采空区高位钻孔注浆防灭火浆液扩散特性研究

为研究综放采空区高位钻孔注浆不同注浆时间和注浆量对浆液空间扩散行为的影响,采用FLUENT数值计算方法,在"变重力、定倾角"注浆情况下,构建三维非均质采空区浆液扩散数学模型,以某矿29406工作面为研究对象,通过模拟分析确定单孔最佳注浆量为40 m~3/h时取得的防灭火效果最好,此时浆液倾向流动最远距离为50. 8 m。研究表明:浆液在采空区垂直扩散过程中,其扩散半径逐渐增加且存在峰值;在底板扩散过程中,浆液浓度峰值点不会随时间产生明显改变;随注浆量的增加,浆液沿倾向流动的最大距离均呈非线性上升趋势;采空区标志性气体监测数据显示,模拟分析结果与现场应用效果一致。     

大倾角综放采空区注浆防灭火浆液扩散模拟研究

为确定大倾角综放采空区注浆防灭火的相关技术参数,研究采空区注浆过程中浆液的扩散行为,构建采空区非均质多孔介质3D几何模型。运用FLUENT数值模拟软件,并结合"变重力、定倾角"方法,通过模拟确定不同煤层倾角下采空区合理的注浆位置。模拟结果表明:浆液在采空区中扩散6 h之后,浆液流动速度与浆液扩散面积近似成反比关系,煤层倾角为20~40°时,采空区注浆的最佳位置均在回风侧距工作面44~48 m处,此时采空区氧化带能被很好地覆盖,工作面无跑浆与溃浆现象。现场观察结果、标志气体监测数据与模拟结果一致。     

断层带和底板注浆模拟及其防水分析

考虑回采过程断层与工作面底板沟通裂隙对工作面采场底板突水的影响,对矿井9603工作面底板及断层采取注浆防水措施.为了准确分析注浆技术的效果,运用弹塑性本构模型、Drucker-Prager准则和ANSYS数值软件,分析了9603工作面在注浆前后不同推进距离下沿工作面走向的应变区域分布.结果表明,岩层应变总体规律为随工作面推进应变范围逐渐扩大,断层与底板之间裂隙沟通程度加强,且分布于开挖煤层两侧及断层带.注浆前,底板斜交及垂直裂隙与断层先存裂隙初步沟通发生于工作面推进80 m的位置,完全沟通发生在工作面推进100 m的位置;注浆后,由于岩层在凝固浆液的影响下,弹性模量大大降低,抗张拉强度得到加强,底板斜交及垂直裂隙与断层先存裂隙的初步沟通和完全沟通分别延至工作面推进120 m的位置和150m的位置.     

考虑黏度时变效应的注入围岩浆液扩散能力研究

为提高深井巷道围岩注浆加固工程中注浆扩散能力,所需的、最佳的注浆孔间距、注浆压力pc、注浆时间t等参数。基于注浆材料浆液黏度时变效应的重要性,采用理论分析方法,建立单一柱面扩散简化模型,推导注浆扩散半径r与pc和t的关系。通过实验室试验,分别分析普通硅酸盐水泥、加1%水玻璃的水泥浆和GPM-3型高强注浆材料的黏度时变效应。在山西某煤矿进行工业性试验。结果表明:注浆材料的浆液随着时间的延长,浆液的剪切屈服强度变化不明显,浆液的黏度却呈指数关系增大;r随t及pc的增加而增加,但注浆一定时间后增加趋势变得不明显。在注浆工程中,应该考虑浆液黏度、注浆时间、注浆压力对注浆扩散能力的影响。     

基于蠕变效应的穿层钻孔封孔参数优化与试验研究

为解决穿层钻孔封孔难度大、瓦斯抽采效率低的问题,视煤岩体为弹塑性介质,在考虑蠕变效应下建立巷道围岩力学模型;根据Dracy定律,推导浆液流动控制方程,以渗透率变化为桥梁,构建巷道围岩变形与浆液流动的耦合模型;利用COMSOL软件解算该理论模型。数值模拟结果表明:巷道围岩塑性软化区范围由初始时刻4.69 m不断扩大,在100天时稳定于15.19 m;浆液扩展半径随注浆压力的增加而持续增大,当注浆压力高于2.8 MPa后,浆液扩展半径变化较小,逐渐趋于稳定。试验钻孔平均瓦斯体积分数为56.49%,是传统工艺下钻孔平均瓦斯体积分数的3.46倍,在抽采后期仍能维持较高的抽采水平。     

煤层瓦斯压力测定的合理封孔注浆压力研究

煤层瓦斯压力测定是煤矿安全生产基础参数测定的重要内容之一,测压成功的关键是封孔技术。当围岩裂隙较发育时需要采用压力注浆封孔,注浆压力就成为封孔的技术关键。为了确定一定围岩岩性条件下的合理封孔注浆压力,采用数值模拟的方法对测压钻孔塑性区大小进行了仿真模拟,并根据浆液渗流规律和钻孔围岩性质之间的关系建立了浆液流动数学模型,得出了合理的注浆压力为4MPa,结合新型“两堵一注”囊袋式封孔装置与CPD8M型煤层瓦斯压力自动测定仪进行了现场应用,结果表明4MPa的注浆压力满足平煤十三矿试验现场围岩条件下的封孔要求,对同类条件下瓦斯压力测定具有一定的指导意义。     

煤层瓦斯压力测定中的钻孔注浆新技术研究

为简化复杂地质条件下测定煤层瓦斯压力的工序并提高高压注浆的成功率和可靠性,以达到准确、快速测量瓦斯压力的效果,基于胶囊注水封孔器的原理和特性及高压注浆的现场情况,提出了一种新型的注浆方法。通过钻孔注浆模型的建立和数值分析、模拟,发现新式注浆工艺可满足10 MPa的注浆压力,能有效封堵钻孔中的裂隙。现场对比实验证明新式注浆方法较传统注浆方法减少了工序,提高了安全性和可操作性,节省时间约35 h。新型注浆方法在复杂地质条件下可提高测压工作整体的效率。     

基于三维“O”型圈的采空区多场分布特征数值模拟

为进一步研究综放采空区的多场分布特征,以大兴矿N2-706工作面为例,构建"双三"模型,即优化三维"O"型圈采空区冒落非均质多孔介质数学模型及"U"型通风方式下的三维综放采空区物理模型,重点考虑了采空区垂直方向上的孔隙率变化,并实现了孔隙率的三维可视化。运用Fluent软件加载自定义UDF对采空区气体压力分布、漏风场及氧气、瓦斯分布情况进行了数值模拟,得出与实际情况相吻合的采空区气体压力分布、合理漏风量范围内的风流场分布,其中重点分析瓦斯体积分数分布规律。结果表明:考虑三维孔隙率的数值模拟结果收敛性更好,采空区瓦斯的积聚现象不仅出现在采空区顶部,在距底板20~25 m高度的位置就大量上浮,且呈现高体积分数瓦斯积聚分布的特征规律。     

放顶煤工作面立体自燃带动态变化特性研究

为探究采空区自燃带动态分布特征,采用理论分析、数值模拟与现场实测相结合的方法,研究空隙、裂隙结构及氧化速率改变对采空区漏风及氧气体积分数分布特征的影响,揭示综采放顶煤自燃带由采空区后部向工作面顶煤动态变化特性.结果表明:受采动应力及上覆岩层垮落滞后影响,顶煤裂隙及采空区空隙结构随暴露时间延长发生改变;支架后方中上部伞檐...     

特别破碎测压围岩环境改造工艺技术研究

由于静水压力和流动阻力的存在,浆液在围岩裂隙中的渗透扩散范围有限,对于具有较厚特别破碎围岩的石门测压环境来说,一次注浆难以达到预期效果,因此本文提出采用逐段注浆法来实现封堵、充填导水围岩裂隙,增强围岩的承载能力,防止塌孔,一次成孔,为石门测压提供一个良好的围岩环境。并通过在平煤十一矿-800m石门测压试验与应用的顺利进行,论证了逐段注浆法改变特别破碎围岩测压环境的可行性。     

煤层倾角对采空区流场及瓦斯分布的影响研究

为获得不同煤层倾角条件下的采空区流场及瓦斯分布变化规律,以平煤六矿22310工作面为原型,通过建立采空区数学物理模型并设置边界条件,数值模拟了工作面采空区气体压力、漏风和瓦斯分布情况,并与该工作面现场实测通风参数对比,对模型可靠性进行验证。在已建立模型的基础上,模拟了煤层倾角分别为5.75°、35.75°、65.75°时的采空区气体压力、漏风和瓦斯分布,对比分析了三种煤层倾角下的采空区流场及瓦斯分布变化规律。结果表明:随着煤层倾角增加,采空区气体压力降低,压力梯度升高;工作面漏风量变化微小,漏风分布规律不变;采空区瓦斯浓度和采空区瓦斯总量降低。     

瓦斯抽采下沿空留巷工作面采空区漏风机制研究

漏风对煤自燃有重要影响,研究漏风形成机制对工作面采空区防火具有重要的作用。针对采空区瓦斯抽采、上覆围岩裂隙发育对采空区漏风影响问题,以沙曲矿沿空留巷综放工作面为研究背景。根据采空区上覆煤岩特性选择经验公式计算采空区裂隙发育高度,分析了沿空留巷侧采空区上覆裂隙发育,现场实测了沿空留巷压埋管及高位钻孔中气体体积分数,并根据实测参数利用数值模拟分析了瓦斯抽采条件下采空区风流流场变化。结果表明:上覆裂隙成为采空区漏风通道,导通距离在27.2~37.2 m;在沿空留巷侧采空区回采距离100m,其氧气体积分数在10%以上,验证了采空区漏风去向;模拟结果显示,沿空留巷侧采空区立体空间范围内氧气体积分数均达到10%以上,模拟结果与实测基本保持一致。最终确定瓦斯抽采条件下沿空留巷的布置及煤岩裂隙发育是形成漏风通道的主要原因。     

阻断漏风供氧的脱氧剂在密闭中的应用研究

工作面回采过程中产生的超前支撑压力,会对上区段回采过程中在联络巷构筑的密闭造成破坏,使之产生裂隙出现漏风,向采空区供氧。为解决目前密闭出现裂隙后只能采取措施减少漏风而不能将漏风中氧气消耗、除去的弊端,利用具有耗氧功能的脱氧剂,设计了主动脱氧型密闭,并通过数值模拟将普通密闭与该密闭漏风时氧浓度分布进行对比。研究表明:相同漏风情况下,普通密闭中添加脱氧剂成为主动脱氧型密闭后,使漏出密闭风流的氧浓度大幅降低,有效减少了进入采空区的氧气量;另外,经过脱氧的密闭漏风,剩余高浓度的N2,对采空区起到了惰化效果,降低了采空区附近的氧浓度。     

基于图像分析的射流扩散试验装置研制及应用

测量污染物浓度场是环境工程的研究热点之一,基于此自主设计开发了基于图像分析的射流浓度场扩散试验装置,该装置共包括3个部分:试验水槽装置、射流装置、图像采集与分析系统。通过搭建试验水槽装置,以罗丹明B作为射流示踪物质,利用图像处理技术显示和分析射流浓度场,模拟研究污染物在水体中扩散特征。分别设计了对静态和横向流动环境中的射流浓度场扩散试验,结果表明,自主设计的试验装置可以定量显示和分析恒定流动条件下射流浓度场及其射流轨迹,同时验证了本装置用于浓度场扩散研究的可行性。     

前苏联化学注浆加固锚杆和不稳固岩体技术的发展(续)

5 预注浆液工艺的试验研究6.1 高压泵压注浆液工艺5.1.1 平窿顶岩层的地表注浆加固 平窿建筑公司采用脲甲醛树脂加盐酸、矽酸钠溶液和磷石膏配制浆液,对平窿掘进中裂隙发育的顶板地表层进行注浆加固。注浆孔径105mm,用如图26所示的装置进行灌注。浆液的组分是:KФ-Ж- М脲甲     

基于时空分布特征的煤层瓦斯测压准确性研究

为获得真实可靠的现场实测煤层瓦斯压力,实现煤层突出灾害等级科学评价和精准防治,通过理论分析、数值模拟和现场验证相结合的方法,以双重孔隙介质为基础,根据煤层瓦斯流动模型和瓦斯压力恢复曲线,分析煤层瓦斯压力测定的时空分布及准确性,并以桃园煤矿Ⅱ1采区10煤层为例,开展工程验证.研究结果表明:当基质瓦斯压力与裂隙瓦斯压力处于...     

采空区场流安全理论及其研究的新进展

提出采空区场流安全理论的概念,并对采空区场流流态、瓦斯涌出和自燃“三带”理论及自燃温度等数值模拟计算的发展历程进行概要总结;分析了当前采空区场流安全理论研究的最新进展和发展趋势。指出目前的现代通风安全理论研究正处在前所未有的历史变革时期,即从网络流通风安全理论到场流安全理论的过渡与统一。采空区问题(瓦斯涌出和自燃)应综合考虑特定开采条件下的采场漏风与供氧系统的背景环境。其理论研究的主流方向应是基于场流方法的灾害与各因素影响关系的分析,重点是灾害机理和多灾害间耦合等一般规律;技术手段是多孔介质渗流力学、多相气体扩散、综合传热理论和有限元数值模拟方法,关键是模型求解的收敛稳定性和流场分布解问题。     

工作压力对细水雾雾场特性参数影响的实验研究

为了研究工作压力对细水雾雾场特性参数的影响,针对高、中低压细水雾喷头,测量、计算了不同工作压力下细水雾的雾化锥角、雾通量分布、粒径分布及雾动量,得到了高压细水雾与中低压细水雾雾场特性参数的区别及不同工作压力下细水雾雾场特性参数的变化规律,为细水雾喷头的开发及设计应用提供了相应的实验依据。     

石化压力管道冲蚀失效数值模拟及影响因素分析

以镇海REAC出口压力管道系统碳钢弯管为例,结合冲蚀失效机理,建立冲蚀失效流固耦合数理模型。利用数值模拟技术分析腐蚀产物保护膜与多相流动之间的交互作用,揭示弯管内壁剪切应力分布及保护膜主位移、应力、应变的分布规律,研究石化压力管道系统冲蚀失效过程;结合现场测厚数据验证有限元分析软件流固耦合数值模拟方法的可靠性;并进一步对比分析了流体流动特性、管件结构特性等特性参数对冲蚀的影响。为石化压力管道输送系统的冲蚀失效分析、结构优化设计、RBI和定期检验测厚定位、寿命预测、风险评估等安全保障研究提供理论依据和分析手段。     

街道峡谷中汽车排放的CO气体扩散特性的数值模拟

为了研究平行街道中汽车排放的污染气体扩散特性,本文采用RNG k-ε湍流模型和污染气体扩散方程对几种不同结构的平行街道进行了二维数值模拟,得到了峡谷内的流场和质量浓度场分布.结果表明,与单个街道峡谷相比,平行街道内污染气体扩散特性有很大不同,通过增加街道单侧建筑物的高度,可使污染气体容易扩散,减少污染气体在峡谷中的聚集.