碎粒煤层注浆实验及浆液扩散规律研究

发布时间：2017-07-30 07:57

  本文关键词：碎粒煤层注浆实验及浆液扩散规律研究

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【摘要】：郑州矿区碎粒煤层,呈现出煤体破碎、渗透性差、可注性差等特征,煤层巷道支护难度大。以郑州矿区碎粒煤层为研究对象,结合碎粒煤体物理力学性质和化学特性,以及水玻璃—氯化钙的基本性质,综合运用理论分析、计算机模拟和模型实验相结合的方法,在分析碎粒煤层水玻璃氯化钙浆液注浆扩散规律的基础上,对注浆过程中各注浆参数、注浆工艺进行深入研究,并进行了碎粒煤层水玻璃-氯化钙浆液注浆工艺设计,主要研究成果如下:1)通过对碎粒煤层及水玻璃-氯化钙浆液物理化学性质分析得出,球状颗粒堆积起来的碎粒煤层,其孔隙率主要由球体颗粒的排列方式和粒径的分布有关。当其它参数相同时,分选性差的颗粒堆积体的孔隙率明显小于分选性好的颗粒堆积体的孔隙率。浆液在煤体中渗流的本质取决于它的流变性,水玻璃类浆液可注入地层的最小粒径为0.1mm。2)通过对碎粒煤层注浆过程的理论分析得出,碎粒煤层注浆过程中浆液在煤体中的流动分为三个阶段:鼓泡压密,劈裂流动和被动岩体压力。注浆初期,浆液注入注浆管、注浆孔,由于这一阶段注浆压力不大,浆液主要对围岩产生挤压压密作用。3)通过计算机模拟碎粒煤层水玻璃浆液的注浆过程得出,浆液在煤体中扩散速度随着浆液粘度增加而不断减小,而且扩散速度随着浆液粘度增加而加剧减小。当浆液粘度小于0.05Pa.s时,浆液在煤体中扩散速度变化较小,基本维持在一个较高水平。当浆液粘度超过0.05Pa.s后浆液扩散速度急剧减小,碎粒煤层注浆时浆液粘度以小于0.05Pa.s为宜,注浆压力范围1.5MPa~2.5MPa。4)根据碎粒煤层注浆模型实验结果可知,碎粒煤体注浆之前煤体松散,具有极大的流变性,通过注浆加固之后松散煤固结成了一个整体,在注浆管周围形成了一圈压密区。加固后,水玻璃与氯化钙浆液反应形成的硅酸钙晶体将煤体胶结成一个整体,在煤体之中形成大量的渗透压密加固骨架,使煤体粘结在一起,大大增加煤体的强度。对煤体进行压力试验,可知,颗粒状煤体注浆加固后煤体硬度有了明显改观,其强度也相应明显增加。
【关键词】：碎粒 注浆 渗流 模型试验
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD82;TD353.8
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-16
• 变量注释表16-17
• 1 绪论17-29
• 1.1 概述17-18
• 1.2 注浆理论与试验研究现状18-23
• 1.3 注浆技术发展现状23-27
• 1.4 研究内容与方法27-29
• 2 碎粒煤层注浆基础理论29-41
• 2.1 碎粒煤体的物理性质29-31
• 2.2 碎粒煤层的孔隙结构描述31-32
• 2.3 水玻璃浆液化学特性及注浆性能分析32-36
• 2.4 水玻璃-氯化钙浆液在碎粒煤层中的流动规律36-38
• 2.5 注浆加固作用38-40
• 2.6 本章小结40-41
• 3 碎粒煤体注浆浆液扩散规律研究41-57
• 3.1 注浆过程中煤体受力分析41-43
• 3.2 渗流基本规律43-45
• 3.3 水玻璃浆液在碎粒煤体中的渗流规律45-49
• 3.4 注浆参数对碎粒煤层注浆扩散过程影响规律49-56
• 3.5 本章小结56-57
• 4 碎粒煤体水玻璃-氯化钙浆液注浆模型实验57-77
• 4.1 实验目的57
• 4.2 实验装置57-59
• 4.3 实验方法选择59-64
• 4.4 实验内容64-70
• 4.5 实验结果分析70-76
• 4.6 本章小结76-77
• 5 注浆工艺设计77-83
• 5.1 浆液选择及其配制77-78
• 5.2 水玻璃-氯化钙浆液在碎粒煤层中的注浆工艺设计78-81
• 5.3 注浆效果检测81-82
• 5.4 本章小结82-83
• 6 结论83-84
• 参考文献84-89
• 作者简历89-91
• 学位论文数据集91

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本文编号：593122