采场破碎煤体注浆加固渗流规律研究

为了解决日益增多的煤矿中煤壁片帮事故,用化学树脂浆进行注浆煤体加固．在采场煤体破碎机理研究基础上以支承压力峰值点为分界点将采场注浆区分为塑性区和弹性区两个渗透物理模型来对煤体注浆加固渗流规律进行研究．把塑性区破碎煤体作为各向同性介质来建立注浆物理模型,基于塑性区渗透物理模型、质量守恒和达西定律建立了塑性区注浆渗流数学模型,通过插值方法对模型进行了解算,得到了塑性区浆液渗流规律,并在现场进行了破碎煤壁注浆加固试验和注浆渗流规律解算,结果表明通过化学树脂浆进行塑性区煤体注浆加固是可行的．     

斜井施工过程砂岩水注浆封堵技术

介绍了斜井砂岩条件下裂隙水的封堵技术,结合实际选择了合理的参数和施工工艺,制定了注浆堵水安全措施,总结了封堵技术效果。     

基坑防渗体局部失效渗流场变化特征

采用三维有限元方法分析了基坑开挖工程在防渗体出现局部失效情况下,引起渗流在失效部位的集中及渗流场空间状况.提出了以一维通道嵌入三维块体的方法模拟管涌发展过程及渗流场变化特征.讨论了管涌通道渗透性对基坑管涌发展规律的影响.     

深层引流浅层注浆在巷道砂岩岩壁涌水中的应用

对巷道直接揭露的砂岩裂隙水注浆封堵时,使用中空螺旋注浆锚杆实现了浅层注浆加固,施工较大口径钻孔对围岩深层实现了引流泄压,并引导浅层注入的浆液向深层运移。注浆中使用了优于水泥-水玻璃的水泥-GT浆液。施工中结合使用了连通试验和注水试验,以及水泥-GT浆液的初凝时间配比试验等。     

工作面预注浆在治理砂砾岩涌水中的应用

文家坡矿井筒具有深度大、断面积大、水文条件复杂等特点。文章通过对回风井基岩段洛河组砂砾含水层特性的分析,运用工作面预注浆技术,较好地解决了井筒涌水、淋水问题,加快了施工进度,确保了工程质量。     

地表预注浆治理井筒涌水实践

介绍了田兴铁矿2#副井利用“S”型钻孔技术绕过已经完工的井筒和马头门,对井深260 m以下岩层进行地表预注浆的施工过程,节省了井建周期,提高了施工效率,为治理复杂地质条件下井筒涌水提供技术经验。     

注浆封堵底板涌水技术研究与实践

断层引起的底板灰岩突(涌)水是一种常见的水害类型,而注浆堵水又是常用的治理方法。在对突水因素、涌水特征和现场条件进行分析、论证的基础上,合理确定布孔方案;科学选择注浆参数;周密组织施工流程;从而达到了注浆堵水,消除水害隐患之目的。     

动压巷道围岩渗流场的空间分布特征

采用原位窥视仪观测实验与理论分析,根据围岩不同的渗流特性,沿巷道径向将巷道围岩空间划分成完全渗流区、定向渗流区、渗流屏蔽区、原岩渗流区;沿巷道轴向岩体渗透性呈现负指数规律逐渐增加达到极值,随后趋向减少;沿巷道环向渗透性能受层状沉积的缘故,不同部位渗透性差异很大,层内的渗流,往往在层理面发生隔断.     

石沟驿煤矿回风斜井涌水注浆治理方案

石沟驿煤矿斜风井+1193m回风联络石门施工掘进至72m处时大量涌水沿锚杆钻孔涌出,导致掘进工作无法正常进行。在对地层和地质情况分析的基础上,辅以水文钻孔探查,分析了出水原因和古河床冲积含水层赋存情况,制定了注浆堵水的施工治理方案,确定了详细的注浆工艺和参数。按此方案实施后,彻底解决了掘进头涌水问题,保证了矿井建设的正常进行。     

煤层气渗流特征实验研究

采用实验方法,研究煤层气的渗流特征,包括有效覆压、气体压力、气体性质、温度等因素对煤层气渗透能力的影响,比较了甲烷在煤层试样、砂岩试样和煤粉试样中渗流性能的差异。研究表明,煤层试样的渗透率受有效覆压的影响很大,其应力敏感性程度超过砂岩岩样。模拟实验表明在煤层气开采过程中,试样渗透率能保持在原始渗透率的70％以上;温度升高,渗透能力提高。     

砂岩水封堵技术在黄河北煤田的研究和应用

济阳矿井位于黄河北岸,矿井主要水害威胁来自煤层顶底板砂岩裂隙承压水,影响了正常工作,增加了矿井的排水费用,而且成为制约生产和安全的重要因素。技术人员通过大量的资料分析和现场探索,对影响工作面施工的地点总结出一套砂岩裂隙承压水封堵技术——探、堵、注三位一体综合防治水技术,该技术具有施工工期短、工程机动灵活、投入成本低见效快的三大优势,具备很好的经济效益和巨大的社会效益。     

砂岩全应力-应变过程气体渗透特性实验

以CO₂气体为介质,运用自制含气岩石力学试验系统对平顶山煤业集团一矿砂岩全应力-应变过程中的气体渗透特性、围压对砂岩渗透特性的影响进行了实验研究.试验结果表明：全应力-应变过程中砂岩渗透率变化具有明显的阶段性,且应变滞后性明显;峰后砂岩渗透率明显大于其起始渗透率;随着围压的增加,相同应变下砂岩试件的渗透率呈减小趋势,砂岩渗透率的变化率也趋于减小.     

循环冲击下砂岩力学及损伤特性研究

为研究循环冲击状态下砂岩力学及损伤特性,采用分离式Hopkinson压杆试验装置对红砂岩进行不同入射幅值的循环冲击试验,通过Weibull分布统计损伤模型分析了红砂岩损伤演化规律。研究结果表明：以90 MPa入射应力进行循环冲击试验时,随着循环冲击次数的增加,动态强度先增大后减小,最大应变以及平均应变率则正好相反,第一次冲击有助于提高红砂岩的抗压强度;随着入射幅值的增大,当以100 MPa、110 MPa、120 MPa入射应力冲击时,动态强度、变形模量和循环次数逐渐减小,最大应变和平均应变率逐渐增大,基于Weibull分布的损伤模型可以反映此材料的损伤演化特性,累积损伤随着冲击次数的增加而增大,累积单位体积吸收能与累积损伤规律具有较好的一致性,岩样出现失稳破坏为大块时的累积损伤均在0.8左右,没有明显的变化。研究结果为矿山岩体安全防护及正确评价岩石稳定性提供理论依据。     

瓦斯压力对卸荷原煤力学及渗透特性的影响

运用自主研制的含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流试验装置,以原煤煤样作为研究对象,在不同瓦斯压力条件下对含瓦斯煤进行了固定轴向应力的卸围压瓦斯渗流试验,研究卸围压过程中瓦斯压力对煤体的力学及渗透特性的影响。研究结果表明：开始卸围压后,煤体出现明显的扩容现象,径向发生明显膨胀应变,煤体中的渗流通道张开,煤体中瓦斯的渗流速率随之加快;随着瓦斯压力的升高,解除单位围压后煤样产生的变形变大,渗流速率升高的速率也随之增大;瓦斯压力越高,煤样从开始卸围压起至破坏的时间越短,即煤体强度越低;在卸围压初始阶段,煤样变形模量变化不大,在进入屈服阶段和失稳破坏阶段后,煤样的变形模量减小的速率开始明显加快。从煤样开始卸围压至破坏之前,煤样的变形模量下降了3.71%~7.45%;煤样的泊松比逐渐增大,围压与泊松比的对应具有较为明显的幂函数关系。     

不同应变率下砂岩的动态力学特性研究(增刊)

矿山等地下硐室施工通常采用工程爆破的方式进行开挖,在工程爆破等动力荷载作用下岩石存在动力硬化现象。利用分离式霍普金森压杆装置对砂岩岩样进行了5组不同应变率下的冲击试验,在此基础上系统分析了入射波、反射波和透射波等试验数据,绘制出动态抗压强度与应变率的散点关系图、峰值应变与应变率的散点关系图、动态应力-应变曲线图,并得到砂岩在不同应变率下的动力硬化因数,分析了砂岩在不同应变率下的动态力学特性及动态抗压强度与应变率的关系,并对不同应变率下岩石样本的破坏形态进行了归纳分析。     

HTD-3型高温堵漏材料研制及性能评价

深海钻探往往伴随着高温、高压,对钻井用堵漏材料提出了新的要求。首先通过对颗粒状、纤维状和片状堵漏材料的耐高温筛选,制作了HTD-3型高温堵漏材料。然后使用DL-3A型高温堵漏评价仪器对该堵漏材料的抗温、承压和封堵性能进行了测试,利用SEM电镜扫描对堵漏材料架桥情况进行了观察和分析,最后以5%梯度浓度进行了配伍性实验。测试结果表明,HTD-3型高温堵漏材料除对钻井液密度影响稍大外,对钻井液其他基本性能影响较小,在该材料中,不同级配的颗粒状材料完成了架桥,纤维状和片状材料完成了充填,形成了强度较高的封堵墙。通过实验证明:HTD-3型高温堵漏材料不仅有着较好的抗温、承压能力,还有较好的封堵效果。HTD-3型高温堵漏材料的研制为未来深海钻探堵漏提供了一种可行的选择。     

采空区孔隙率非均质模型及其流场分布模拟

分析了现有采空区渗透率分块取值或仅按走向上连续分布取值计算方法的缺点,引用顶板岩层沉降理论,建立了垮落带介质孔隙率和渗透率的非均匀连续分布模型;并引入Brinkman Forchheimer的扩展Darcy模型,采用多孔介质流体计算的单区域处理方法,建立了涵盖工作面与采空区统一流场的数学模型.U型采场模拟分析表明：距煤壁10 m以内,受支架和煤柱支撑作用,孔隙率较大为0.4左右,采空区深处岩层沉降明显,其深部边界处孔隙率已接近0.1,总体上采空区倾斜方向和工作面推进方向上孔隙率表现为二维分布规律;漏风风流沿工作面倾向在中间位置点之前即汇出,沿采空区深度方向上漏风强度逐渐减小,在距工作面约40 m时趋于一致,总体上漏风流场垂直于工作面煤壁的中心线呈现出非对称的分布规律.     

某低渗透砂岩铀矿层渗流特征分析

以内蒙古某低渗透砂岩铀矿床的矿岩样为研究对象,对低渗透砂岩铀矿层的矿物组成及存在形式、矿物特性、孔隙结构特征、水岩相互作用机理、流体与岩石反应前后渗流性能的变化等进行了系统的研究,分析了上述因素的变化对流体渗流特征的影响,并对流体的渗流状态进行了评价。研究结果为有效调整和改善渗流能力、制定砂岩铀矿开采方案、控制分析浸出过程提供了理论依据。     

复杂地层高压旋喷护壁堵漏技术的研究与应用

借鉴复杂地层高压旋喷护壁堵漏技术设计了一种带有特殊喷嘴的旋喷钻具,在复杂地层钻进,尤其是多层段复杂地层和深部复杂地层钻进时,泥浆护壁失效的情况下,将该钻具下到复杂孔段,利用泥浆泵将水泥浆液压入,通过旋喷钻具连续旋转喷射出高压水泥浆切割坍（垮）塌孔段孔壁,使不稳定孔壁的破碎岩土崩落掉块与水泥浆混合,候凝后,在坍（垮）塌孔段形成直径不规则的柱状水泥岩土混合体,重新钻穿后,形成有一定强度的“水泥套管”,从而达到同径护壁堵漏的目的。详细介绍了该项技术的旋喷钻具的设计、水泥浆液配方、工艺原理、技术要点、操作要领及生产应用效果。     

采动应力下急倾斜煤层顶板砂岩的力学及渗透特性

针对煤矿开采过程中垂直应力集中及水平应力卸载所引起的岩体变形破坏和渗透特性等问题,运用自主研制的含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流试验装置,以急倾斜煤层顶板砂岩为研究对象,开展不同静水压力条件下,砂岩定轴压卸围压瓦斯三轴渗流试验,研究应力集中状态对砂岩卸围压破坏过程中变形规律及渗流特性的影响。得出的主要结论有：岩样屈服阶段存在一点,为岩样卸荷由张拉破坏向压剪破坏的转折点,且卸荷点越接近屈服强度,岩样卸荷破坏越突然和剧烈,岩体破碎度越高;初始围压(轴压)相同时,砂岩的峰值强度随初始轴压(围压)增大而有所提高;砂岩卸荷破坏卸荷量百分比随轴压增大而减小,随初始围压增大而增大;砂岩卸荷破坏后,峰值瓦斯流量与体积应变之间存在指数函数关系;砂岩卸荷破坏形态主要表现为沿层理方向的张剪混合裂缝,且微裂缝十分发育,岩样的渗透性与裂缝的发育程度具有较好的相关性。岩体渗透性与其所处的应力状态密切相关,开展采动应力下煤系砂岩的变形破坏规律及瓦斯流动特征研究对指导急倾斜煤层开采中瓦斯抽采钻孔的合理布设、提高瓦斯抽采效率具有重要的理论及现实意义。