基于泥砂介质的注浆渗流-渗透过程分析与力学机理

为研究泥砂介质中注浆扩散过程及其通道渗流与孔隙渗透的力学机理,基于高压密封注浆实验系统进行注浆实验,得出注浆扩散过程是由浆液在通道渗流和通道周边孔隙渗透组成。运用流体力学推导分析了指形渗流通道内液体渗流过程的压力变化,得出浆液压力损失随浆液黏度、渗流通道长度、注浆量的增大而增大,随着浆液渗流孔径的增长而减小;推导了单相指型通道周边孔隙渗透的扩散半径关系式,提出了改善注浆效果的措施,该措施在中煤平朔井工三矿过风氧化带工程实践取得很好的效果。     

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。     

弱胶结砂砾层水平注浆细观模拟研究

为从细观角度分析弱胶结砂砾层水平渗透注浆过程，利用颗粒流软件建立水平注浆数值计算模型，基于正交试验和单因素试验，研究浆液黏度、注浆压力、注浆时间3个因素对浆液扩散半径和试样孔隙率的影响规律。使用回归分析方法拟合公式，得到扩散半径与3个因素之间的关系。模拟结果表明：浆液扩散半径与注浆时间、注浆压力呈正相关关系，与浆液黏度呈负相关关系，对扩散半径影响最为显著的因素是浆液黏度，其次是注浆压力和注浆时间；浆液扩散速度随时间递减，在注浆压力1.0 MPa工况下，注浆时间0.15 h浆液扩散速度为3.44 m/h,至3 h减小到0.32 m/h;试样孔隙率随注浆时间、注浆压力的增大而增大，随浆液黏度的增大而减小；花管同时注浆与单孔顺序注浆相比，在相同时间下浆液扩散范围更大，浆液扩散为一个整体。通过对比工程实例，发现利用颗粒流数值模拟结果能够较准确反映出砂砾层渗透注浆的一般扩散规律。     

矸石固体充填散体材料注浆扩散试验研究

为得到整体性好、抗压强度高的胶结充填体,对紓配矸石散体材料进行注浆扩散研究.基于幂律流体流变方程和渗流运动方程建立了柱形扩散理论公式,并应用COMSOL Multiphysics模拟软件对浆液扩散进行了数值模拟,得到浆液扩散半径与材料孔隙率、水灰比和注浆压力成正相关.通过设计正交试验对紓配矸石散体材料进行注浆扩散试验研...     

破碎围岩大巷地面预注浆数值模拟研究

地面钻孔注浆加固技术在复杂地质条件下巷道围岩加固中广泛应用,但由于实际地质条件复杂且浆液同岩层共同作用,数值分析成为代替理论模型及实验模拟的不二之选。为探明注浆时不同注浆压力对围岩表面压力的影响范围,以及注浆压力对浆液扩散半径的影响,选用COMSOL数值模拟软件分析注浆压力分别为8、10、12、15、17、19、21 MPa时,围岩在表面压力与浆液渗透半径上的关系。结果表明：围岩表面压力在注浆压力由8 MPa至15 MPa时变化明显;浆液扩散半径在8 MPa至15 MPa时增幅较大。在袁店一矿东翼大巷穿断层进行注浆综合治理,注浆结束孔压不低于15 MPa,大巷围岩得到充分充填加固。     

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。     

淋水软弱巷道注浆加固扩散机理与参数优化的研究

为了研究淋水软弱巷道注浆加固与封堵围岩过程中浆液渗透扩散机理并优化注浆参数, 采用流固耦合数值分析方法探索浆液在岩体中的运动扩散规律,并给出合理注浆压力、时间与浆 液水灰比;基于弹塑性与渗流理论分析水渗透压作用下注浆加固半径与塑性区大小关系,确定合 理注浆深度。 研究结果表明:高水黏度时变特性浆液在岩体中的扩散范围随着压力、水灰比和注 浆时间增加而增大,针对石碣峪矿井地质生产条件,合理注浆压力为２*５ＭＰａ,水灰比为２∶１,注浆 时间约为３０ｍｉｎ;随注浆半径增大塑性区半径减小,但减幅变小,得出合理注浆半径约为１０*２９ｍ; 在注浆半径５*５ｍ、渗流压力０*５ＭＰａ下,巷道围岩塑性区半径为２*８４ｍ,大于无渗流塑性区半 径２*１０ｍ;在深孔锚索注浆治理淋水软弱巷道中采用优化后的注浆参数,取得了良好的效果。     

基于渗滤效应的砂土注浆加固机理研究

含水砂层采用水泥注浆时不可避免产生渗滤效应,渗滤效应对浆液有效扩散范围、加固效果具有显著 影响。 基于渗流力学的一般原理和质量守恒,对浆液扩散速度、压力及水泥颗粒运移、滤出机制进行了分析,并采用矿 渣硅酸盐水泥、聚合物超细水泥对含水砂层进行了注浆试验。 理论推导和模型试验表明,浆液水灰比、注浆压力及介 质孔隙率均在一定程度上决定着注浆加固效果。 随水灰比和孔隙比减小,浆液浓度增加,有效扩散范围减小;注浆压 力减小,浆液扩散分布不均衡,在一定程度上也降低了注浆加固的效果。 研究结果对于含水砂层注浆治理具有一定 的参考价值和学术意义。     

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。     

裂隙岩体注浆扩散范围及注浆量数值模拟

为预测浆液在裂隙中的扩散范围,建立二维正交裂隙网络宾汉浆液渗流模型,采用中心型有限体积法进行数值模拟。分别研究不同参数下,浆液在裂隙中的扩散范围,给出多因素影响下的注浆扩散半径公式和注浆量公式。研究表明,注浆压力、浆液黏度、浆液剪切强度、裂隙开度和裂隙粗糙度对浆液扩散半径起到主导作用;注浆压力、钻孔长度和裂隙开度对注浆量起到主导作用。通过该公式可定量预测任意参量下浆液扩散范围和注浆量。     

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。     

煤矿灰岩层水平井注浆技术研究

通过煤矿底板灰岩含水层水平井注浆加固治理,可较好地解决煤矿底板防治水难题。为了提高水平井注浆加固灰岩含水层的效果,以界沟煤矿东一下采区水平井为研究对象,根据灰岩含水层渗透性特征,确定了扩散半径、浆液类型及配比。结合水平孔钻进情况,运用破壁和清水洗井技术,进行压水试验和静压升压注浆加固治理;确定了注浆压力、终止流量、注浆数量;在注浆顺序、装备选型、水平注浆、效果验证等关键技术进行了研究应用。结果表明,治理区采用扩散半径27 m,灰岩采用水泥浆单浆液;清除泥皮,清水洗井,选配高速制浆和智能化注浆装备,进行孔口分段式注浆,递增升压至10 MPa,注浆量提升至0.8 t/m,有效提升加固治理效果。     

地面注浆封堵突水点技术在圣达煤矿的应用

针对圣达煤矿22081泄水巷突水点长期大量排水造成周围地下水位下降、增加矿井排水费用、且被压覆的煤炭资源无法进行安全回采的现状,在对矿井水文地质条件、断层及其破碎带发育特征、准确位置、产状及导富水性,突水因素、突水水源、水量及其变化规律、封堵可行性及效果分析研究的基础上,运用钻探注浆技术的理论与方法,通过合理进行钻孔布局、钻孔结构设计、钻孔施工顺序、施工工艺及选择注浆材料、调节浆液黏稠度、浆液压力及引流注浆、间歇注浆及添加骨料等注浆技术,成功实现了良好的注浆堵水效果（堵水率达100%）,且使钻探工程量大幅度减少,节约了大量的注浆材料,取得了良好的经济与社会效益。     

苏通大桥超长桩桩底后压浆试验及效果

在苏通大桥松散软弱的地层条件,实施超长(>100 m)、超大(2.5 m)摩擦桩桩底后压浆工程,在我国是首次运用。结合工程实践,就压浆工程的设计、施工的技术要点进行全面介绍。通过对钻孔取样分析,指出浆液初凝时间地表实验与地下实际存在较大差异;通过施工体验,结合取样显示的浆液扩散渗透状况,提出可渗透地层以注浆量为控制参数,压力不列为控制参数的思路。     

松散破碎围岩双循环注浆加固试验研究

为解决松散破碎围岩巷道持续变形的问题,采用现场调研、理论分析的方法,对松散破碎围岩巷道的变形机理进行研究,并结合数值模拟方法提出注浆方案与参数,现场试验后将原注浆方案优化为单排5孔几何布置的双循环注浆加固方案。结果表明:应用注浆压力为6 MPa,钻孔长度为3 m、排距为3 m,单排5孔几何布置的双循环注浆方案可有效降低窜浆堵孔现象发生的概率,并使浆液均匀分布,在注浆加固段巷道扩帮后可明显观察到浆液的扩散半径达到2.5 m,并形成了良好的骨架结构,有效提升了松散破碎围岩的承载能力。     

水泥-水玻璃注浆在围堰防渗漏浆处理中的应用

漏浆是围堰防渗注浆过程中常遇到的工程现象,采取合理有效的方法解决漏浆问题对注浆效果具有重要的工程意义。针对引黄工程某围堰防渗注浆过程中的大量漏浆问题,对现场工程情况及漏浆原因进行了分析,提出采用水泥-水玻璃双液注浆的解决方案。在分析水泥-水玻璃浆液凝结硬化机理基础上,主要从注浆材料、注浆方法、注浆压力、注浆结束条件及封孔等方面对其注浆技术的现场应用情况进行了分析。检查孔压水试验表明,通过水泥-水玻璃注浆处理后,漏浆地层透水率大幅减小,满足工程设计要求,达到漏浆封堵效果。     

有机高水材料注浆堵水机理研究

基于有机高水材料注浆堵水的二次渗透特性,采用浆液渗流圆管力学模型,研究了有机高水材料浆液在含水岩层中的注浆堵水机理．结果表明：在有机高水材料注浆堵水过程中,注浆量与有机高水材料浆液的黏度成反比,有机高水材料浆液与水反应过程中生成的大量气体可形成浆液的二次渗透压力,二次渗透压力与注浆压力协同作用克服含水岩层水渗流阻力,可促进浆液在含水岩层中进一步渗透．降低有机高水材料浆液黏度,并提高其与水反应过程中气体生成量,对矿井含水岩层注浆堵水效果具有积极作用．     

巷道注浆钻孔设计关键参数确定方法探讨

针对煤矿注浆钻孔设计存在随意性强、注浆效果差的问题,以赵庄煤业33072巷注浆加固为工程背景,采用钻孔窥视方法确定了深层和浅层钻孔的深度,采用不同注浆压力下浆液扩散半径试验确定了钻孔间排距和最小注浆压力,浅层和深层钻孔深度分别确定为3 m和10 m;浅层钻孔排距2 m,间距1.1 m,最低注浆压力6 MPa,深层钻孔排距4 m,间距1.5 m,最低注浆压力8 MPa.注浆后钻孔窥视结果说明,浆液扩散效果良好,未发现未被填充的裂隙。     

深部巷道破碎围岩注浆加固技术研究

为有效解决岳城煤矿东轨大巷围岩变形严重、巷道底鼓等问题,提出了"深孔锚索+注浆加固"的深部条件下大巷注浆加固方案,通过现场围岩观测和钻孔窥视等方式,对加固效果进行了现场检验。结果表明:两帮和顶底板平均变形速度均为1 mm/d左右,孔壁在0~1.5 m范围内多处见浆,浆液扩散半径在4 m以上,扩散深度在4.4 m及以上,围岩塑性良好。     

自燃采空区注浆灭火浆液的扩散行为研究

从影响煤层自然发火的地质因素入手,分析了自燃采空区上覆岩层地质类型与煤自然发火的关系,推导了宾汉姆流体型浆液渗透注浆扩散公式,并对自燃采空区中浆液的扩散行为进行了数值模拟,结果表明:当注浆压力达到2.5 MPa时,浆液扩散范围不再增大,稳定在4.5 m左右。最后通过现场实践数据验证了模拟结果的准确性。