皇联煤业极破碎围岩注浆重塑技术

针对皇联煤业极破碎围岩重塑问题,分析认为注浆加固的关键在于采用高性能、低成本注浆材料,解决表层漏浆问题。提出了分层注浆工艺,介绍了新型无机注浆材料,通过调整水灰比实现性能调整,进行了深、浅钻孔布置并进行了现场试验。结果表明:两帮浅层深度为2 m,深层深度为7 m,顶板浅层深度为3 m,深层深度为9 m;浅层注浆采用0.8∶1水灰比,深层注浆采用1.5∶1水灰比;效果考察表明,钻孔窥视可见大量浆液痕迹,未发现未被充填的裂隙,扩散效果良好,锚索锚固力足够,使用新型无机注浆材料,不足化学浆成本的1/7,效果显著。     

千米深井软岩巷道二次支护中的注浆加固效果分析

针对巷道滞后注浆效果难以得到保证的问题,在对注浆效果影响因素分析的基础上,结合巷道注浆的具体参数,利用本质安全YTJ20型钻孔窥视仪电视成像和染色剂跟踪浆液的方法,对朱集煤矿架锚注支护条件下千米深井软岩巷道的滞后注浆效果进行检验.结果表明:巷道滞后注浆的有效加固范围为径向0～2.6 m;在有效的加固范围内外均出现了围岩仍较破碎的区域,有部分大的裂隙和离层中未发现注浆痕迹,这是由巷道注浆孔较浅、注浆间排距过大、注浆滞后巷道掘出时间太长等原因造成的.因此对巷道的注浆参数进行了优化:将浅注浆孔的间排距调整为1.5 m×2.1 m,注浆压力不大于1.5 MPa,注浆的滞后时间控制在巷道掘出后10～20 d;深孔注浆孔深确定为3.0 m,问排距1.5 m×2.1 m,注浆压力不小于2.0 MPa;深浅孔的注浆孔交替布置,深孔注浆滞后浅孔注浆30 d左右.     

注浆压力对顺层抽采钻孔封孔质量影响研究

为研究不同注浆压力下各顺层钻孔的封孔质量,以轩岗煤电有限责任公司刘家梁煤矿2214工作面为试验对象,根据矿井煤层实际赋存情况,采用COMSOL数值模拟软件,模拟不同注浆压力下浆液在煤层中的扩散范围,数值模拟结果表明,在1～4 MPa注浆压力范围内,浆液在煤层中的扩散半径与其注浆压力的大小成正相关关系,而浆液扩散半径的增加幅度随注浆压力的增加呈现逐渐减小的变化趋势。同时在钻孔始封深度、封孔长度等封孔参数一定的情况下,按照1、2、3和4 MPa四个等级进行现场顺层钻孔封孔试验,并利用漏气率对各抽采钻孔的封孔质量进行评价和对比,现场试验表明,采用1 MPa和2 MPa注浆压力的顺层钻孔分别有4个和2个钻孔出现漏气,其平均漏气率分别为32.76%和28.65%,而采用3 MPa和4 MPa注浆压力的钻孔均未出现漏气现象。综合数值模拟及现场试验结果表明,该工作面顺层钻孔封孔时其注浆压力应不小于3 MPa。     

顺层瓦斯抽采钻孔合理封孔深度及注浆参数研究

为提高顺层瓦斯抽采钻孔封孔效果,以贵州五轮山煤矿8^#煤层地质条件为工程背景,开展合理的封孔深度及注浆参数研究。通过分析钻孔漏气影响因素,将钻孔漏气形式分为巷道裂隙带漏气、钻孔裂隙带漏气、孔壁边缘漏气、封孔段材料漏气4类。采用理论分析、数值模拟及现场试验的方法,对巷道及钻孔周围应力分布规律开展研究,确定合理封孔深度为15 m,合理注浆扩散半径为0.40～0.50 m。研发了新型封孔材料,其抗压强度提升了20 MPa、膨胀率增加了20%、黏度降低了23%、终凝时间缩短了5 h。基于注浆柱面扩散理论,确定合理注浆压力为1.5 MPa,合理注浆量为0.3 m³。在1811工作面运输巷道布置16个顺层瓦斯抽采钻孔,开展4组不同封孔参数条件下的工业性试验,结果表明：在封孔深度为15 m、注浆压力为1.5 MPa、注浆量为0.3 m³条件下封孔效果较好、经济性较优,钻孔日平均抽采瓦斯浓度提升30%。     

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。     

伊田煤业松软破碎围岩注浆加固技术研究

为解决伊田煤业有限公司11#煤带式输送机大巷松软破碎段围岩变形量大的问题,分析了松软破碎围岩注浆加固的作用机理,结合巷道地质条件,确定注浆加固的深度为3 m,注浆压力为2~4 MPa,单孔注浆量为0.897 t,注浆加固后采用钻孔窥视及现场观测的方法验证注浆效果。结果表明:巷道松软破碎段在注浆加固后,围岩3 m范围内有效胶结为整体,形成承载壳体,60 d内围岩最大变形量仅为15 mm,保障了围岩的稳定。     

汾源煤业采动影响下采区大巷群注浆加固技术研究

汾源煤业5号煤层一采区大巷群在采动影响下出现明显的变形破坏现象,为防止围岩失稳影响矿井的正常生产,通过地质雷达探测、钻孔窥视、实验室实验等方法,获得大巷松动圈发育深度3.1 m,属于Ⅳ和Ⅴ类不稳定围岩,提出采用ZKD高水速凝材料进行注浆,确定合理的水灰比为1.5∶1,注浆后钻孔窥视结果表明,围岩内的裂隙、孔隙被浆液填充,破碎的岩层胶结在一起,围岩的稳定性显著提高,加固效果良好。     

破碎围岩大巷地面预注浆数值模拟研究

地面钻孔注浆加固技术在复杂地质条件下巷道围岩加固中广泛应用,但由于实际地质条件复杂且浆液同岩层共同作用,数值分析成为代替理论模型及实验模拟的不二之选。为探明注浆时不同注浆压力对围岩表面压力的影响范围,以及注浆压力对浆液扩散半径的影响,选用COMSOL数值模拟软件分析注浆压力分别为8、10、12、15、17、19、21 MPa时,围岩在表面压力与浆液渗透半径上的关系。结果表明：围岩表面压力在注浆压力由8 MPa至15 MPa时变化明显;浆液扩散半径在8 MPa至15 MPa时增幅较大。在袁店一矿东翼大巷穿断层进行注浆综合治理,注浆结束孔压不低于15 MPa,大巷围岩得到充分充填加固。     

松散破碎围岩双循环注浆加固试验研究

为解决松散破碎围岩巷道持续变形的问题,采用现场调研、理论分析的方法,对松散破碎围岩巷道的变形机理进行研究,并结合数值模拟方法提出注浆方案与参数,现场试验后将原注浆方案优化为单排5孔几何布置的双循环注浆加固方案。结果表明：应用注浆压力为6 MPa,钻孔长度为3 m、排距为3 m,单排5孔几何布置的双循环注浆方案可有效降低窜浆堵孔现象发生的概率,并使浆液均匀分布,在注浆加固段巷道扩帮后可明显观察到浆液的扩散半径达到2.5 m,并形成了良好的骨架结构,有效提升了松散破碎围岩的承载能力。     

加固破碎矿岩注浆强度GIN值的控制方法

云南某铜矿矿体软弱破碎,成孔凿岩开采困难,引入化学注浆预加固方案优化开采,然而前期注浆工业实验中遇到浆液用量过多,难以准确控制的情况。为了对速凝的化学注浆施工进行精确控制、简化控制流程,应用注浆强度控制理论GIN值法(Grouting Intensity Number)研究开展破碎矿体化学注浆试验,建立破碎铜矿化学注浆控制标准,并通过钻孔探测仪检测注浆效果。结果表明,注浆强度GIN值法的工业应用应综合考虑注浆终压Pf与每米浆液用量Vf,确定扇形注浆孔不同深度范围的控制标准为:孔深0~8 m,Pf60 MPa·L/m;孔深8~15 m,Pf95MPa·L/m;孔深15 m,Pf160 MPa·L/m。钻孔探测仪检测结果显示,浆液扩散范围满足设计扩散半径2.5 m,注浆后成孔效果有了显著改善。研究结果可用于量化注浆控制标准,简化工程应用,提高破碎矿体的稳定性。     

围岩新型注浆加固技术在成庄煤矿的应用研究

针对晋煤集团成庄煤矿2319综放工作面巷道围岩破碎的具体情况,分析了破碎原因和破碎范围,使用2ZBQ型气动注浆泵对23191巷两帮进行了注浆加固。为保证注浆加固效果,采用了分层分区注浆技术,对同一钻孔的浅部和深部分别进行浅孔低压、深孔高压相结合的注浆加固工艺,形成了一套适用于该煤矿的新型注浆加固工艺,通过钻孔窥视镜及注浆后片帮煤块中浆液分布情况的观察分析,该技术满足了破碎围岩注浆加固的要求,效果显著。     

基于COMSOL Multiphysics模拟的瓦斯抽采钻孔合理间距研究

为考察坪上煤业主采3号煤层的合理抽采钻孔间距,利用瓦斯在煤层中的运移和渗流规律,结合实测煤的参数条件,在相同的抽放负压、抽放时间等影响条件下,运用COMSOL Multiphysics有限元软件模拟了不同钻孔间距时所抽煤层在抽采时间为400 d时钻孔影响范围内煤体瓦斯含量变化规律,得出了满足抽采时间条件下的合理钻孔间距为5 m。结合矿井2305（上）回采面巷道内开展了不同钻孔间距实测,在相同的瓦斯地质参数及抽采系统条件下,连续抽采且观测时间达到400 d时各钻孔的瓦斯抽采纯量和钻孔浓度变化。确定了在抽采时间达到400 d时,抽采钻孔间距为5 m时的钻孔瓦斯浓度为35%、流量为0.04 m3/min,受抽采系统影响明显;而间距在6 m的钻孔的流量和浓度仍保持自然衰减特征。模拟和现场实测均验证了该矿瓦斯抽采钻孔间距布置以5 m最佳,该研究为实际生产过程中确定合理的钻孔间距提供理论依据,为矿井瓦斯抽采布局及瓦斯治理提供了技术保障。     

煤矿灰岩层水平井注浆技术研究

通过煤矿底板灰岩含水层水平井注浆加固治理,可较好地解决煤矿底板防治水难题。为了提高水平井注浆加固灰岩含水层的效果,以界沟煤矿东一下采区水平井为研究对象,根据灰岩含水层渗透性特征,确定了扩散半径、浆液类型及配比。结合水平孔钻进情况,运用破壁和清水洗井技术,进行压水试验和静压升压注浆加固治理;确定了注浆压力、终止流量、注浆数量;在注浆顺序、装备选型、水平注浆、效果验证等关键技术进行了研究应用。结果表明,治理区采用扩散半径27 m,灰岩采用水泥浆单浆液;清除泥皮,清水洗井,选配高速制浆和智能化注浆装备,进行孔口分段式注浆,递增升压至10 MPa,注浆量提升至0.8 t/m,有效提升加固治理效果。     

厚煤层双排顺层钻孔瓦斯抽采方法模拟及应用

为提高三元煤业3^#煤层井下瓦斯抽采效率,首先采用Fluent软件对单排钻孔模型正确性进行验证,然后针对8 m厚煤层分别用单排、双排钻孔进行数值模拟,结果表明：单排钻孔的瓦斯抽采影响半径在2.5 m左右,有效半径为1.7 m,只能影响到钻孔周围的部分区域;采用双排钻孔后,瓦斯流场基本将8 m厚的煤层全覆盖且钻孔周围的瓦斯压力比单排钻孔周围的瓦斯压力小得多。通过三元煤业3^#煤层7.83 m厚煤层双排钻孔的应用,实测瓦斯预抽率达到70%,抽采效果较好。双排钻孔可提高厚煤层瓦斯抽采率及覆盖率,可有效降低突出煤层的突出危险性,确保煤矿井下安全生产。     

高预应力柔性锚固支护卸压参数分析

为了确保煤矿巷道的稳定性,分析了高预应力的柔性锚固支护卸压参数,介绍了让压锚杆（索）结构及高预应力的柔性锚固支护的基本原理,基于此,采用数值模拟软件,分析了不同钻孔排距、钻孔长度、钻孔直径及布置形式对煤矿巷道底板卸压的影响。研究得出,钻孔采用“五花”布置、钻孔长度应为2.4 m、钻孔直径应在200~250 mm、钻孔排距应在0.5~1.0 m,该条件下巷道的底板卸压效果最好,并进行了工业性试验分析,表明高预应力的柔性锚固支护技术能够有效控制围岩变形,且支护效果明显。     

基于动力学原理的水力冲孔合理布置间距的选取及其工程实践

以主焦煤矿水力冲孔技术措施合理的钻孔间距布置为切入点,通过对钻孔周围瓦斯排放区域分区研究及效果考察,创新性地引入了抽采卸压应力影响灰色系数(根据矿井实际工程效果及经验确定),采用Fluent数值模拟软件分析了不同布置间距下的钻孔间瓦斯压力分布情况,并在主焦煤矿2303工作面底板巷进行了现场试验。研究结果表明,主焦煤矿水力冲孔技术措施下合适的钻孔布置间距为7 m—7 m时瓦斯治理效果较好。研究结论为同类型煤矿的水力冲孔措施合理布孔间距的选取提供了理论依据及工程实践经验。     

三软不稳定煤层深孔注水防尘与注浆防片帮技术

为降低综放工作面煤尘浓度及控制煤壁片帮,针对白坪煤矿三软煤层情况,对工作面煤层进行了深孔注水防尘与注浆加固煤壁。首先采用ZDY-3200钻机施工60～80 m深的注水孔;然后在注水孔周围6 m内使用ZBQ-6/2.5型钻机施工深9 m、间距0.6～1.2 m、排距0.8～1.0 m的煤壁注浆孔;选用MRB125/31.5型注水泵用12～14 MPa压力对煤层注水压裂,再用5～8 MPa压力反复间歇式注水。现场应用效果表明,采用该技术能够使煤层水分由4%增至5%～6%,回风巷煤尘平均质量浓度269 mg/m3降至108 mg/m3;工作面煤壁片帮范围由占煤壁总长的50%～70%减少到10%～30%,有效地解决了煤壁片帮问题。