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...     

裂隙岩体工作面注浆浆液扩散规律及工程应用

基于裂隙注浆浆液扩散规律的研究,通过理论分析得出了裂隙岩体中牛顿流体的浆液扩散规律,并基于该模型开展了矿山井下开拓工程的注浆参数设计,同时根据工程的注浆资料和开拓揭露资料,验证了裂隙岩体中牛顿流体扩散规律应用的可靠性。     

裂隙岩体注浆扩散范围及注浆量数值模拟

为预测浆液在裂隙中的扩散范围,建立二维正交裂隙网络宾汉浆液渗流模型,采用中心型有限体积法进行数值模拟。分别研究不同参数下,浆液在裂隙中的扩散范围,给出多因素影响下的注浆扩散半径公式和注浆量公式。研究表明,注浆压力、浆液黏度、浆液剪切强度、裂隙开度和裂隙粗糙度对浆液扩散半径起到主导作用;注浆压力、钻孔长度和裂隙开度对注浆量起到主导作用。通过该公式可定量预测任意参量下浆液扩散范围和注浆量。     

单裂隙模型水泥浆液渗透扩散规律研究

针对基础的单裂隙岩体,采用COMSOL Multiphysics数值模拟软件建立单裂隙岩体模型,研究不同因素影响下水泥浆液扩散速度及扩散距离的变化规律。研究结果表明:浆液的扩散半径不随水灰比变大而单调增加,而是存在合理的水灰比使浆液的扩散范围达到最大;浆液的扩散对裂隙张开度的变化十分敏感,而注浆压力的影响较小。研究成果可用于指导注浆工程实践,为定量设计注浆参数提供理论依据。     

浆液在煤岩体裂隙中渗透规律的数值模拟

为了改善本煤层瓦斯抽采钻孔的封孔效果,解决本煤层瓦斯抽采钻孔封孔段易失稳的现实难题,通过数值模拟的手段,分析对比了单裂隙注浆和无裂隙注浆这2种方法中浆液的渗透范围,得出在钻孔单裂隙注浆中浆液的渗透以从裂隙面渗透为主,浆液能够很好的充填煤体中的裂隙。在此基础上,认为采用煤岩体注浆技术可以把某些可凝浆液注入到煤岩体的裂隙或孔隙中,使煤岩体形成强度高、抗渗性好、稳定性高的新结构体,从而改善煤岩体的物理力学性能,提高煤岩体稳定性,为本煤层瓦斯抽采钻孔的高效密封奠定基础。     

煤岩体强度对灌浆压裂裂隙形成规律影响分析

利用RFPA-flow仿真软件建立二维模型,通过在强度较低及较高的煤岩体进行灌浆操作,模拟灌浆过程中强度变化下产生的裂隙直至模型失去稳定性的全部发展过程,根据仿真结果归纳出不同强度的煤岩体进行灌浆压裂作业时所产生的裂缝发展规律。     

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。     

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...     

煤层注浆压裂裂隙形成规律数值模拟北大核心

为了更深入了解矿井煤层在不同围压下注浆压裂的裂隙产生规律,通过RFPA-flow软件建立二维应力应变模型,模拟了煤层在不同的围压下注浆过程中裂隙萌生、扩展直至模型失稳的全过程。结果表明:煤层在注浆压裂过程中,围压的改变直接影响到煤体的初始破裂压力和失稳压力,且他们之间呈正相关关系;随着围压的增加,注浆孔周围的应力集中,裂隙产生变得更加困难,浆液的流动也随之变得困难,注浆效果不明显。     

煤层注浆压裂裂隙形成规律数值模拟

为了更深入了解矿井煤层在不同围压下注浆压裂的裂隙产生规律,通过RFPA-flow软件建立二维应力应变模型,模拟了煤层在不同的围压下注浆过程中裂隙萌生、扩展直至模型失稳的全过程。结果表明:煤层在注浆压裂过程中,围压的改变直接影响到煤体的初始破裂压力和失稳压力,且他们之间呈正相关关系;随着围压的增加,注浆孔周围的应力集中,裂隙产生变得更加困难,浆液的流动也随之变得困难,注浆效果不明显。     

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...     

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.     

深部裂隙煤岩体变形破坏机理及高压注浆改性强化试验研究

为了对深部高应力裂隙煤岩体变形破坏特征及改性强化机理进行研究,首先采用小孔径水压致裂法对埋深500 m左右和1 000 m左右的地应力分布特征进行现场实测研究,以此为基础对比分析了不同埋深条件下地应力分布特征、煤岩体破裂强度及典型裂隙分布发育特征,拟合得到了不同埋深条件下裂隙煤岩体摩尔强度包络线公式。采用数值模拟方法对比研究了不同埋深不同应力水平条件下煤岩体不同角度裂隙变形破坏特征。根据裂隙扩展应变能释放率与能量吸收率间的关系,探讨了影响深部裂隙煤岩体改性强化的主要影响因素。通过建立裂隙悬臂梁力学模型,采用格里菲斯裂纹扩展破坏准则分析了裂隙扩展临界载荷和裂隙不同角度间的关系。基于现场实测及数值模拟研究结果,通过对不同埋深煤岩体破裂强度的统计分析,结合煤岩体改性强化的工艺及装备要求,提出了深部裂隙煤岩体改性强化的基本原则及临界值范围。基于上述研究成果,在千米深井工作面巷道进行了现场试验,得到了裂隙煤岩体改性强化高压注浆全过程改性压力曲线。通过对裂隙煤岩体不同改性强化阶段浆液扩散特征的分析,最大注浆改性强化压力为30 MPa,一般为15～20 MPa,与提出的改性原则相符。通过现场取样表征...     

奥灰顶部含水层注浆改造浆液扩散主要影响因素试验研究

为探究浆液黏度、溶蚀裂隙及岩溶孔洞对注浆改造过程中浆液在奥陶系顶部灰岩裂隙含水层中扩散、充填影响规律,自行研制一套可考虑裂隙分布、动承压水和注浆工艺因素的裂隙岩体动水注浆改造模型实验台。利用该装置模拟了3种黏度浆液在4类含岩溶裂隙、孔洞分布条件下的承压含水层中的扩散过程,总结了浆液扩散及充填规律;结合数值计算得到了11组注浆实验充填过程中应力分布及变化规律;最后通过超声波探测,分析了不同条件下浆液改造后岩体弹模变化规律。结果表明:(1)均布裂隙中浆液扩散形态接近"∩"形,考虑不同条件作用后的浆液扩散形态呈现出非标准圆弧形;含有岩溶优势裂隙的浆液扩散形态呈现"Λ"形,裂隙开度越大,"Λ"形顶角越小;含岩溶孔洞的裂隙区浆液扩散形态出现"M"形,存在"︹"形的过渡形态。(2)注浆改造后的裂隙岩体具有分区特性,可将其分为完全充填(FF)、部分充填(PF)、裂隙二次发育(DeF)和原岩裂隙(OF)4个区域;极差结果显示裂隙开度对S_FF影响最大,浆液黏度对S_PF影响最大;(3)溶蚀裂隙和岩溶孔洞经注浆改造后弹性模量明显增强,裂隙中的浆液压力分布呈现非线性...     

黏度对浆液在裂隙岩体中扩散与充填规律的影响

为研究浆液黏度对注浆加固过程中浆液在裂隙中扩散、充填规律的影响,基于新研发的实验系统模拟了三种黏度浆液在承压含水层裂隙中扩散过程,总结了浆液扩散及充填规律;采用Fluent对注浆过程进行仿真,得到了不同黏度浆液充填过程中应力分布及变化规律,解释了物理实验过程中出现的异常现象,并通过超声波探测得出不同黏度浆液改造后的岩体...     

裂隙煤体注浆浆液扩散规律及变质量渗流模型研究

研究煤岩裂隙中浆液扩散过程及降渗规律对于强化瓦斯抽采钻孔封孔效果具有重要意义。首先通过对注浆裂隙煤体内部质量变化进行分析,推导浆液封堵裂隙质量守恒方程及浆液流动方程;根据浆液对煤体裂隙结构影响推导了裂隙和渗透率变化方程,构建了浆液对裂隙煤体的堵漏降渗的变质量渗流模型。其次,利用注浆实验系统对裂隙煤样开展注浆试验,对注浆前后煤样分别进行CT扫描观测以及渗透率实验测定;最后,在理论模型的基础上,根据实验条件确定数值模拟初始条件及边界条件,对裂隙煤体注浆浆液扩散和降渗规律开展了数值模拟研究,结果表明:建立的基于裂隙煤体注浆的变质量渗流模型较好地反映浆液颗粒沉积过程对煤体裂隙结构及渗透率的影响;模型计算的浆液扩散与渗透率变化规律与试验结果吻合较好,验证了模型的合理性;在浆液渗流扩散作用下,煤体裂隙内浆液颗粒逐渐扩散并沉积,裂隙不断被充填,导致裂隙煤体渗透率不断下降。研究成果为定量分析注浆浆液颗粒运移规律、强化抽采钻孔封孔效果提供了新的思路。     

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。     

动水注浆沉积压力特征与注浆效果试验研究

注浆是解决矿井水害的一种有效方法。为了更好地研究动水注浆过程中浆液沉积压力特征与堵水效果,基于自主设计的流体力学综合试验平台,开展了煤岩体裂隙动水注浆试验研究,分析了不同水灰比和注浆压力条件下浆液在煤岩体裂隙中的沉积压力特征,提出一种裂隙动水注浆效果的评价方法。研究结果表明:浆液的沉积压力曲线可分为3类,当曲线呈平塬型分布时,注浆堵水效果最佳; 呈山尖型分布时,堵水效果次之; 呈台阶型分布时,堵水效果较差。