基于颗粒流方法的煤层注浆细观力学特性模拟研究北大核心

注浆法是松软煤巷加固的常用方法之一,通过颗粒流模拟方法,对煤层的注浆过程进行了细观模拟研究,探究了不同煤体强度及注浆压力下的注浆效果,获取了浆液在煤层中的扩散形态。结果表明:煤层注浆经历“渗透-快速劈裂-缓慢劈裂-稳定”阶段,注浆过程中裂隙的扩展主要由裂隙尖端拉应力引起,在浆液压力作用下,裂隙尖端形成拉应力集中,达到启劈压力时浆液劈裂煤层;注浆压力及煤体强度对注浆效果均具有较大影响,注浆压力的增长对浆液扩散半径影响程度逐渐减小;煤体抗压强度越小,注浆扩散半径越大,裂隙发育越充分。     

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...     

砾岩含水层帷幕浆液运移规律与改性效果分析

注浆帷幕截流是深部矿井水害治理的主要技术手段之一,针对淮北矿区朱仙庄煤矿8号煤层水害防治问题,采用CT扫描与室内试验测试得到受注砾岩孔裂隙分布及岩石力学特征,利用COMSOL Multiphysics软件建立了受注砾岩层的孔隙介质与孔隙-单裂隙介质2种数值模型,分析了帷幕墙注浆截流效果。研究结果表明:浆液在孔隙介质中的运移范围随注浆时间的增加而增大,浆液运移稳定后的扩散范围为10.12～10.44 m;孔隙-单裂隙介质数值模型中,浆液运移形态沿裂隙方向对称,浆液运移优先进入裂隙通道,随后沿裂隙方向扩散至孔隙介质中,随注浆时间的增加,浆液运移范围逐渐增大并最终趋于稳定,孔隙-单裂隙介质中浆液的纵向扩散范围为10.05～10.23 m,横向扩散范围为16.30～16.98 m;根据数值计算结果,提出了注浆孔间距为20 m、两排注浆孔交错布置、有效宽度约为40 m的帷幕截流方案。最后,通过注浆前后砾岩物理力学性质对比分析与现场放水试验的方法,验证了帷幕墙截流效果良好、注浆孔间距布置合理。     

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...     

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...     

井筒地面预注浆中浆液扩散距离的探讨

地面预注浆法已成为立井井筒特殊凿井施工技术的1个重要组成部分,然而,井筒地面预注浆的理论研究却滞后于施工工艺的发展。在实际工程应用中,一直凭借施工经验来确定注浆浆液的扩散距离,导致只能估测浆液形成的堵水帷幕厚度;利用单裂隙层状岩体渗流模型,通过研究注浆浆液在裂隙岩体中流动的规律,并结合工程实例,分析影响浆液在基岩中扩散距离的因素。     

大众煤矿新副井井筒壁后注浆堵水技术参数的计算确定与应用

为有效充填井筒壁后空间和围岩裂隙,封堵井壁漏水,减小井筒总漏水量,改善井筒环境,降低淋水对井筒内设施的腐蚀破坏,延长井筒服务年限,对井筒结构、工程质量（漏水段岩石性质、水源、漏水点大小及涌水量大小等因素）进行调查分析,计算确定了注浆带范围、方式和施工顺序、浆液类型及注浆参数。采用分段注浆,控制注浆压力,防止注浆压力过高破坏井筒壁的强度,造成井筒壁破损,保证防止浆液流失,有效解决了矿井井筒井下渗漏水问题,同时起到了充填、加固和堵水的作用。     

饱水岩溶裂隙岩体注浆改造关键参数的确定方法

分析研究了岩溶裂隙类岩体中空隙的结构特征,重点分析了饱水岩体中注浆浆液扩散特征的主要影响因素及其浆液在不同结构空隙中扩散运动的阻力条件,计算分析了不同参数对注浆浆液运动扩散的控制与影响特征,得出了影响浆液扩散的主要因素。以平面裂缝间环形浆液流动条件为例,推导得出了浆液在裂缝中流通量的计算公式。最后得出了有效注浆压力确定的计算方法。     

水泥尾砂浆在某矿充填封堵中的应用

某矿水文地质条件复杂,矿井开采过程中曾发生过突水现象,为保证矿床的安全开采,在矿井四周建设止水帷幕。通过进行水泥尾砂浆室内试验,掌握浆液的性能参数,结合帷幕注浆截流工程的现场施工经验,对水泥尾砂浆与水泥黏土浆浆液进行对比,提出水泥尾砂浆的优势、适用范围及施工过程中要注意的问题,为防止注浆孔随深度增加而提高注浆压力后产生地表冒浆,以及加强溶洞等宽大裂隙的强度,利用水泥尾砂浆进行充填注浆,取得很好的封堵效果,对类似项目施工起到一定的指导作用。     

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...     

构造破碎带大巷顶板淋水注浆封堵技术

针对赵庄二号井西轨大巷构造破碎区巷道围岩变形、喷浆层开裂、顶板淋水的问题,通过分析巷道顶板淋水来源和围岩结构特征,提出了该巷道淋水封堵原则,并通过现场试验的方法,对大巷围岩顶板和巷帮封堵注浆施工顺序、注浆钻孔管路固定、封孔工艺以及注浆压力等技术工艺进行了分析。工业试验表明:巷道围岩浅部节理裂隙通过构造裂隙与巷道顶板裂隙含水层导通,是形成巷道顶板淋水的原因。提出了"先帮后顶,帮部由下向上,顶板先两侧后中间"的累积注浆施工工艺,确定该巷道顶板注浆压力为2~4 MPa,巷帮注浆压力为4~6 MPa。     

岩溶裂隙产状对帷幕注浆施工及堵水的影响

以南李庄铁矿帷幕注浆工程为例,通过对钻探岩芯裂隙发育的统计整理,分析了水平、斜向和垂向3种裂隙产状对注浆扩散效果的影响,同时结合矿区构造发育特征,评价了帷幕线与裂隙之间组合形式对注浆施工及工程质量的影响,为类似工程的设计施工及堵水效果评价提供依据。     

花岗岩地质条件下的帷幕灌浆试验研究

针对水利水电大坝特有的花岗岩地质条件,灌浆施工方法较为复杂,因此进行花岗岩地质条件下的帷幕灌浆试验研究是必要的。通过对灌浆施工方法、灌浆压力、灌浆浆液进行比选,灌前透水率、灌浆材料耗量、帷幕形成情况论证分析,结果表明:灌前透水率随着排序的增加,灌浆孔透水率逐渐减小,随着孔序的加密,灌前透水率在逐渐减小,灌前灌浆孔透水率小于5 Lu的所占比例较少,灌浆具有一定的可灌性。单位注灰量随着排序的增加逐渐减小,随着孔序的加密,各次序孔单位注灰量在逐渐减小,说明灌浆后岩石裂隙得到了较好的填充,地层逐渐被灌注密实,岩石的抗渗透性有了明显的提高,灌浆效果明显。各个孔均能够找到与岩石胶结的水泥浆脉,透水率均小于5 Lu,证明设计终孔高程是合理的,形成符合设计要求的阻水帷幕。     

深矿钻孔帷幕灌浆的数值模拟与应用

深矿钻孔帷幕灌浆受到钻孔的垂直度、钻孔灌浆压力和扩散半径等因素的影响,使得灌浆的技术难度加大,直接影响帷幕的形态及防渗效果。采用基于UDEC离散单元程序的数值模拟方法,对深孔帷幕灌浆压力的扩散分布及浆液的流动扩散形态进行模拟,可以为深孔帷幕注浆工程设计和施工提供参考和指导。     

铜多金属矿帷幕注浆堵水方案研究

结合江西乐平市月形铜多金属矿帷幕注浆堵水工程,主要阐述了矿山发生涌水灾害后治理的方法选择及治理工序,并对注浆法的施工工艺加以研究和推广,同时简单介绍了施工过程中一些常见问题及处理对策。根据该工程的工程地质条件、工程性质、预算等限制条件选择高压孔内循环式注浆;下行式分段注浆方式方法。浆材为水泥粉煤灰和水泥粘土浆两种,必要时加入适量水玻璃。最后,通过钻心、压水对比和面波检测确定注浆是否达到工程要求。     

矿山帷幕注浆方案研究及堵水效果综合分析

在分析中关铁矿水文地质条件的基础上,确定了该矿山治水采用全封闭帷幕注浆的堵水方案。在施工过程中,对西线帷幕注浆工程采用叠加效应分析、离散性分析、高密度物探测试及检查孔检验等手段进行注浆幕体施工质量及防渗效果检查和评价,结果表明,帷幕注浆参数设计合理,帷幕体具有较好的抗渗性能,可满足矿山治水和安全开采的要求。     

矿山帷幕注浆与水利工程基岩帷幕灌浆的差异性探讨

在经历了我国水利水电建设的高潮期以后,水利设施基岩帷幕灌浆技术已经趋于成熟。近年来,随着国家大力倡导绿色矿山建设,矿山帷幕注浆技术开始得到重视,国内众多大水矿山已经采用帷幕注浆技术进行防治水,但发展相对滞后,技术标准大多仍参照水利帷幕灌浆。鉴于上述情况,结合帷幕注浆设计与施工中遇到的一些问题,从注浆目的、防渗标准以及注浆参数（孔深、压力、段长等）等方面分析了矿山帷幕注浆与水利基岩帷幕灌浆的差异性,并对矿山帷幕注浆工作提出了建议,矿山帷幕在上述方面具有其独特性,在矿山帷幕注浆规程规范中应当进行改进和完善。     

深埋富水岩溶隧道帷幕注浆参数优化分析

深埋富水岩溶隧道在施工过程中经常会发生突水和涌泥,严重影响施工进度,甚至会发生严重事故,造成重大经济损失.对于深埋富水地区的隧道,如何有效控制涌水,保证围岩稳定,对工程建设的安全有着重要的影响.以成都至贵阳的应山岩隧道富水段为例进行了模拟研究,利用有限元软件ABAQUS对隧道帷幕注浆进行数值模拟分析,通过对数据进行分析...