斜井穿越风积砂层水砂突涌注浆治理研究

陕西榆林金鸡滩煤矿副斜井井筒表层广泛分布厚层风积砂,由于短时间内载重运输车的重复碾压,导致斜井底板破裂,发生水砂突涌灾害,严重威胁矿井安全。针对金鸡滩煤矿副斜井水砂突涌灾害治理难题,工程前期采用水泥注浆治理,起到了很好的固砂减水效果,但是并未完全封堵涌水通道;后期通过补注化学浆液,成功封堵了残存涌水通道。结合工程实践与模型试验,分析了斜井底板破裂原因、注浆治理效果及不同种类浆液的固砂堵水机理。现场治理效果与模型试验结果表明,水泥浆液主要以树根状劈裂脉固砂为主;化学浆液以劈裂和渗透堵水为主,在封堵残存涌水通道上更具优势,因此两种类型浆液配合使用效果更佳。本文研究结果可为该类水砂突涌灾害注浆治理提供试验依据和参考。在充分分析现场工程现象的基础上结合现场模型试验,对水泥浆液和化学注浆的扩散特点以及固砂堵水机理进行了研究。结果表明水泥浆液主要以树根状劈裂脉固砂为主,并不能完全封堵涌水通道;化学浆液以劈裂和渗透堵水为主,在封堵残存涌水通道上更具优势。并提出了两种类型浆液配合使用效果更佳的观点。     

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。     

矿井裂隙动水注浆堵水研究

以浆液的黏度变化和浆液在动水裂隙中的扩散形态及凝结固化机理为基础,对注浆封堵裂隙水技术进行分析,采用相似模拟、数值模拟进行研究,得到水颗粒沉积机理和浆液注入动水的压力场变化规律。结果表明,浆液在沉淀充填范围内根据浆液沉积充填浓度可分为可凝结固化区和不可凝结固化区;随着注浆速率增加,浆液稳定状态范围变大,发生沉积充填有效凝结范围变大;当动水速度增加时,浆液扩散范围逐渐减小,沉积充填范围也越来越小。     

含不同预制裂隙相似试样的注浆诱发劈裂裂隙扩展规律研究

为了研究煤岩中不同位置、角度和尺寸的裂隙对注浆诱导裂隙劈裂的影响,采用物理相似模拟试验的方法,在煤岩相似试样中设置不同的预制裂隙进行注浆试验,并基于相似试样断面情况、声发射监测结果和泵压曲线,对含预制裂隙相似试样的裂隙劈裂扩展规律进行研究。研究表明:预制裂隙与注浆孔不相交时,含预制裂隙的煤岩相似试样注浆劈裂裂隙的发育过程包含劈裂贯通、浆液填充、裂隙劈裂、劈裂扩展4个阶段;随着预制裂隙尺寸的增大,劈裂裂隙越易向着预制裂隙的方向发育;与预制裂隙贯通后,新发育的劈裂裂隙更倾向沿着预制裂隙的角度向外扩展;相交时,无劈裂贯通阶段;预制裂隙位置、角度和尺寸影响甚至决定着劈裂裂隙的发育方向。     

西露天矿采剥影响下电厂地表变形监测及治理

为了有效减缓抚顺发电厂因西露天矿采剥的变形和破坏,利用优化的变形监测网络,通过对大量监测数据的分析比较,研究了位于抚顺西露天矿边坡坡顶上,受该露天矿采剥及区域复杂地质条件影响的抚顺发电厂厂区的变形破坏机理.在此基础上,提出了将具有充填胶结性能的材料配成浆液,以高泵压为动力源,通过注浆设备将浆液注入到地层,浆液以渗透、充填、劈裂和挤密等方式扩散,使土颗粒间或岩体裂隙得以固结的静压注浆治理方案,方案经过实施,取得了较好的效果,高压注浆技术防治地表变形使抚顺发电厂的地质灾害得到了有效的控制.     

破碎围岩体分层注浆加固机理探析

介绍了传统注浆加固工艺的基本原理,剖析了在注浆过程中容易发生浆液堵塞和浆液泄露的原因;针对传统注浆工艺存在的不足,提出了分层注浆加固的新型注浆工艺,分析了分层注浆加固工艺机理,介绍了分层注浆加固工艺流程和浆液扩散规律;对分层注浆加固的注浆时机、浆液压力、浆液扩散半径以及封孔长度等注浆参数进行了研究.     

破碎煤岩化学注浆加固工程地质模型试验研究

利用现场工程地质条件和注浆数据,建立了室内裂隙网络注浆模型,采用改性脲醛树脂等注浆材料,进行了注浆模拟试验研究,研究了化学浆液在裂隙网络中的扩散范围和扩散路径,得出了静压注浆工程中浆液与岩体主要耦合作用为充填粘结作用和渗透作用.利用试验结论对已有注浆量的估算公式进行了修正,得出了针对破碎煤岩体的注浆量估算公式.研究结果对采用化学注浆方法加固综放工作面及破碎煤体、防治冒顶事故的发生提供了科学依据.     

复杂构造围岩巷道定量注浆加固技术研究

为解决复杂构造围岩体支护难、围岩变形量大的问题,采用定量劈裂注浆加固技术对李村煤矿二采区辅运巷断层、陷落柱段进行注浆加固,提高复杂构造围岩体的整体承载能力。根据构造围岩体劈裂注浆形态和破碎围岩壳体支撑技术,建立注浆加固后壳体承载力学模型,推导出保障构造围岩稳定的临界承载壳体厚度,给出构造围岩体定量注浆加固表达式;采用3DEC数值模拟软件进行浆液扩散规律的分析,得出注浆压力、裂隙开度与浆液扩散半径及扩散形态之间的关系,并进行定量劈裂注浆加固方案的设计与实施。结果表明:注浆加固实施后,巷道0～3 m范围内的破碎围岩被有效地胶结在一起,形成了承载壳体,解决了围岩变形量大的问题,注浆效果显著。     

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。     

不良地质体注浆细观力学模拟研究

从细观力学角度着手研究岩土等离散介质的变形和受力特性是一种重要的方法,基于细观力学理论的PFC2D数值仿真试验技术,可以从细观角度揭示注浆过程中拉压应力场的分布、土颗粒的变形运动及其与浆液的耦合作用过程等注浆进程的发展动态,为软弱土、风化岩和破碎带等不良地质体的注浆加固分析研究提供了一种新的途径。基于流固耦合原理的PFC2D颗粒流数值模拟程序,运用其内置FISHTANK函数库和FISH语言,分别定义流体域的流动方程和压力方程,对注浆过程中浆液的扩散过程、形态及颗粒的位移情况进行了数值模拟计算。通过调节PFC命令流中的hist,n_bond,s_bond和measure等参数,实现了颗粒体位移变动的追踪,并揭示了不同深度土体浆液的扩散规律和地层孔隙率改变等细观机理。数值计算表明,注浆压力对地层结构的改变和破坏作用十分显著,黏结强度增加劈裂效果逐渐变差,孔隙率随注浆压力提高则显著增大。基于Mohr-Colomb准则的弹塑性理论对钻孔周围土体的应力场进行理论推导,指出环向受拉径向受压的力学机制是劈裂注浆作用方式出现的根本原因。浆液黏度增加有利于提高劈裂...     

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。     

复杂构造破碎带石门注浆加固技术研究及应用

为了对鹤煤八矿-655轨道石门处破碎围岩进行注浆加固,本文基于牛顿体浆液,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,建立了柱-半球形渗透注浆模型,计算出了浆液的有效扩散半径,确定了浆液有效控制范围和合理的注浆孔布置方式,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%.     

化学注浆防治立井二次涌水透明土试验研究

为了研究立井工作面化学注浆浆液的扩散机理,采用新型透明土模型及无损光学观测技术,并设计了化学注浆模拟装置,利用激光与CCD相机完成了透明土模型内部的渗透注浆过程可视化。图像结果显示化学浆液在重力作用下呈"梨形"扩散,即垂向扩散距离大于横向扩散距离,与传统"球形"扩散理论有所不同。以在建的核桃峪煤矿立井为例,依据模型试验结果提出了化学注浆治理立井工作面二次涌水的注浆孔设计方法,即偏安全考虑减小群孔间距。工程施工结束后,整个井筒工作面涌水量由施工前大于30 m~3/h降到小于3 m~3/h,堵水率达90%,达到了防水堵漏的要求。     

劈裂注浆加固技术及研究进展

作为不良地质体的有效加固手段,劈裂注浆技术目前已在土木、水利和矿业等工程中发挥着重要作用。针对劈裂注浆技术研究取得的许多创新性的成果,笔者对这些最新研究进展进行阐释与述评。分析了劈裂注浆的发展过程及扩散半径计算方式,然后基于弹塑性力学的基本原理,对裂隙岩体的劈裂注浆力学机制、考虑荷载非对称作用下劈裂注浆压力的计算方式、脉动注浆浆液扩散规律及劈裂注浆加固效果等进行了总结,从试验层面对劈裂缝产生及分布规律、"浆-土"耦合效应对劈裂注浆规律的影响和土石分层介质劈裂注浆效果的差异等创新研究成果进行了阐释,最后结合离散元和有限元数值计算对劈裂扩展动态进行了进一步揭示。劈裂注浆理论和试验研究一系列创新成果的取得,必将推动劈裂注浆技术向着精细化管理和精细化质量水平方向迈进。     

劈裂灌浆加固黄土地基的探讨

对黄土地基中劈裂灌浆的机理和各灌浆参数的确定进行了有益的探讨，划分了黄土地基劈裂灌浆的三个阶段，指出在黄土地基中，浆液首先沿固有裂隙或软弱面劈裂，且在没有附加荷载的半无限体地基中，发生水平劈裂和纵向劈裂的起裂压力基本相等，并通过工程实例，提出了几个值得商榷的问题。     

基于光纤应变测试技术的井筒壁后注浆井壁变形监测

引用分布式光纤应变测试技术对井筒壁后注浆期间的井壁变形进行监测,获得了注浆期间井壁应变量的实时数据。分析发现,壁后注浆期间,井壁的变形主要为压缩变形,且变形一直在增大,应变量增长主要发生在水泥注浆初期及化学注浆期间;水泥注浆过程中井壁的应变与注浆点的位置较为吻合,说明水泥注浆浆液扩散的距离有限;化学注浆期间,应变增长集中位置与注浆点所在的位置有差异,说明化学浆液在壁后扩散的距离较远。     

分层劈裂注浆作用机理及应用

在理论上分析了分层劈裂注浆的作用机理,并以在上海某地铁工程中的应用为例,说明了注浆压力和注浆浆液流量是影响注浆效果的关键参数。     

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。     

分层劈裂注浆技术在地铁建设中的应用

分析了劈裂注浆的作用机理，同时以上海地铁工程中的施工与监测为例，介绍了注浆工艺、注浆效果以及影响参数，认为注浆压力和浆液流量是影响注浆效果的关键控制参数。     

工作面上覆松散含水层注浆改造及其效果检验北大核心

为解放浅部“四含”煤柱资源,以五沟煤矿一采区1010-1工作面为试验对象,采用劈裂注浆法,连续与间歇注浆相结合的注浆工艺对“四含”及其底部基岩风化带进行注浆加固试验。结果表明:“四含”治理区岩性复杂,富水性弱,主要接受侧向区域径流补给,注浆改造工程将采用地面直孔结合定向斜孔逐排施工驱水固沙方案;混合浆液强度受制于粉煤灰掺比比例,且混合浆液强度、结石率均高于水泥净浆,粉煤灰掺量为20%时,结石率最高;浆液在“四含”中扩散极不均一,注浆过程需通过控制注浆量控制浆液扩散范围,注浆对地表影响体现在浆液扩散和压力传导,并以压力传导为主;注后取心孔样品真密度略有增大,含水率略有减小,抗压强度、抗拉强度、抗剪强度略有增大;基岩风氧化带注浆后岩层抗压强度随采样深度增加呈现先增大后减小再增大的趋势,其抗压强度增强约2~5倍。