基于CFD-DEM耦合模型的阻水墙建造过程数值模拟

通过灌注骨料封堵动水巷道的过程长期以来处于经验摸索状态,基于数值力学模型(CFD-DEM)研究了骨料灌注过程及截流堵水机制.模拟了骨料颗粒在水中的沉降速度、不同堆积厚度下的启动速度、天然状态和静水中的堆积角、动水中粒径分区效应以及各粒径组的阻水消压能力,验证了模型的适用性.测试了水流的携砂能力,发现未接顶区和堆积区的流...     

矿井突水灾害超大断面过水通道封堵技术

桑树坪煤矿在突水灾害治理中,针对过水通道断面达70 m2的困难,借鉴帷幕注浆技术,采用多排梅花式布孔方式,在动水条件下快速大量灌注骨料,成功建立了堵水体。     

地面定向钻注浆技术在掘进巷道过断层中的应用与研究

袁店一井煤矿东翼大巷施工范围内地质构造复杂,掘进巷道过aF1断层为大型断层(∠60°～70°,H=260～310 m),施工时会出现顶板垮落、断层突水等工程及水文地质问题,影响巷道掘进效率,且存在安全隐患。传统掘进巷道过断层技术措施多采用注浆支护复合措施,该技术受多种条件限制,耗费人力物力,且存在安全风险。地面定向钻注浆技术沿巷道顺巷钻进,最大限度揭露巷道围岩地层裂隙及断层破碎带,高压注浆加固巷道围岩裂隙及断层破碎带后,降低支护难度,消除潜在危害,使巷道掘进更加安全高效。     

基于岩体宏细观特征的大型帷幕注浆保水开采技术及应用

在地下水径流通道处建造帷幕注浆墙体是矿产资源开发与地下水资源保护的重要平衡手段,而随着矿产资源开发强度和深度的增大,建造大型帷幕墙体面临钻探成本高、墙体内外水压差大、墙体截流率低等问题,针对上述问题采用受注介质宏细观特征分析的方法,宏观上研究受注介质发育特征及水文地质条件,细观上基于显微CT分析研究受注介质空隙发育特征和几何参数,宏细观结合综合分析大型帷幕墙体建造科学位置、钻探工艺、注浆材料和适用性配比选取、注浆压力等问题,并利用放水试验、钻孔取芯、钻屑组分判断等手段对帷幕注浆效果进行分析评价。研究结果表明:对于开度较小的裂隙,须采用纯水泥浆液进行升压注浆充填,对于含有较大空洞岩溶地层,可在水泥浆液中掺入粉煤灰进行无压充填灌注;水固比为0. 6,0. 7,0. 8,0. 9的水泥浆液,水固比为2. 0,1. 0,0. 8,0. 6和对应粉煤灰掺量20%,20%,20%,20%和30%的水泥-粉煤灰浆液结石体的物理力学性质均能够满足帷幕墙体建造要求;帷幕墙体建造最小安全厚度为7. 84 m,满足浆液扩散范围和建造效率的注浆压力为4～6 MPa。经检查孔检验,大空洞充填灌注采取的浆液结石体试样饱和抗压强度为11. 2 MPa,完全满足墙体强度要求;放水试验中,墙体内外水位差7 d达到140 m、截流率在86. 51%以上,墙体截流效果显著,达到设计目标和要求。     

杨庄煤矿封闭不良钻孔治理技术应用

受采掘活动影响,杨庄煤矿Ⅲ610机巷放1孔组各钻孔套管封闭受到破坏,底板存在突水风险。为消除水害隐患,分析了煤层底板太原组上段灰岩含水层之间关系及各含水层富水性,统计了各含水层涌水量情况,选取治理关键层位,最终决定采用地面定向钻高压注浆治理技术针对性治理封闭不良钻孔水害问题。通过地面定向钻探、高压注浆组合工艺的实施,使放水孔孔底位置灰岩含水层岩溶裂隙得到充填加固,彻底切断导水通道,阻隔出水水源,总涌水量由350 m³/h逐步衰减至4 m³/h,堵水率达到99%,彻底根治了封闭不良钻孔水害问题,治理效果显著。     

黄河北煤田顶底板双灰岩水害分析及防治技术

为了研究黄河北煤田下组煤开采所受水害问题并制定防治方法,通过分析区内主要水害类型及其对矿井安全生产的影响,得出11煤开采主要受直接顶部四五灰涌水及底板徐灰突水威胁,同时两含水层均与奥灰存在密切水力联系;基于黄河北煤田11煤特殊水文地质条件,提出"顶板灰岩帷幕截流,底板灰岩区域治理"方法治理顶底板双灰岩水害,并应用于区内典型矿井,同时探讨了水害治理效果。结果表明底板徐灰治理效果较好,顶部四五灰帷幕需全部搭接才能检验截流效果。     

复杂水文地质条件下大型帷幕截流工程效果数值仿真分析

朱仙庄煤矿水文地质条件复杂,其8煤开采受到奥灰和太灰强富水含水层的补给影响,严重威胁煤矿的安全开采。提出了建造大型帷幕截流墙、切断它们之间的水力联系、进行疏水降压的水害治理方法。针对前人单点局部检验帷幕效果的不足,为预测大型帷幕墙的整体截流效果,在井下开展了三阶段放水试验,以此为基础,开展了朱仙庄煤矿多层、复杂接触、复合边界的水文地质条件下大型帷幕截流工程数值仿真分析。结果表明:放水试验期间,帷幕墙内"五含"水位呈现"平盘式"下降现象,墙内外水位差明显,放水试验末期墙内外水位差约200 m,"四含"水位变化出现"滞后"现象,判断了它们之间水力联系微弱,确定了"五含"和"四含"的参数分别为4个和2个分区。针对朱仙庄煤矿复杂的水文地质模型,通过将第2和第3层赋值为相同参数概化了"四含"和"五含"的高角度不整合接触关系,奥灰与"四含"的接触带概化为变水头边界,同时将太灰与"四含",奥灰、太灰与"五含"的接触带概化为源汇补给项,建立了420行×260列×3层的大型帷幕截流工程的大型数值模型,运用MODFLOW软件的WHS求解器进行模型计算。由于研究区复杂的地层接触关系,数值模型在计算中容易出现不收敛现象,通过动态调整算法的阻尼系数在0.8～0.5可以很好地控制模型的收敛性。帷幕截流墙的数值仿真分析发现,帷幕截流墙整体渗透性能较差,整体渗透系数为0.6 Lu(折合渗透系数为0.005 m/d)。预测了"五含"水位疏降至安全水头-350 m时的残余水量为91 m~3/h,截流率达95%以上,综合分析帷幕墙截流效果非常明显。本次计算方法和技术可为类似的复杂水文地质条件下大型数值模型的构建、计算及快速收敛提供参考,同时丰富了煤炭精准开采背景下的矿井地质保障技术。     

朱庄煤矿底板钻孔出水水源-通道一体化治理技术与应用

为了有效治理朱庄煤矿Ⅲ638工作面底板验证钻孔出水,分析了出水原因,明确了出水水源为L₃灰岩水,导水通道是未充分治理的底板岩溶裂隙发育带和JF₁、JF₂、JF₃等断层;提出利用地面区域治理技术对出水水源和通道进行一体化治理的思路,将治理区域划分为突水危险区、断层影响区以及深部薄弱区,针对不同区域提出“边界锁边+区域治理”的钻孔布设方案并采用梯度增压注浆工艺对底板L₃灰岩含水层以及断层带进行改造加固。治理结束后通过指标评价、交叉检验和井下钻探等方法验证了治理效果,工作面顺利恢复掘进;结果表明了基于地面区域治理的水源-通道一体化治理技术对封堵底板出水的优越性。     

地面定向钻进技术在煤矿陷落柱突水防治中的应用

为了治理潘集二矿重大突水事故,提出了地面定向水平孔技术截流堵源的方案。潘集二矿12123工作面上、下底抽巷联络巷底板发生突水,瞬时最大突水量达14 000 m3/h,矿井部分被淹。因工作面上方存在湖泊和多个采空区,遂选择地面定向水平钻孔施工方案,即在地面施工一个定向水平堵源主孔对突水点灌注沙石骨料完成充填、形成顶板盖层,再通过主孔由地面注浆站灌注水泥浆完成陷落柱的封堵工作,并施工四个水平分支孔探查了陷落柱形态特征。结果表明,陷落柱导水通道被成功封堵,堵水率达到100%,显示了地面定向水平钻孔技术在陷落柱突水治理中的优越性,为今后类似突水事故的治理提供了宝贵的经验。     

堵水钻孔通过采空区技术

介绍了工作面采煤过程中底板突水后，在动水注浆前，为尽快进入注浆目的层，地面注浆钻孔如何通过采空区的施工工艺，并通过工程实例说明了该工程的可操作性。