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。     

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...     

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...     

裂隙岩体注浆加固效果的影响因素分析

岩体注浆加固是一个受多因素影响的复杂过程,它除了能有效提高裂隙岩体的整体稳定性外,还可以降低岩体的渗透性防止地下突水的发生。设计了包括单一斜节理、1组交叉斜节理、1组平行斜节理和2组交叉(平行)斜节理在内的4种混凝土胶结试样,通过模型实验和数值模拟,分析了影响裂隙岩体注浆加固效果的几种因素。模型试验和数值模拟结果表明裂隙岩体的加固效果和裂隙分布状态、连通率以及岩体本身的破碎程度有关。     

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...     

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。     

裂隙注浆浆液浓度分布试验研究与机制探讨

水泥基注浆材料是煤矿防渗与加固工程中最为常用的注浆材料,其配置而成的水泥单液浆属于悬浊液。对于煤矿裂隙注浆而言,悬浊液自身特性影响着注浆扩散过程,并导致扩散后浆液浓度沿扩散路径上的分布存在一定差异,影响注浆治理效果。为研究裂隙注浆中浆液沿扩散路径上的浓度分布规律,基于自主研发的裂隙注浆模拟试验平台开展了注浆扩散模拟试验,以浆液完全析水沉降后的固相体积占总体积的比例作为浆液在裂隙内浓度的表征,获得了不同裂隙开度与水灰比条件下浆液沿扩散路径上的浓度分布特征。基于非牛顿流体力学理论,探讨了浆液沿扩散路径上的浓度分布形成机制。研究结果表明:各水灰比浆液在裂隙扩散运移后的浆液浓度随着浆液扩散距离的增加而降低,并呈现出流动稀化趋势,靠近注浆孔位置浆液浓度高,浆液扩散运移锋面处浆液浓度最低;相同裂隙开度条件下,低水灰比浆液沿扩散路径上的浓度大于高水灰比浆液沿扩散路径上的浓度;裂隙开度越大,浆液在裂隙扩散后的浆液浓度越高;浆液在裂隙流动扩散中显现的沉降渗滤特性导致了浆液在裂隙扩散后的浓度分布差异。结合上述研究结果,对于裂隙注浆工程而言,可先注入水灰比较高的浆液以保证浆液扩散距离达到设计值,然后,注入水...     

裂隙煤体注浆浆液扩散规律及变质量渗流模型研究

研究煤岩裂隙中浆液扩散过程及降渗规律对于强化瓦斯抽采钻孔封孔效果具有重要意义。首先通过对注浆裂隙煤体内部质量变化进行分析,推导浆液封堵裂隙质量守恒方程及浆液流动方程;根据浆液对煤体裂隙结构影响推导了裂隙和渗透率变化方程,构建了浆液对裂隙煤体的堵漏降渗的变质量渗流模型。其次,利用注浆实验系统对裂隙煤样开展注浆试验,对注浆前后煤样分别进行CT扫描观测以及渗透率实验测定;最后,在理论模型的基础上,根据实验条件确定数值模拟初始条件及边界条件,对裂隙煤体注浆浆液扩散和降渗规律开展了数值模拟研究,结果表明:建立的基于裂隙煤体注浆的变质量渗流模型较好地反映浆液颗粒沉积过程对煤体裂隙结构及渗透率的影响;模型计算的浆液扩散与渗透率变化规律与试验结果吻合较好,验证了模型的合理性;在浆液渗流扩散作用下,煤体裂隙内浆液颗粒逐渐扩散并沉积,裂隙不断被充填,导致裂隙煤体渗透率不断下降。研究成果为定量分析注浆浆液颗粒运移规律、强化抽采钻孔封孔效果提供了新的思路。     

煤柱下开采应力分布特征的数值模拟研究

煤层群近距离开采时上层煤留下的煤柱势必形成应力集中,对下层煤的安全开采和巷道布置造成不利影响。文章以鲍店煤矿为背景,采用数值模拟的方法对工作面推进不同位置时的应力分布进行了研究。研究表明:当工作面由煤柱下向采空区下推进时,煤柱应力叠加范围为60 m,最大应力集中系数为5.68,应力集中系数高,影响范围大,是冲击地压的重点监测和治理区域。这一研究结果对于近距离煤层的安全开采和巷道布置、支护设计都有一定的指导意义。     

煤层注水压力及渗透率分布规律数值模拟

为探究流固耦合作用下的煤层注水压力及渗透率分布规律,首先建立以广义达西定律为基础的数学模型。然后结合新安煤矿3402工作面实际情况建立几何模型,最后借助多物理场耦合模拟软件COMSOL,对煤层注水流固耦合数学模型进行计算求解。得出了各注水压力下,孔隙压力与渗流速度分布规律均为注水钻孔处最大,并以注水钻孔为中心呈椭圆状向四周递减,还得到了注水压力和注水时间与煤体渗透率的关系。     

邹坞煤矿煤柱回采对下层巷道稳定性影响的数值模拟

采用有限差分软件FLAC3D,对邹坞煤矿16#层煤柱回采进行数值模拟研究,回采同时监测17#层煤巷道的变形情况,以此评价16#层煤柱回采的可行性。模拟结果表明:煤柱回采后17#层巷道周围的塑性区比回采前的塑性区增大;煤柱回采使得17#层巷道最大变形在原来基础上增加8%～16%,其中17#层二水平主下山变形最大,17#层二水平副下山变形最小。煤柱回采对下层巷道的影响不大,说明16#层的煤柱回采是可行的。     

刀柱采空区上行开采应力分布规律数值模拟

针对大同矿区刀柱采空区安全上行开采问题,运用UDEC数值模拟软件研究了刀柱采空区形成时和上行长壁开采过程中采场应力分布特征以及刀柱煤柱的塑性区分布规律。研究表明:下煤层刀柱开采引起刀柱煤柱应力集中;上行开采引起刀柱煤柱应力分布的进一步演化,根据各刀柱煤柱受采动应力的影响将其分为应力降低区、应力升高区和应力稳定区;主关键层初次破断时,超前位于上行工作面下方的刀柱煤柱应力峰值及塑性区分布范围达到最大。晋华宫矿刀柱采空区上行开采底板位移观测情况验证了研究成果的可靠性。     

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。     

房柱式开采遗留煤柱骨牌式失稳数值模拟

唐公沟煤矿技术改进前3-2煤层采用的是房柱式开采方式,在进行下位4-2上煤层开采时,顶板的相应区域将受到3-2煤层采空区遗留煤柱的影响而产生应力集中,易造成4-2上煤层开采时两巷片帮、冒顶,工作面煤壁片帮。通过建立UDEC数值模型,研究了4-2上煤层工作面推进过程中3-2采空区遗留煤柱的骨牌失稳现象,分析得出了4-2上煤层工作面位移变化规律及不同煤柱宽度对骨牌失稳效应的影响。     

3110孤岛工作面煤柱优化设计的数值模拟研究

为提高工作面顺槽的稳定性,防止因深井孤岛工作面煤柱内积聚的弹性能突然释放而发生冲击地压事故,运用FLAC3D数值模拟软件,模拟了不同煤柱宽度的侧向支承压力与剩余弹性应变能分布规律。通过数值模拟分析与理论公式计算,结果表明:煤柱过窄、过宽都不利于矿井安全高效生产。最终,建议某矿3110孤岛工作面的合理煤柱宽度为8 m,既有利于提高煤炭回收率,又有利于冲击灾害的防治。     

区段合理煤柱宽度的数值模拟与研究

本文以马兰矿10505工作面设计煤柱宽度为研究背景,采用理论计算结合数值模拟的方法,对工作面护巷煤柱合理宽度进行设计。通过理论计算,确定合理煤柱宽度为25m;通过数值模拟分析发现,当煤柱宽度为20m时,煤柱宽度基本满足要求,但是考虑到复杂的地质情况,将煤柱的宽度留设为25m。     

房柱式开采煤柱稳定性数值模拟研究

运用数值模拟方法,对不同开采参数下煤柱的塑性区、竖向位移及应力分布进行了系统研究。研究表明,煤柱的破坏是由剪切造成的,在煤柱的帮角位置存在应力集中现象,煤柱尺寸留设合理时,其中间存在弹性区,能够支撑顶板。目前泰丰煤矿的煤柱尺寸留设过大,适当减少尺寸是合理的。     

区段煤柱合理尺寸数值模拟研究

根据陕西秦源煤矿工程地质条件,通过建立FLAC3D数值模型,模拟分析了不同宽度的区段煤柱围岩破坏特征和垂直应力分布特征,结果表明:在煤柱承载能力范围内,随着煤柱宽度的减小,应力值逐渐增加,当达到承载能力极限时应力降低,煤柱破坏,失去承载能力。最终确定区段煤柱尺寸为13 m,为该矿后续煤层开采区段煤柱留设尺寸提供了依据。