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。     

裂隙岩体注浆技术探讨

论述了岩体注浆技术的基本理论、岩体注浆技术参数的确定、岩体裂隙的调查和表征以及注浆效果的检测手段等，最后提出了注浆技术的发展方向。     

注浆参数与岩体裂隙参数

注浆施工中,注浆参数如注浆压力、浆液扩散距离、注浆泵量、浆液注入量、注浆时间等之间的相互关系及其合理选择,已为现场所重视,并积累了丰富的经验,这对保证注浆工程质量起了重要作用,但对岩体裂隙参数,如裂隙开度、裂隙孔隙度、裂隙迂曲度、裂隙稠密度等,对注浆参数甚至对注浆工程质量的影响,尚未引起应有的重视。本文对这类因素的影响及注浆中需考虑的必要性,作了初步探讨。     

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。     

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。     

浅析单侧采空煤岩体中应力场的分布

工作面开采过后由于侧向支承压力和采动的影响,单侧采空煤岩体一定区域内的应力将高于原岩应力,而靠近工作面采空区处煤岩体由于侧向卸载,其结构的完整性遭到破坏,进而造成煤体强度降低,会对单侧采空煤岩体中的巷道稳定性造成不利影响。因此,研究单侧采空后煤岩体内应力场的分布规律具有很好的应用价值。     

裂隙岩体注浆理论研究进展及展望

开挖卸荷作用下,岩体内部节理、裂隙易发生扩展贯通,极易发生失稳破坏,从而影响工程岩体稳定性.工程实践证明,注浆是修复裂隙岩体、提高围岩稳定性重要的手段.在收集整理国内外研究资料的基础上,对裂隙岩体注浆领域的研究现状进行了全面的归纳和总结,得到了以下关键结论:数十年来,裂隙岩体浆液扩散运移规律取得了较大进展,离散裂隙网络...     

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。     

加压注浆封孔技术的研究与应用

为了提高焦作矿区松软煤层瓦斯抽采钻孔封孔质量,延长有效抽采周期,增加抽采量,在分析煤体特征的基础上,提出了加压注浆封孔技术,对封孔工艺和材料设备进行对比选择,并在演马庄矿和九里山矿进行了4个多月的工业性试验。结果表明:加压注浆封孔技术使瓦斯抽采浓度提高了20%～40%,抽采纯量提高了1.13～1.75倍,有效降低了封孔成本。     

裂隙岩体注浆扩散理论研究进展

裂隙岩体注浆扩散理论作为注浆理论研究的重要分支,国内外学者已取得了丰硕的成果.关于裂隙岩体注浆理论推导解析解的研究,从抽象的裂隙模型与选用的浆液本构方程两个方面的发展变化进行阐述;关于模型试验,不同学者以单一平板裂隙模型为基础,根据裂隙岩体注浆理论影响因素的不同,对模型试验台的功能与具体型式进行调整;采用数值模拟手段计...     

瓦斯抽采钻孔化学注浆封孔技术的应用

针对现有瓦斯抽采钻孔封孔技术的封孔长度短、深度小、对钻孔周边的裂隙带封堵密实性较差等不足,提出了一种化学注浆封孔技术,可增加封孔长度和深度,有效地封堵了钻孔周边的裂隙带,提高了瓦斯抽采浓度,延长了瓦斯抽采期。在神华宁夏煤业集团公司1对高瓦斯矿井和3对煤与瓦斯突出矿井应用后,取得了良好的应用效果。     

裂隙分布对煤岩体冲击倾向性影响机制试验研究

对含预制裂隙试件开展单轴压缩试验,采用声发射和数字散斑监测技术探究了不同裂隙分布试件的力学响应特征,分析了不同裂隙对试件变形破坏、冲击倾向性及能量积聚与释放的影响规律。试验结果表明：同种类型预制裂隙试件的破坏形式,随倾角的增加,破坏类型呈拉破坏—拉剪破坏—拉破坏—劈裂拉破坏的变化趋势,破坏剧烈程度呈现强—弱—强的变化趋势。从不同裂隙类型来看,平行双裂隙的试件产生的次生裂隙与预制裂隙形成块体结构,削弱了试件整体的完整性。单轴抗压强度、冲击能量指数等4个指标反映冲击倾向性变化规律为：随倾角增加,呈现先减小、后升高的变化趋势,其中β=30°时冲击倾向性最小。倾角相同情况下,不同类型的裂隙试件其冲击倾向性大小关系为：共面双裂隙试件>单裂隙试件>平行双裂隙试件。应力峰前阶段累计声发射能量和总累计能量之比W_E、峰前累计声发射事件与累计总事件之比W_N和声发射事件特征参数b值3个指标的变化规律与冲击倾向性的变化规律相一致。声发射信号能量-频次特征揭示了冲击倾向性变化规律的内在原因。研究成果对揭示裂隙煤岩体冲击地压发生机制具有重要理论意义。     

带压注浆封孔技术的研究应用

针对瓦斯抽采钻孔普遍存在封孔质量差、漏气严重等问题,提出了带压注浆封孔技术,能有效封堵钻孔周围裂隙、提高封孔质量,并在神华宁夏煤业集团有限责任公司金能煤业分公司进行了对比试验。结果表明,带压注浆封孔技术比原封孔工艺瓦斯抽采浓度提高25%~40%,效果显著。     

岩体注浆的随机模拟

结合山东莱芜铁矿谷家台矿区灰岩注浆，对岩体注浆扩散情况进行了随机模拟。     

基于采动岩体裂隙发育规律的放顶煤采空区瓦斯治理模式

为研究采动岩体垮落后综采放顶煤采空区瓦斯治理模式,基于采动岩体裂隙发育规律的重要性,针对某矿E1310综放工作面,采用MATLAB研究了采动岩体孔隙率和渗透率的分布规律,采用FLUENT数值模拟软件研究了4种通风方式、6个高抽巷抽采位置和41种抽采负压中最合理的采空区瓦斯治理模式。结果表明:"Y"型通风方式,上隅角瓦斯浓度为3%;高抽巷布置在距底板50 m、距回风巷50 m,上隅角瓦斯浓度降至0.5%;抽采负压为1.9 MPa,瓦斯不超限,工作面氧气浓度为22%。     

基于纳米材料的水泥浆液粗糙裂隙注浆数值模拟

采用Hurst指数的独立分割方法,建立了岩石粗糙节理剖面的几何模型,基于N-S方程对纳米碳酸钙水泥浆液在微裂隙中的注浆渗流进行分析.设定3组注浆压力、3种不同粗糙度裂隙,分析其对裂隙中的浆液速度场、压力场及填充时间的影响.结果表明,裂隙粗糙度与注浆时间呈正相关,注浆压力与注浆时间呈负相关,皆为非线性关系;浆液流速先迅速...     

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...     

岩体粗糙裂隙中浆液扩散规律研究

基于分数布朗运动,采用随机中点位移法生成粗糙裂隙面,通过COMSOL软件建立岩体粗糙裂隙注浆数值模型,分析了浆液黏度及裂隙面粗糙度对浆液扩散的影响。结果表明：粗糙裂隙中浆液流场与光滑裂隙截然不同,浆液扩散速度在过流断面缩小区域,流速增大,过流断面增大区域,流速减小;裂隙粗糙度越大,低流速区域越大;裂隙面越粗糙,浆液压力越大,压力场非线性程度越强,相应的粗糙与光滑裂隙中浆液压力间的差值越大;浆液压力差随着浆液动力黏度的增加而增大,浆液黏度越大,裂隙粗糙度对浆液压力的影响越显著。     

带压注浆封孔技术在金能公司的应用研究

 摘 要：针对瓦斯抽采钻孔普遍存在封孔质量差、漏气严重等问题,提出了带压注浆封孔技术,能有效封堵钻孔周围裂隙,提高封孔质量,并在神华宁夏煤业集团有限责任公司金能煤业分公司进行了对比试验。结果表明,带压注浆封孔技术比原封孔工艺瓦斯抽采浓度提高25%～40%,效果显著。     

煤岩体瓦斯通道的形成与演化规律

通过理论计算,结合现场经验,推断出了瓦斯通道随采动空间应力的重新分布而扩张与破裂原理,并根据煤体的不同状态拟合出采动煤岩体的应力-渗透曲线,得到采动煤岩体渗透系数随应力变化的曲线方程,从而获得瓦斯通道形成的空间位置与形态。