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%.     

瓦斯抽采钻孔封孔水泥浆液水灰比优化研究

为进一步提高本煤层瓦斯抽采钻孔封孔模拟的准确性,考虑水泥浆液扩散过程中黏度时变性及应力对浆液扩散造成的影响,对不同水灰比条件下的水泥浆液基本性能进行实验室测定,分析了不同水灰比的水泥浆液性能及变化特点。采用理论推导、数值模拟的方法,对不同水灰比条件下的水泥浆液扩散范围开展研究计算,对煤矿井下注浆封孔水泥浆液的水灰比进行了优化。在贵州小屯煤矿对模拟结果进行实测验证,现场封孔效果较好,进一步结合井下实际情况对水泥浆液的水灰比进行优化。研究结果表明:水泥浆液初始动力黏度随水灰比增大而减小,水泥浆液黏度随时间基本呈指数增长;根据井下实际封孔情况并结合模拟结果,确定水泥浆液的最佳水灰比为0.9。     

穿层钻孔帷幕注浆一体化技术的实践研究

车集煤矿底抽巷经过多轮瓦斯抽采穿层钻孔后,巷道围岩产生了较多的裂隙,导致钻孔封堵不严密,影响瓦斯抽采效果。针对此问题,选择帷幕注浆技术对巷道进行加固。首先,通过COMSOL Multiphysics软件建立实体煤岩钻孔注浆数值模型;然后,根据数值模拟结果分析注浆浆液在裂隙岩体中的扩散规律,并设计出适宜的注浆方案;最后,在现场开展钻帷一体化帷幕注浆和注帷一体化封孔注浆工艺的试验研究。结果表明：采取帷幕注浆措施能够有效封堵裂隙,提升瓦斯抽采浓度。相较于非帷幕注浆钻孔,试验钻孔单孔平均始抽浓度提高了9.4个百分点,单孔平均再抽浓度提高了14.5个百分点。该技术为类似矿山帷幕注浆工程提供了技术借鉴。     

松软破碎煤巷注浆加固技术与应用

为确定加固松软破碎煤巷合理的注浆参数,对不同水灰比条件下高水速凝材料单液浆和混合液浆流变曲线进行了回归分析,结果表明:各流变曲线相关系数均大于0.97,回归方程均符合宾汉体的本构方程,确定其流型为宾汉体,针对松软破碎煤巷孔隙率大、渗透系数大、有动压下表现出一定流动性特点,基于广义达西定律和球形扩散理论模型,采用注浆过程中浆液流型不变的假设,推导出宾汉体在松软破碎煤层中基于黏度时变性的有效扩散半径计算公式,进而确定注浆孔间排距和注浆压力的合理参数,与常用注浆参数计算 Maag 公式相比,因该公式没考虑浆液的屈服强度和黏度时变性,计算的注浆扩散半径偏大.该技术应用于大阳煤矿 3100 工作面回风巷注浆工程,取得了良好的维护效果.     

复杂地质石门注浆—冲孔瓦斯强化抽采技术

针对复杂地质石门瓦斯抽采难度较大的问题,提出采用破碎围岩注浆加固和煤层水力冲孔卸压增透相结合的瓦斯强化抽采技术措施。以鹤煤八矿-655 m水平大巷石门揭煤工作面为试验点,分析研究其注浆—冲孔技术参数及布置方式,对瓦斯抽采效果进行考察与分析。结果表明:瓦斯抽采浓度和抽采量均提高明显,大大缩短了揭煤时间。     

巷道围岩全断面锚注浆液渗透扩散规律研究

考虑巷道开挖扰动和注浆压力衰减对浆液渗透扩散规律的影响,基于拟连续介质假设,利用渗流力学理论推得围岩扰动应力和注浆压力耦合作用下的浆液非稳态渗透扩散基本方程;并运用多场耦合软件COMSOL建立了锚注浆液在围岩中渗透扩散的数值计算模型,系统研究了注浆时间、注浆压力以及注浆锚杆间距等锚注参数对浆液渗透扩散的影响。其结果表明:延长注浆时间可以减缓浆液压头在渗透扩散过程中的衰减而增大浆液在围岩中的扩散半径;注浆锚杆间距与浆液扩散半径之比小于等于1.41时,浆液将在巷道全断面围岩内形成完整注浆加固圈。最后将以上研究成果用于淮北袁店一矿新掘巷道的锚注加固设计中,经现场监测证明其有效地控制了巷道围岩的变形与破坏。     

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。     

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。     

基于黏度时变性的裂隙动水注浆扩散规律分析

为探究动水环境下黏度时变性浆液扩散规律，以NF水泥基浆液为研究对象，开展浆液黏度时变性试验，确定了黏度时变函数；基于水平集方法，通过在数值模型中自定义黏度时变性函数，实现了考虑浆液黏度时变性的动水注浆数值模拟，得到了考虑和未考虑黏度时变性的浆液扩散形态和扩散距离。结果表明：水灰比为0.6～1.0的NF水泥基浆液属于宾汉流体，其黏度随着时间的推移呈指数增长；浆液扩散过程中，流场中浆液黏度变化表现出稳定区和下降区2个阶段；其扩散形态由初始阶段圆形变化为椭圆形至最后稳定为U型；浆液扩散距离与时间呈正相关，并随水灰比的减小而减小；未考虑浆液黏度时变性所得扩散距离始终大于考虑浆液时变性所得扩散距离，且随着注浆时间的增加，浆液黏度时变特性对扩散距离的影响越显著。     

瓦斯测压孔壁围岩坍塌机理及孔壁注浆加固技术

为了解决由瓦斯测压孔围岩松软易坍塌而导致的测压钻孔成孔困难、延误瓦斯测压时间等技术难题,用松软围岩阶梯注浆加固技术实现分阶段加固测压钻孔围岩。利用孔壁围岩坍塌机理,分析了围岩松软颗粒失稳易坍塌的力学原因;采用浆液扩散球状渗透机理,研究了浆液渗透扩散特性与围岩改造的关系。平煤股份八矿斜井石门测压应用试验结果表明:在12MPa注浆压力的作用下,松软围岩区域浆液单次渗透扩散达3.7m,3次带压注浆就解决了孔壁坍塌、抱夹钻事故对测压钻孔施工干扰的问题,最终顺利测得了煤层瓦斯压力为1.67MPa。基于孔壁坍塌机理的阶梯注浆技术实现了逐段充填松软围岩孔壁裂隙、增强围岩抗拉强度、降低切向应力集中,逐段加强围岩孔壁稳定性能,从而改善了围岩的松软特性。     

岩体结构对岩石爆破效果的影响

分析了爆破冲击波的传播特点，指出了对岩石破坏最大的是拉伸应力波，并对岩体结构对岩石爆破效果的影响进行了探讨。     

嵌岩扩底灌注桩及MRR型基岩扩底钻头

简要介绍了国内外扩底技术现状、扩底灌注桩的特点、ＭＲＲ型基岩扩底钻头的结构及技术参数，结合工程实例对ＭＲＲ１０００钻头的使用效果进行了分析。