方法的科学性与可行性。     

裂隙岩体结构面模拟技术研究

考虑了岩体裂隙表面的粗糙性、空间形态的复杂性和网络分布的随机性,根据分析对象的特点,利用概型分布法模拟单裂隙开度分布,分形几何理论模拟空间裂隙面形态及其开度分布,Monte-Carlo方法模拟二维裂隙网络并计算分维数,分形几何理论结合二维裂隙网络和三维裂隙面网络分形参数的关系,来模拟三维裂隙面网络,为裂隙岩体结构面的模拟起到引导作用。     

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.     

采动岩体裂隙分维演化规律分析

采用岩石破裂过程RFPA数值分析系统研究了具有初始裂隙的采动岩体裂隙演化过程和破坏模式,利用数值试验成果基于分形几何理论分析了采动岩体裂隙分形维数随开采宽度、初始损伤量的演化特征,揭示了采动岩体裂隙分维演化规律.分析证明,与采动岩体裂隙分布的分形维数存在明确对应关系的应为初始损伤量,而不是初始裂隙倾角,不同的初始损伤量对应不同的分形维数,在开采末期,采动岩体裂隙分维随初始损伤的增加而呈线性增加,回采结束时,初始损伤量越大,采动岩体裂隙分布的分形维数越大.研究结果为进一步探索裂隙随机分布时采动岩体分维演化规律提供参考依据.     

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。     

钟九铁矿-550 m 水平大断面交岔点支护—注浆加固耦合技术方案

钟九铁矿正进行-550 m 水平一期井巷开拓工程建设,为保障巷道安全掘进及临时支护的有效性,针对 -550 m 水平 6^#交岔点断面大、围岩破碎、裂隙发育的现状,提出了锚网喷+锚索联合支护及深浅孔—高低压耦合注浆加固的巷道围岩稳定性防控技术方案。在注浆加固过程中,首先利用浅孔—低压注浆技术将破碎围岩内的裂隙充填密实,使巷道周边围岩具有一定的抗压能力,提高深部围岩浆液的可注性;然后采用深孔—高压注浆技术将巷道顶板上部破碎围岩与稳固岩层形成整体结构,进一步提高支护体系的稳固性。利用理论计算与数值模拟相结合的方法确定了其支护参数,分析了注浆加固关键技术及施工工艺流程,实践成效显著,为后续大断面交岔点安全施工提供了技术支持。     

煤矿井下断层渗流特性与注浆防渗效果分析

针对宝黎断层丰水季节导致周源山煤矿北大巷涌水量变大的问题,利用RFPA-Flow数值模拟软件分析得出断层的渗流量与水压呈正比例关系,沿着水流方向,水压和渗流量都逐渐减小;随着至断层距离的增加,水压和渗流量逐渐减小;注浆后,断层处水的主要渗流通道被封堵,水只能从断层周围的岩体裂隙向断层渗流,渗流量大幅降低。注浆前后实测的周源山煤矿北大巷涌水情况与数值模拟结果一致。现场采用双液高压帷幕注浆技术处理后的断层破碎带透水率达到了岩石地基工程防渗标准。     

急倾斜层状岩体巷道顶板膨胀型浆体注浆支护效果研究

为分析急倾斜层状岩体巷道顶板注浆后的支护效果,采用ABAQUS软件分别建立其顶板层理面普通型浆体注浆和膨胀型浆体注浆加固以及未注浆的数值分析模型,对比分析了不同注浆条件下巷道顶板的位移、应力与塑性应变的变化特征。开展了急倾斜层状岩体巷道顶板注浆相似模拟试验,在相似模型中设置了与数值模拟对应的位移与应力监测点,对比分析了普通型浆体注浆和膨胀型浆体注浆后的顶板位移及应力变化特征,并结合相似模拟试验现象分析了膨胀型浆体的注浆加固机理。研究表明：普通型浆体注浆和膨胀型浆体注浆条件下的顶板垂直位移较未注浆分别平均减少了19.7%和30.2%,膨胀型浆体注浆较普通型浆体注浆的垂直应力平均降低了18.4%。相似模拟试验中,巷道顶板位移及内部应力变化规律与数值模拟相吻合,膨胀型浆体注浆后的顶板承载能力和抵抗变形能力更强,加载后较普通型注浆下的顶板位移与应力更小。研究结果进一步表明,膨胀型浆体对于急倾斜层状岩体巷道顶板注浆加固具有良好的支护效果。     

基于BIM的地下金属矿区垮塌注浆加固风险数值模拟

为获取最优注浆参数,利用BIM技术实现了地下金属矿区垮塌注浆加固风险数值模拟。选取某地铅锌矿主矿体中段1号采场3分段作为注浆加固数值模拟对象,数值模拟结果表明: 浆液扩散半径随注浆压力以及注浆时间增加而有所提升;利用数值模拟结果确定最优化学注浆参数,采用所确定的化学注浆参数注浆加固后垮塌区域岩体质量明显提升。     

深部软岩巷道注浆扩散规律的数值模拟研究

为了研究软岩巷道破碎岩体注浆扩散规律,以裴沟煤矿深部42采区巷道为背景,建立了注浆液体扩散的数值计算模型,采用离散元软件分析了5种不同注浆压力和5种不同水灰比条件下浆液扩散特征,研究表明影响浆液扩散半径显著的因素排序为注浆压力大于水灰比,并探讨了巷道围岩径向和切向方向上注浆压力随着距离巷道表面距离增加呈先增大而后衰减的变化规律,但衰减具有差异性,最后进行了注浆效果的检验。研究结果对软岩巷道破碎岩体注浆加固具有很好的参考价值。     

铜坑矿破碎矿柱锚注加固数值模拟研究

为了验证铜坑矿破碎矿柱锚注加固的效果,采用FLAC3D数值分析软件建立三维模型,对锚注加固的过程进行了数值模拟分析。研究结果表明,锚注加固后围岩塑性区范围及位移明显减小,锚注加固能显著提高矿柱的稳定性。     

压水试验定量评价注浆效果研究

注浆后岩体渗透性和力学强度是反映岩体注浆效果的重要参数,为定量评价注浆堵水工程效果,以安徽某矿奥灰特大突水抢险注浆堵水工程为例,提出采用钻孔高压压水试验方法,对C53太原组灰岩堵源注浆效果进行定量评价。针对高压压水试验过程中岩体渗透性的剧烈变化特征,提出采用紊流渗透定律计算岩体渗透系数。研究结果表明:C53太原组灰岩注浆后表现出良好的隔水性能,阻水性能呈现出高阻弱渗的特点,渗透性等级属极微~微透水,与注浆前弱~中等透水的渗透性等级对比,渗透性能显著变弱,说明堵源注浆效果良好;可根据临界抗渗强度来评价C53太原组灰岩注浆后抵抗水力劈裂的力学强度,经计算其临界抗渗强度为1.83 MPa/m,依据阻水系数消能试验测试原理,注浆后C53太原组灰岩足以抵抗5.64 MPa奥灰水的劈裂破坏,可以消除煤层底板奥灰突水威胁,能够达到堵源注浆工程目的。     

基于拉格朗日差分法的顺层岩质边坡弱面注浆效应分析

为了分析顺层岩质边坡弱面注浆效应,采用了基于拉格朗日差分法的数值分析模型对其进行模拟.由FLAC3D数值模拟结果可知,弱面注浆加固能够使应力在顺层岩质边坡岩体中得到均化,避免应力集中现象的发生,从而增强边坡的稳定性.     

基于FLAC3D的节理岩体巷道锚注加固数值模拟

通过对节理面锚注加固抗剪切强度的力学推导,得出锚注加固在节理岩体巷道中的作用机理以及锚杆和注浆的联合应用增强和加固了围岩的支撑能力。通过FLAC^3D大型数值模拟软件,对节理化软岩巷道未支护、锚注加固时的岩体巷道围岩进行数值模拟分析研究,锚注加固对于改善节理化软岩巷道围岩的受力状况、限制巷道围岩变形量具有重大的作用,对节理裂隙岩体进行锚注加固是一种有效的节理岩体支护方法。