石门揭煤破碎围岩注浆加固理论及应用

为了对鹤煤八矿-655轨道石门处破碎围岩进行注浆加固,基于黏度时变性宾汉体浆液,根据浆液扩散机理对围岩注浆加固技术展开探讨。在相关假设基础上,建立了黏度时变性宾汉体浆液的柱-半球形渗透注浆模型。由宾汉体浆液的流变方程与流体黏度时变性方程,推导出了浆液的有效扩散半径,确定了合理的浆液控制范围和注浆孔布置方式,并对注浆前后瓦斯抽采效果进行验证,结果表明,注浆后瓦斯抽采纯量提升了25.3%。     

多孔介质中Bingham型浆液柱状渗透规律研究

为考虑多孔介质微观结构对浆液扩散规律的影响,在假定Bingham型浆液黏度随时间呈指数函数变化且浆液呈柱状渗透扩散的前提下,基于分形理论及毛细管模型,建立了考虑黏度时变性的Bingham型浆液在多孔介质中柱状渗透扩散的分形解析表达式.分析了注浆压力差、迂曲度、黏度时变系数、注浆时间对浆液扩散距离的影响.结果表明:注浆压力差、注浆时间相同时,迂曲度对浆液扩散距离影响显著,迂曲度较大的多孔介质中浆液扩散距离较小;注浆压力差、注浆时间相同时,黏度时变系数越大浆液扩散距离越小;不同迂曲度的多孔介质中,要在特定的注浆时间达到设计的扩散距离,注浆压力差随黏度时变系数增大呈非线性增大的趋势.在渗透注浆设计时应充分考虑多孔介质中孔隙大小的分形分布和实际流动路径的弯曲特性.     

考虑时变性的黏土水泥浆扩散规律理论分析

黏土水泥浆作为应用广泛的矿山注浆材料,需要对其在裂隙中的扩散理论做系统性的研究,优化长期以来依靠经验公式指导设计与实践的状态.基于流体基本方程,结合考虑时变性的广义宾汉姆流体本构方程,推导出钻孔注浆条件下,黏土水泥浆在裂隙中辐向扩散方程;对比了单次注浆时间较长条件下,浆液流变参数考虑时变性和不考虑时变性对注浆压力的影响...     

超细水泥材料注浆试验研究

为获得超细水泥材料注浆在破碎蚀变矿岩中的施工参数和扩散特性,论文在研究超细水泥粒径分布、水灰比和可注性等特性的基础上,以某矿破碎蚀变薄矿脉为试验场地,进行了注浆参数设计和现场注浆试验,分析注浆试验数据,获得了一系列相关的结论。分析结果表明：在试验段进行DMFC-1200超细水泥注浆的合适浆液水灰比为1.2:1.0;合理的注浆压力范围为2~6 MPa;浆液扩散半径范围为0.5~1.5 m,扩散区域主要集中在轻、中蚀变岩中。     

超高水材料单浆流变特性研究

对不同时间、水体积分数及温度条件下的超高水材料单浆的流变特性进行了测定,分析了时间、水体积分数和温度3种因素对浆液流变参数的影响。结果表明：超高水材料A、B单浆均属于参数时变性幂律流体,表现出剪切稀化特性;在实验涉及条件区间内,时间、水体积分数及温度会对材料单浆流变参数大小产生影响,但不会导致浆液流变模型的根本改变;浆液稠度系数和流变指数随单一因素变化关系可用3次多项式拟合。在此基础上,建立了流变参数在时间、水体积分数和温度3个因素综合影响下的变化关系式,可计算得到条件范围内任意状态浆液的稠度系数和流变指数。研究结果可以为管路设计、注浆施工等工作提供理论支持和指导。     

巷道围岩全断面锚注浆液渗透扩散规律研究

考虑巷道开挖扰动和注浆压力衰减对浆液渗透扩散规律的影响,基于拟连续介质假设,利用渗流力学理论推得围岩扰动应力和注浆压力耦合作用下的浆液非稳态渗透扩散基本方程;并运用多场耦合软件COMSOL建立了锚注浆液在围岩中渗透扩散的数值计算模型,系统研究了注浆时间、注浆压力以及注浆锚杆间距等锚注参数对浆液渗透扩散的影响。其结果表明:延长注浆时间可以减缓浆液压头在渗透扩散过程中的衰减而增大浆液在围岩中的扩散半径;注浆锚杆间距与浆液扩散半径之比小于等于1.41时,浆液将在巷道全断面围岩内形成完整注浆加固圈。最后将以上研究成果用于淮北袁店一矿新掘巷道的锚注加固设计中,经现场监测证明其有效地控制了巷道围岩的变形与破坏。     

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。     

松软破碎煤巷注浆加固技术与应用

为确定加固松软破碎煤巷合理的注浆参数,对不同水灰比条件下高水速凝材料单液浆和混合液浆流变曲线进行了回归分析,结果表明:各流变曲线相关系数均大于0.97,回归方程均符合宾汉体的本构方程,确定其流型为宾汉体,针对松软破碎煤巷孔隙率大、渗透系数大、有动压下表现出一定流动性特点,基于广义达西定律和球形扩散理论模型,采用注浆过程中浆液流型不变的假设,推导出宾汉体在松软破碎煤层中基于黏度时变性的有效扩散半径计算公式,进而确定注浆孔间排距和注浆压力的合理参数,与常用注浆参数计算 Maag 公式相比,因该公式没考虑浆液的屈服强度和黏度时变性,计算的注浆扩散半径偏大.该技术应用于大阳煤矿 3100 工作面回风巷注浆工程,取得了良好的维护效果.     

高压密封注浆试验系统的研制与应用

为研究高应力、高水压、高注浆压力条件下注浆浆液的扩散特征,研制了高压密封注浆试验系统。该试验系统由5个子系统组成,即装载系统、地应力加载和稳压系统、水压力加压与稳压系统、高压注浆系统、图像数据采集与处理系统。该试验系统可研究地应力、水压力、注浆压力与化学浆液扩散半径之间的关系,可研究化学浆液在被注介质内部的渗流与孔隙渗透规律。利用该试验系统进行注浆试验,根据试验结果给出合理的注浆参数,使平朔公司井工三矿综放工作面过风氧化带的注浆工程节约56%的注浆材料。     

基于黏度时变性的裂隙动水注浆扩散规律分析

为探究动水环境下黏度时变性浆液扩散规律，以NF水泥基浆液为研究对象，开展浆液黏度时变性试验，确定了黏度时变函数；基于水平集方法，通过在数值模型中自定义黏度时变性函数，实现了考虑浆液黏度时变性的动水注浆数值模拟，得到了考虑和未考虑黏度时变性的浆液扩散形态和扩散距离。结果表明：水灰比为0.6～1.0的NF水泥基浆液属于宾汉流体，其黏度随着时间的推移呈指数增长；浆液扩散过程中，流场中浆液黏度变化表现出稳定区和下降区2个阶段；其扩散形态由初始阶段圆形变化为椭圆形至最后稳定为U型；浆液扩散距离与时间呈正相关，并随水灰比的减小而减小；未考虑浆液黏度时变性所得扩散距离始终大于考虑浆液时变性所得扩散距离，且随着注浆时间的增加，浆液黏度时变特性对扩散距离的影响越显著。     

淋水软弱巷道注浆加固扩散机理与参数优化的研究

为了研究淋水软弱巷道注浆加固与封堵围岩过程中浆液渗透扩散机理并优化注浆参数, 采用流固耦合数值分析方法探索浆液在岩体中的运动扩散规律,并给出合理注浆压力、时间与浆 液水灰比;基于弹塑性与渗流理论分析水渗透压作用下注浆加固半径与塑性区大小关系,确定合 理注浆深度。 研究结果表明:高水黏度时变特性浆液在岩体中的扩散范围随着压力、水灰比和注 浆时间增加而增大,针对石碣峪矿井地质生产条件,合理注浆压力为２*５ＭＰａ,水灰比为２∶１,注浆 时间约为３０ｍｉｎ;随注浆半径增大塑性区半径减小,但减幅变小,得出合理注浆半径约为１０*２９ｍ; 在注浆半径５*５ｍ、渗流压力０*５ＭＰａ下,巷道围岩塑性区半径为２*８４ｍ,大于无渗流塑性区半 径２*１０ｍ;在深孔锚索注浆治理淋水软弱巷道中采用优化后的注浆参数,取得了良好的效果。     

地面L型定向分支孔注浆加固煤层顶板厚风氧化带技术研究

针对薄基岩、厚风氧化带下综采工作面顶板压力大,易形成出水、压架事故的工程问题,采用一种新型L型定向分支孔结构对顶板厚风氧化带进行了地面预注浆,设计了合理的注浆参数和施工技术措施。工程实践结果表明：采用地面多渗透源的注浆方式加固顶板风氧化带,注浆压力大,改善了上覆围岩结构的力学行为,封堵了砂岩裂隙水和上部含水层的导水通道,配套高强液压支架,实现了安全回采,为同类地质条件下工作面开采提供了一种新的技术途径。     

煤层底板多分支水平井渗透注浆扩散规律数值模拟研究

多分支水平井注浆堵水技术在矿井水害治理工程中应用很广泛,但深部地层注浆扩散范围缺乏定量表征方法,分支井水平间距、埋深设计因此缺乏理论依据。本文针对多分支水平井渗透注浆工艺,满足考虑岩层渗透率各向异性和水泥浆液、孔隙水两相渗流行为,构建了渗透注浆扩散的数值模型和简化的扩散半径理论模型,并结合实际工程案例开展了渗透注浆浆液扩散数值模拟工作。结果表明,各向异性地层中渗透浆液扩散范围呈现椭圆形,椭圆长轴沿着渗透率较大的顺层方向,椭圆短轴则垂直于层理面方向,为分支井间距、埋深设计和渗透注浆关键参数优化提供了参考依据。     

综采面过断层泥质破碎带注浆加固技术研究

以110203工作面过F18正断层为工程背景,根据现场实际情况确定采取留底煤、割顶岩的工作面过断层方式,在过泥质破碎带时进行预注浆加固,并依据工作生产情况对注浆工艺进行设计,注浆钻孔注浆压力为4～6MPa,单孔注浆量为400kg,注浆浆液有效扩展半径为2.5m。通过注浆提高了泥质破碎带内岩体的稳定性、完整性,改了岩体物理力学性质,通过马丽散的胶结作用,在泥质破碎岩体间形成"骨架"结构,提升岩体强度。现场应用表明,在综采工作面采取注浆加固技术后,断层泥质破碎带内的岩层稳定性显著提升,有效避免工作面回采时顶板冒落、片帮等问题,确保了工作面生产安全。     

基于泥砂介质的注浆渗流-渗透过程分析与力学机理

为研究泥砂介质中注浆扩散过程及其通道渗流与孔隙渗透的力学机理,基于高压密封注浆实验系统进行注浆实验,得出注浆扩散过程是由浆液在通道渗流和通道周边孔隙渗透组成。运用流体力学推导分析了指形渗流通道内液体渗流过程的压力变化,得出浆液压力损失随浆液黏度、渗流通道长度、注浆量的增大而增大,随着浆液渗流孔径的增长而减小;推导了单相指型通道周边孔隙渗透的扩散半径关系式,提出了改善注浆效果的措施,该措施在中煤平朔井工三矿过风氧化带工程实践取得很好的效果。     

河南某铅锌银矿超细水泥材料注浆试验

在分析超细水泥粒径分布、水灰比和可注性等特性的基础上,对河南某铅锌银矿破碎蚀变薄矿脉进行超细水泥现场注浆试验。结果表明,以DMFC-1200超细水泥注浆的合适浆液水灰比为1.2∶1.0,合理的注浆压力范围为2.0~6.0 MPa,浆液扩散半径范围为0.5~1.5 m,扩散区域主要集中在轻、中蚀变岩中。     

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...     

孔隙裂隙砂岩渗透注浆试验研究

西北地区广泛发育着弱胶结、强富水的孔隙裂隙砂岩层,在矿井建设中存在普通颗粒型浆液难以注入该岩层,注浆防水减渗效果差等实际问题。以新庄煤矿风立井井筒建设为工程背景,以室内试验为基础,选取典型的孔隙裂隙含水砂岩,采用超细水泥和脲醛树脂两种浆液进行重复四次注浆试验,其中前两次注超细水泥浆液后两次注脲醛树脂浆液。试验结果表明:重复注入超细水泥浆液能够很好充填岩石中较大的孔隙裂隙;而对于超细水泥浆液无法注入的微细孔隙裂隙,重复注入溶液型化学浆液可以充填颗粒型材料无法注入的微细孔隙裂隙;随着注浆次数的增加岩样的渗透系数减小,说明浆液在孔隙裂隙中的充填效果明显;颗粒型浆液和溶液型浆液结合使用能够起到很好的防渗堵漏效果。     

再生顶板结构及巷道注-锚支护研究

为提高巷道再生顶板锚杆支护效果,通过理论计算得到再生顶板冒落带与裂隙带高度以及冒落带以上各岩层断裂步距;通过现场观测及钻孔窥视得出再生顶板不规则冒落带岩块压实胶结特征,从而建立再生顶板结构模型;基于该结构模型,采用UDEC软件模拟再生顶板下巷道掘进后锚杆支护和先注浆后锚杆支护巷道顶板的变形、应力、塑性区分布及锚杆轴力变化。结果表明:仅采用锚杆支护时巷道顶板控制效果较差;注浆后浆液最大扩散范围为8 m、边缘浆液压力为中心的20%,浆液将松散岩块黏聚为高强度的承载结构,与不注浆锚杆支护相比,锚杆锚入此结构后锚固体强度提高20%~50%,岩块挤压力提高40%~110%,顶板下沉量减小36%,有效控制了再生顶板的变形破坏,工程试验效果良好。