新型化学注浆材料加固破碎煤岩体试验研究

    综采工作面由于煤壁松软和顶板破碎,回采过程中,液压支架顶梁前方易出现大面积冒顶,致使支架无法推移,严重影响综采工作面的安全生产,为此,常采用化学浆液加固松软煤壁和破碎顶板。目前采用的化学浆液有马丽散、固邦特和固安特等,由于其施工工艺复杂,并且价格昂贵,需研制一种新型的注浆加固材料。本文针对安徽大学研制新型化学注浆材料,试验研究了新型化学注浆材料物理力学性能；并通过大型物理模型试验,研究了新型化学注浆材料加固松软煤体注浆工艺。 由常用化学浆液物理力学性能试验可知,浆液用量为6：1、5：1和4：1时固邦特固砂强度均高于其他四种双液化学注浆材料,其强度分别为5.56MPa、8.85MPa和12.40MPa。煤矸石与浆液质量比为5：1时,矸石固结强度最高的亦是固邦特,其抗压强度为4.15MPa,抗拉强度为0.47MPa,因此常用化学注浆材料优先选用固邦特。通过新型注浆材料的力学性能试验发现,浆液用量为6：1、5.5：1和5：1时,砂固结体强度分别为35.3MPa、39.62MPa和43.48MPa。在密闭加压条件下,浆液与标准砂的质量比为1：3.4时,固结体强度高达63.64MPa。总之,无论是密闭加压固结还是无压固结试验,新型化学注浆材料力学性能均优于常用双液化学注浆材料。 研制了新型化学注浆材料加固松软煤体的注浆试验装置。通过新型化学注浆材料大型物理模型试验,揭示了注浆过程中煤体内压力随时间变化规律,即上升、下降和上升并趋于平缓三个阶段；浆液在模型内部以劈裂方式扩散距离为700mm,以渗透的方式扩散至整个钢管筒模型内,表明浆液的流动扩散是以劈裂注浆为主,渗透注浆为辅。注浆后煤固结体强度最高可达11.77MPa,最低强度为2.04MPa,煤固结体抗压强度差别较大,表明浆液在模型内部扩散是不均匀的。 本文可为后续新型化学注浆材料的注浆工艺设计、注浆参数确定等提供依据。

 

页数：70

 

【学位级别】：硕士

 

文章目录

 

摘要

Abstract

1 概述

    1.1 论文选题的依据及研究意义

    1.2 注浆技术的国内外研究动态

        1.2.1 注浆技术的发展

        1.2.2 注浆材料的研究现状

        1.2.3 化学注浆方法及工艺

    1.3 岩体注浆理论及模拟实验的研究状态

        1.3.1 岩体注浆技术理论

        1.3.2 注浆模拟实验研究现状

    1.4 煤岩体化学注浆加固的理论基础

        1.4.1 浆液与煤岩体的润湿性

        1.4.2 化学注浆中吸湿性及其存在的条件

        1.4.3 被注煤岩体强度增长机理

    1.5 论文研究内容及方法

2 工程背景

    2.1 潘一矿1602(3)综采面基本概况

    2.2 水文地质条件

    2.3 地质构造

    2.4 水文地质条件分析

    2.5 本章小结

3 双液化学浆液的物理力学性质

    3.1 双液化学浆液的基本性能

    3.2 常用化学注浆材料的物理力学性能试验

        3.2.1 物理性能测试

        3.2.2 力学性能试验

    3.3 新型化学注浆材料的物理力学性能试验

        3.3.1 物理性能测试

        3.3.2 力学性能试验

    3.4 本章小结

4 新型注浆材料模型试验及作用机理

    4.1 试验装置研制

        4.1.1 研制思路

        4.1.2 试验模型装置

        4.1.3 试验装置的功能

        4.1.4 试验的测试方法

        4.1.5 注浆设备

    4.2 模型安装及试验

        4.2.1 模型安装要点

        4.2.2 模型试验步骤

    4.3 实验结果

        4.3.1 浆液用量与煤的关系

        4.3.2 注浆口压力随时间变化

        4.3.3 化学浆液反应温度

        4.3.4 注浆过程中压力变化规律

    4.4 浆液加固煤壁的效果

        4.4.1 劈裂渗透扩散效果

        4.4.2 力学性能分析

    4.5 本章小结

5 结论及展望

    5.1 主要结论

    5.2 展望与不足

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果