华丰煤矿覆岩离层注浆减沉技术研究

基于华丰煤矿4#煤层开采的覆岩离层注浆钻孔布置,采用理论分析、区域动力规划与室内相似模拟试验3种方法,分析现有技术受工作面长度短、留设煤柱与巨厚砾岩断裂步距判定有误等因素造成减沉效率低的问题,提出采用覆岩离层连续一体化注浆技术布置倾向注浆钻孔,区域动力规划划分断裂的基础上布置走向注浆钻孔。通过相似模拟试验发现,采用覆岩离层连续一体化注浆技术可改善覆岩采动不充分、煤柱失效造成采空区活化以及砾岩下方受工作面倾斜长度影响难以出现离层等现状。最后,提出在华丰矿巨厚砾岩下方沿倾斜方向布置连续一体化注浆钻孔,在工作面上巷外侧80 m沿走向布置6个注浆钻孔于断裂位置处,并对其进行分析认为,离层区下方岩层的采动程度充分,注浆减沉效率可达到44.6%,多回收煤炭资源9.4×107 kg及沿倾斜方向减少钻孔工程量930 m。     

岩层移动离层演化规律及其应用研究

通过试验与理论分析 ,对岩层移动过程中的离层位置与离层量、离层动态发育特征及其影响因素进行了深入研究。结果表明 :覆岩离层主要出现在各关键层下 ,覆岩离层最大发育高度止于覆岩主关键层。当相邻两关键层复合破断时 ,尽管上部关键层的厚度与硬度比下部关键层大 ,其下部也不会出现离层。关键层初次破断后的离层区长度和最大离层量仅为关键层初次破断前的2 5 %～ 3 3 %。因此 ,离层区充填应在关键层初次破断前进行 ,并保持关键层不破断。针对目前覆岩离层区充填工艺不能阻止覆岩关键层初次破断的问题 ,提出了离层区充填与留设煤柱相结合的“覆岩离层分区隔离充填减沉法” ,发展了覆岩离层充填减沉技术     

覆岩离层产生的机理及离层计算方法的探讨

利用岩层的物理力学性质和结构条件,对覆岩离层产生的力学结构及力学条件进行了理论探讨,分析了采动覆岩离层可能出现的位置,并提出了计算最大离层的方法,对现场更好地应用覆岩离层注浆减沉技术具有一定的指导意义.     

覆岩离层产生的机理及离层计算方法的探讨

利用岩层的物理力学性质和结构条件，对覆岩离层产生的力学结构及力学条件进行了理论探讨，分析了采动覆岩离层可能出现的位置，并提出了计算最大离层的方法，对现场更好地应用覆岩离层注浆减沉技术具有一定的指导意义。     

离层注浆条件下覆岩变形破坏特征的连续探测

覆岩破坏的发育高度及其分布形态是合理确定开采边界及留设防水煤岩柱的基础。为了探讨覆岩离层注浆条件对导水裂隙带形态的影响,采用前端泄露式多回路注(放)水系统,应用井下仰孔分段注水法对东滩煤矿14308工作面覆岩离层带实施注浆充填条件下综采放顶煤导水裂隙带的破坏特征进行了连续探测。探测结果表明:厚煤层综采放顶煤条件下覆岩离层带注浆时的覆岩采动导水裂隙带高度略高于正常条件下的覆岩采动导水裂隙带高度,走向方向的采动导水裂隙带高度低于倾向方向的采动导水裂隙带高度;离层带注浆时的覆岩破坏形态和范围向工作面外侧突出较大。     

注浆材料力学参数对采空区地表沉陷治理效果的影响

为研究复杂三维地质条件下采空区注浆材料的摩尔库仑力学参数对地表沉陷治理效果的影响,建立了复杂的三维地质模型。基于正交试验设计了25组注浆材料充填采空区,将地表减沉率作为考察指标。在FLAC3D的有限差分程序中分别对这25组充填方案进行数值计算,结果表明:充填注浆后减沉率与各因素之间存在正比关系,弹性模量对注浆后地表减沉率影响最为显著。     

盾构隧道盾尾同步注浆机理与注浆参数的确定

在分析盾构隧道盾尾同步注浆的作用机理的基础上,采用理论分析及计算的方法,重点对同步注浆的注浆压力和注浆量进行了分析和研究.获得了在三个主要影响因素下注浆压力的确定方法,注浆量与注浆填充率、推进速度的关系,及注浆压力及注浆量的量化方法.     

盾构隧道盾尾同步注浆机理与注浆参数的确定

在分析盾构隧道盾尾同步注浆的作用机理的基础上,采用理论分析及计算的方法,重点对同步注浆的注浆压力和注浆量进行了分析和研究。获得了在三个主要影响因素下注浆压力的确定方法,注浆量与注浆填充率、推进速度的关系,及注浆压力及注浆量的量化方法。     

采动覆岩离层的数值模拟研究

采动覆岩移动及其导致的离层分布是一个受多种因素影响的极其复杂的问题，具有极强的不可视、不可触等特点，因此，理论分析和现场观测都是十分困难的。对矿区采动覆岩的破坏过程进行了数值模拟仿真研究，重点分析了覆岩中离层的发展高度变化规律、离层区域范围的确定以及煤层采出厚度的影响作用等。数值模拟再现了采动覆岩运移及离层产生的全过程，揭示了离层高度与工作面推进距离、离层区域发生范围和煤层开采厚度之间的关系。数值模拟结果确定了覆岩离层产生的位置、离层大小等，从而为采用离层充填注浆控制地表沉陷等提供了重要的理论基础和依据。     

承压水上开采底板注浆效果综合检验技术

注浆技术已成为地下工程中重要的辅助工法,它对于松软底板与破碎带加固、断层注浆堵水、承压水上开采底板改造、沉降控制等工程有着极好的效果,而注浆效果检验评定技术对于注浆效果质量的优劣具有重要意义。以汾源煤业为试验矿井,采用物探法、检查孔法、渗透系数测试法、数字钻孔电视法、P-Q-t法对工作面底板注浆效果进行评价,并对回采工作面涌水量进行监测。研究结果表明:注浆后富水区域消失且地层电阻率上升;注浆后底板岩层整体性得到提高且钻孔涌水量降低了93.3%;注浆后地层的渗透系数为1.62×10-5~1.74×10-5cm/s之间;注浆后裂隙数量减少了35条且裂隙宽度明显降低;压力-流量-时间法以定压与定量作为注浆结束依据,注浆压力达到预设压力,且注浆速度小于5L/min的时间超过30min,结束注浆;工作面回采过程中涌水量保持在60m3/h以下,小于工作面排水能力,实现了安全开采。     

基于灌浆前、后波速变化的岩体固结灌浆效果分析

 基于20多个大型水利水电工程固结灌浆检测资料,分别对断层破碎带、风化及开挖影响区等不同条件岩体固结灌浆前、后波速的变化进行分析,建立固结灌浆后岩体波速提高率与灌浆前岩体波速之间的关系。同时,对波速变化与变形参数之间的关系进行探讨,并与瀑布沟水电站进水塔基础固结灌浆试验结果进行比较。结果表明：待灌浆岩体自身的可灌性是固结效果的决定性因素;不同工程条件岩体具有相对应的波速提高率范围,置信水平为95%条件下,断层破碎带、风化岩体和开挖影响区岩体波速提高率范围分别为14%～38%,10%～25%和6%～16%;波速提高率与灌浆前岩体波速之间的关系可以用来对岩体固结灌浆效果进行预测。     

防止新永春隧道湧水的熱瀝青灌漿工法

北迥雙線新永春隧道,在1998年10月24日,距隧道南口1812m處,發生嚴重的湧水問題,最大湧水量逐80m3／min,為了克服此巨大湧水量,進行長距離鑽探作業,以了解湧水區段地質與湧水情形,調查結果發現湧水區段為大理岩層,泅水壓力很高,最大水壓接近4MPa,因此施作大口徑排水宣洩水壓,以減少開挖面的湧水量,最後採用熱瀝青灌漿工法,來進行湧水區段的地盤止水改良工程。開挖結果顯示瀝青滲透岩盤細縫及填補孔洞的性能良好,總湧水量減少顯著,提供日後開挖的安全環境,隧道得以順利貫通。     

粉土中后注浆灌注桩的承载力分析

从试验入手分析了粉土中后注浆灌注桩的承载力机理,分析了不同注浆范围和注浆量对承载力的影响。根据注浆的分布效果,建立了后注浆桩的数值模拟模型,并用于实践,计算结果表明,注浆对计算有较大影响。     

压密注浆机理研究及效果检验

 就压密注浆的影响范围、超孔隙水压力的分布规律、土体强度的增长规律以及压密注浆中的地层抬高效应进行了研究, 并对软土地基注浆技术的效果检验方法进行了分析, 提出了一些有意义的建议。     

跟踪注浆对基坑周围土体变形的控制

 系统论述了跟踪注浆的施工工艺, 尤其是从跟踪注浆对基坑周围土体变形的控制原理角度对注浆的空间和时间参数进行了详细的论述, 并结合具体的工程实例说明跟踪注浆方法是对基坑周围环境保护的经济合理、科学有效的手段。     

海底隧道复合注浆机制研究及工程应用

 由于海底隧道复杂的地质条件和特殊的水边界,单一的注浆方式和注浆材料不能达到理想的效果,因此提出复合注浆。复合注浆是采用多种注浆方式和注浆材料,根据具体地层条件,按照一定的时空顺序对被注载体进行注浆,其机制在于分步改善工程载荷作用的边界条件,解决围岩的渗透、强度和稳定性问题。基于风化花岗岩地层的特点,利用颗粒流软件对注浆过程进行仿真模拟,揭示复合注浆机制,并提出常见的复合注浆加固模式。结合厦门海底隧道右线F1风化槽复合注浆工程的成功实践,形成风化槽复合注浆堵水关键技术及评价指标,研究成果可为海底隧道安全穿越不良地质体提供参考和指导。     

袖阀管注浆在隧道穿越楼房施工中的应用

袖阀管注浆作为一种常用的注浆加固方式,广泛应用于不良地层的处理、地基的加固、控制楼房、桥梁、管线等建（构）筑物沉降等。北京地铁10号线一期工程中,在隧道近距离穿越某宿舍楼楼段施工过程中,严格按照暗挖“管超前、严注浆、短开挖、强支护、早封闭、勤量测”的十八字方针,以及后退式袖阀管注浆“注浆一段、开挖一段”的原则,采用洞内水平袖阀管全断面帷幕注浆的方法取得了较为理想的效果。     

盾构施工中注浆因素对地表沉降的影响研究

以天津地铁某区间工程为依托,采取现场监测和数值模拟相结合的方式,利用FLAC3D软件模拟盾构开挖动态过程,研究隧道开挖对地层变形的扰动规律,发现考虑注浆孔分布的非均匀注浆形式模拟最接近实际情况,通过数值模拟有效地模拟了现场实测结果,进而将结果推广,得到各种注浆参数对注浆效果的影响。数值模拟结果表明:一定范围内注浆压力越大土体沉降越小,当注浆压力大于一定值时(本例为0.2MPa,各地区情况不同),对地表沉降的影响不再明显;注浆不及时的地表沉降明显大于注浆及时的情况,同步注浆可以很大程度上减少土体的沉降值;在一定范围内增大注浆量可以有效地减少地面沉降,即地面沉降随盾尾空隙填充率的增加而减少。     

隧道全方位高压喷射注浆拱棚超前支护新技术

 基于对目前国内外隧道水平旋喷技术差距的分析,指出国内现有水平旋喷技术存在的成桩质量差、加固体周边岩土体变形大以及废浆液无序排放等问题。为突破隧道水平旋喷超前支护施工的关键技术,研制出大型液压双摇臂式全方位高压喷射注浆钻机,以及具有自主知识产权的配套孔口止浆器装置,并探索出一整套带孔口止浆器的隧道全方位高压喷射注浆拱棚超前支护新技术。通过现场足尺试验研究实例,详细介绍了这项新技术的全套施工工艺、施工参数及其配套机具装备,并全面展示了足尺试验旋喷拱棚的几何形态、桩–桩咬合尺寸、旋喷拱棚厚度、拱棚水泥土加固体的28 d抗压强度以及6 m长隧道开挖效果的实测资料。足尺试验成果表明,这项新技术安全可靠、工艺先进、经济环保,基本上解决了国内现有水平旋喷技术所面对的主要难题,为我国隧道超前支护工程领域提供了全新的技术手段以及配套的工法设备。     

自平衡高压注浆与普通注浆土钉墙稳定性对比分析

研发了自平衡高压注浆钢管土钉,并对其受力特性进行了研究,分析了注浆浆液在土钉中的传力特点及实现高压注浆的机理,发现自平衡高压注浆桩抗拉性能明显优于普通注浆土钉。通过模拟工程分别对自平衡高压注浆土钉墙与普通注浆土钉墙进行计算,分析相同设计参数下,两种土钉墙整体圆弧滑动稳定性安全系数、抗滑移、抗倾覆稳定安全系数的差异。分析结果表明,在挖到基坑底部时,高压注浆土钉墙最不利滑动面半径明显大于普通注浆土钉,更有利于滑动体的稳定。相同工况下高压注浆土钉的圆弧滑动稳定安全系数要明显高于普通土钉,但对于抗滑稳定和抗倾覆稳定性两者则没有差异,高压注浆土钉墙相比普通注浆土钉墙在抗滑和抗倾覆安全性上也没有提高作用。