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。     

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...     

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...     

深埋巷道耦合注浆浆液扩散范围及加固特性研究

围岩破碎的深部巷道存在围岩强度不足、底鼓严重等问题,亟需有效的支护手段进行巷道围岩加固。借助COMSOL数值模拟软件,构建巷道耦合注浆加固的注浆扩散模型,以压力等值面作为注浆扩散指标,得到了不同注浆加固方式下的注浆扩散范围,并将所得注浆扩散范围模型导入3DEC进行注浆加固特性研究;以王家岭煤矿12101工作面运输巷围岩加固为工程背景,研究了运输巷原支护方式和深浅孔-高低压耦合注浆加固的不同加固效果。结果表明：该注浆扩散范围划分方式合理,能较好地满足工程实际;与原支护方式相比,采用耦合注浆的支护方式对巷道进行加固后巷道安全性得到较大程度的提升。     

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。     

煤体裂隙非均质分布对注浆渗透扩散规律的影响分析

注浆改性加固技术是改进裂隙煤岩稳定性的一种有效方式,探究并查明裂隙煤体浆液渗透扩散规律对于优化设计注浆参数具有重要意义。传统注浆渗透扩散模型未考虑煤体中裂隙非均质分布的影响,导致前期模拟计算结果与现场实际取得数据有较大误差。基于山西经坊煤业3-边角091运输大巷巷道迎采送掘工程,提出了基于数字照相与数字图像处理技术的煤体裂隙率识别方法,建立了基于Weibull分布的裂隙非均质性表征模型,利用多物理场耦合软件COMSOL建立了裂隙非均质分布的浆液渗透扩散数值计算模型,研究了平均裂隙率、裂隙分布均质性指数等参数对浆液扩散距离、浆液压力分布的影响规律,结果表明：平均裂隙率越高、裂隙分布均质性指数越大时,浆液压力越大,浆液渗透扩散速率越快,但当裂隙分布均质性指数达到一定程度后,模型中裂隙率分布趋近均匀,对浆液渗透扩散距离影响较小。与传统均质性模型相比,非均质模型的预测浆液渗透扩散距离减小了16.9%,与实际工程中不均匀渗透扩散规律相符,对于指导裂隙煤体注浆设计具有一定的参考意义。     

和睦山巷道注浆扩散规律研究

针对和睦山-300 m水平巷道围岩破碎,导致巷道变形严重的问题,采用深浅孔耦合注浆加固方案,改善围岩物理性质,并运用大型有限元软件COMSOL研究水泥单浆液的扩散,揭示浆液的扩散规律及形成注浆加固圈需要的注浆时间,以确定注浆参数。     

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。     

底板巷注浆变形破坏特征的相似模拟研究

随着能源需求的增加和开采深度的不断增加,浅部资源日渐枯竭,矿井已进入深部开采阶段,所面临的工程灾害也日益增多,尤其是瓦斯突出对矿井的高产高效的开采带来了巨大威胁,采用底板巷对工作面进行提前预抽瓦斯是瓦斯治理的一项主要措施。由于鹤煤公司三矿4101底板巷和4101运输巷相距10 m以内,底板巷受到多次扰动,4101底板巷变形严重,因此需要对底板巷进行全断面注浆,来控制底板巷的稳定。运用相似模拟试验的方法,分别观测底板巷注浆和未注浆下其上部轨道巷的变形破坏情况,通过从巷道围岩的位移变化规律和围岩裂隙演化规律等方面进行对比,结合相似模拟实验结果可以看出,底板巷注浆提高了其上部巷道围岩稳定性,并为同类地质条件底板巷注浆变形破坏特征相似模拟提供了一定的借鉴。     

煤矿巷道支护方案与支护参数优化设计研究

为了确保矿井巷道的稳定性,分析了原有围岩赋存条件以及原有巷道破坏现状,根据巷道受到采动影响后围岩变形失稳情况,对原有巷道支护方案与支护参数进行了优化,施工工艺主要采用刷帮挑顶假U型棚、喷浆封闭U型钢棚、浅孔充填注浆、顶部加强锚杆支护、底板钻孔卸压联合控制、帮顶深孔注浆强化围岩和帮顶部锚索加固等施工工艺,最后通过矿山压力观测,验证了该技术的实用性。     

巷道支护设计方法研究

为了确保矿井巷道的安全支护,采用现场锚杆拉拔试验,分析了原有巷道的支护的物理力学参数以及顶底板岩石完整性程度,得到了前期断面中支护锚杆的极限剪切抗剪强度和锚杆荷载传递规律等锚杆设计参数,依据现场锚杆拉拔试验结果,对原有巷道支护参数设计进行了优化,结合现场监测的反馈信息,得出优化后的巷道可以满足支护要求。     

巷道锚杆—锚索耦合支护参数研究

根据某工作面实际工程概况,分析了巷道锚杆—锚索耦合支护参数,设计了3种支护参数,模拟分析了巷道回采和掘进期间围岩变形特征,得到了最佳支护形式,然后采用数值模拟软件,分析巷道支护参数合理性,主要分析了锚杆预紧力、锚索长度、顶板锚杆数量等。研究为相似条件下巷道支护提供指导。     

不同支护方式下巷道围岩变形破坏规律分析

为了维护巷道围岩的稳定性,确保矿井顺利安全开采,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,从理论上分析了体积应变为零、体积应变不为零、应变软化条件下圆形巷道围岩弹塑性力学特性,分析得出,巷道大变形力学模型应采用应变软化模型条件下圆型巷道弹塑性力学模型;数值模拟分析了不同支护方式下巷道两帮等效应力分布、锚杆轴力分布规律以及巷道围岩位移变化规律,研究表明,采用棚索耦合支护,能够有效控制围岩变形。     

厚煤层巷道矿压显现规律研究

针对厚煤层开采时矿压对巷道的影响的问题,从理论和实践上阐述位于厚煤层内的区段集中巷、采区上（下）山及大巷整个服务期间采动影响过程中的矿压显现规律和围岩变形,以及厚煤层巷道的维护技术。利用FLAC^3D数值模拟软件,分别分析了采动条件下厚煤层区段集中平巷顶板压力规律以及采动条件下厚煤层区段集中平巷顶板位移规律。提出要掌握巷道的围岩性质及其对巷道维护的影响,合理确定护巷煤柱宽度,在邻近煤层开采中,采用上部煤层在厚煤层上方跨采,或者厚煤层巷道开掘之前上部煤层预先开采等卸压措施。从而避免了厚煤层开采过程中矿压对巷道的影响,保证了煤矿的安全高效回采。     

巷道围岩松动圈测定及支护参数优化

为了对巷道进行有效支护,确保巷道的稳定性,基于研究巷道实际工程概况,采用电磁雷达法对巷道围岩松动圈进行测试,根据不同测线的雷达探测曲线,得到了研究巷道围岩松动圈级别;优化了巷道支护参数,主要包括顶板锚索、帮锚索、顶帮锚杆、一次喷浆、二次喷浆、道底板圆弧形卸压槽的开挖及底板注浆锚索加固等,并进行了巷道表面位移观测。研究得出,优化后的巷道支护能够有效控制巷道围岩变形。     

矿井深部软岩巷道锚注一体化支护应用研究

针对平煤一矿-950 m水平下延回风上山埋深大、应力高、围岩强度低、支护难度大等特点,基于锚注一体化支护技术进行锚注参数设计,提出了以直径25 mm全螺纹高强中空注浆锚杆和直径29 mm螺纹肋中空注浆锚索为核心的全断面锚注一体化支护方案。工程实践表明,锚注参数设计合理,锚注加固强化了巷道整体性,改善了巷道围岩的承载性能,有效控制了巷道变形,支护效果得到显著提升,巷道稳定性明显提高,且支护成本降低,工艺简单。