潞安矿区破碎煤岩体注浆加固技术研究及工程应用

发布时间：2020-07-27 09:17

【摘要】：注浆是破碎煤岩体的有效加固方法,在煤矿井下围岩控制中得到广泛应用。但是,由于破碎煤岩体地质条件的复杂性,注浆加固影响因素的多样性,导致注浆工程实践一直领先于注浆理论研究,注浆参数大多依靠经验确定,明显影响了注浆加固的科学性、合理性与可靠性。本文以潞安矿区破碎煤岩体注浆加固为工程背景,采用理论分析、实验室试验、数值模拟、井下试验及注浆效果检测相结合的方法,开展破碎煤岩体注浆加固机理、注浆材料、注浆参数与工艺等方面的研究,取得以下研究成果:(1)开发出水泥改性液,并进行了改性水泥浆液粘度、结石率、粘结强度试验。当水灰比为0.7:1时,粘结强度(7d)在改性液用量20%左右时最高,比不加改性液提高42.36%。建议深孔注浆水泥改性液用量15%-20%。(2)开发出平板式裂隙注浆模拟试验台及配套软件系统,进行了不同裂隙开度与粗糙度、不同裂隙倾角、不同注浆压力条件下的注浆模拟试验。通过开度为2mm、3mm的光滑、粗糙裂隙,注化学浆、水泥浆及改性水泥浆的试验得出:所有压力曲线均出现压力上升段稳压段停止注浆后的压力降低段;随着浆液粘度增加,测点压力值出现先升高又降低的变化特征,浆液粘度在50-150mPa·s之间时相同测点的压力值最高;不同水灰比的单液浆压力稳压段恒定性好于化学浆;裂隙倾角变化对浆液压力影响很小。(3)多支裂隙注浆试验表明:主裂隙压力随浆液粘度增加,达到压力最大值时间延长,裂隙倾角变化对压力变化无明显影响。通过裂隙注浆模拟试验得出测点压力与注浆初始压力间呈线性关系;化学浆粘度与注浆压力符合指数关系。化学浆适宜工程使用粘度为50-150mPa·s;水泥注浆浆液水灰比宜为0.7:1-0.8:1。(4)采用UDEC数值模拟软件分析了浅孔低压、深孔高压注浆扩散形态与范围及主要影响因素,得出注浆压力与浆液扩散距离之间呈现二次抛物线函数关系,得到了浆液扩散半径公式R=1.76l~(1/2),扩散半径和注浆孔深度成指数关系。扩散形态以注浆孔中部位置为对称点,前后基本对称。水平方向注浆时最大扩散范围约3m,注浆孔垂直向下时扩散范围约2.5-3.0m,垂直向上时水平方向扩散3.0-4.0m。一般情况下深孔注浆水灰比应取0.7:1,注浆压力30MPa左右。(5)在潞安常村煤矿N1-3孤岛工作面收尾工程中进行了高压深孔注浆井下试验。确定了合理的注浆加固方法、方案、工艺及参数,并对注浆效果进行了检测。井下试验验证了本论文研究成果的正确性,井下注浆效果良好。
【学位授予单位】：煤炭科学研究总院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TD265.4
【图文】：

分布图,分布图,破碎煤岩体,井筒

了研究和现场应用。先后针对余吾煤业的井筒、常村矿和五阳矿各采动影响下巷道、马头门、井筒、工作面等进行了综合治水、充填，涉及到了煤巷、岩巷、软岩等各种地质条件，并对井底车场、工陷落柱，工作面收尾等进行了深孔注浆加固或预加固，注浆材料从水泥浆、有机类的化学浆到新开发的改性水泥浆等材料，几乎包含工程类别及不同阶段的注浆工艺，并完成了多个注浆类的研究项理化厚层软岩井筒及硐室群围岩应力分布与加固技术研究”、“综大型复合构造带综合加固技术研究”等。这些注浆工程与科研项目决了多个破碎煤岩体加固难题，而且促进了潞安矿区破碎煤岩体注发展和技术水平的提高。同时，注浆技术与锚杆、锚索支护技术有矿区复杂困难巷道支护提供了首选的、有效的、经济的手段。

注浆加固

图 1.2 注浆加固法分类Fig.1.2 Grouting reinforcement methods实验室模拟试验艺涉及的参数较多，而煤岩体裂隙作为浆液流动的主困难，因此注浆的实验室模拟实验这方面的工作做的利科学院研制了平板型实验台，对水平光滑裂隙面行了研究，得出了扩散半径的公式：02.210.21020()9005 rPPTrRG+ =μδ散半径，cmMPa注浆压力，

注浆材料,水泥

材料研发点及注浆要求，提出煤矿煤岩体注工对象，如加固、堵水、防瓦斯漏浆浆材，主要包括主材料的选择，择不同的辅材；材，应根据现场特点，添加的数量性较好，防止浆液流动过程中发生收缩，粘结性较好；性好、稳定性好，流动性好，满足、强度高、具有抗蚀性和耐久性，格便宜，无毒，制作过程简单，操体破碎特点开发出了水泥改性液，在酸性介质中进行缩合反应制得的.1 所示。改性液添加在水泥浆内使石体强度和注浆效果。

【参考文献】