漏风裂隙内无机固化泡沫浆液扩散特性研究

为研究无机固化泡沫(ISF)浆液在漏风裂隙内扩散及压力场分布特性,基于ISF浆液黏度时变模型,研究ISF浆液在漏风裂隙中受力和流动特性、恒定风量漏风气流下ISF浆液扩散形态及压力场分布特性;建立ISF浆液在水平漏风单裂隙中逆风流动扩散理论模型、在恒定漏风速率水平裂隙扩散数值模型,并对比验证理论及数值模型的合理性。研究表明:在恒定流量注浆工况下,延长注浆时间可增加注浆压力,但ISF浆液逆风扩散距离增长趋于停止,在漏风条件下现场注浆封堵施工设计需根据注浆工程预设注浆压力,同时设定漏风影响参数。     

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。     

矿山帷幕注浆堵水隔障机理研究

根据现场取样分析和实验分析探讨了围岩注浆堵水隔障机理,注浆浆液充填了岩石孔隙、溶隙等空隙,使岩石的宏观孔隙度降低、致密程度增加,改变了岩石的物力性质,使岩石由原来的含水层或透水层变为隔水层;对注浆前后岩石进行了单轴压缩试验,通过对比实验分析研究,结果表明浆液在岩体结构面中凝结后对结构面进行充填加固,使注浆岩体的单轴抗压能力提高,能在较大变形范围内保持稳定的承载能力,增强了工程岩体抵抗外力破坏的能力。注浆隔障带能够承受水压能力增大,隔水性能增强;并从理论上对固结体的强度进行了分析计算。     

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。     

超细水泥浆液在微裂隙岩体中的注浆试验研究

矿井井筒开拓安全通过巨厚洛河组砂岩含水层是一个普遍的难题,普通水泥注浆法无法形成有效的止水帷幕。为了给地面预注浆或帷幕注浆法过洛河组砂岩含水层提供依据,通过改变注浆材料,开展了超细水泥浆液在洛河组砂岩中的注浆试验研究。通过试验研究,较好地掌握了超细水泥对洛河组砂岩注浆性能,获得了相关的注浆经验。结果表明,超细水泥浆液无法对洛河组砂岩实现可注,并从微观结构上分析了不可注的原因。研究成果对类似地层的注浆改造和井巷工程的安全施工具有一定的借鉴与指导意义,避免了注浆经验导致工程实践的失败与资源浪费。     

松散煤岩体钻封注耦合注浆锚固机理与试验研究

针对松散煤岩体巷道钻孔成孔困难、锚固力低的问题,提出了钻封注分次注浆时空耦合加固方法,实现了钻孔内“全长封孔+带压注浆”,分析了钻封注分次注浆加固技术原理,研发了自钻锚杆、封孔及加固注浆材料,其封孔材料具有膨胀性大、强度大和凝固时间快等特点,注浆加固材料具有速凝早强、流动性好、固结效果好及强度较高等优点。研究结果表明:全长封孔后带压注浆,浆液扩散半径大,钻封注锚杆锚固力相对于数脂锚固提高1倍以上,表明钻封注分次注浆加固技术具有较高的应用价值。     

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     

煤层注射成胶型抑尘剂影响因素及抑尘效果研究

为解决煤层注水降抑尘技术中水分易流失,开采时注水抑尘效果较差等问题,提出一种既能增加煤层保水率又能改善煤层脆性的抑尘方法：研制出以海藻酸钠(SA)为基质的成胶型抑尘剂,并开展比表面积试验、氮气吸附试验、扫描电镜试验和产尘率试验,研究表面活性剂、黏度及注射压力对成胶型抑尘剂的影响。结果表明：表面活性剂有利于煤层润湿,但对抑尘效果影响较小;抑尘剂黏度增大有利于保水,可使保水时间由10 h提升至30 h,但会导致材料难以进入煤层内部;注射压力对于抑尘剂的抑尘效果具有较大影响,当煤层注射压力较小时,抑尘剂难以快速渗入煤的内部孔隙中,随着压力的增大,抑尘剂逐渐渗入煤孔隙中。当注射压力升至3 MPa后,抑尘效果不再随压力的增加而增加,产尘率由4%降低至2.3%,相对降幅达50%,有效降低了产尘。     

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。     

注气压力对不同注源气体置驱效应的影响

注气压力是煤层注气促排瓦斯工程技术的关键技术参数。为了研究注气压力对不同注源气体置驱煤中CH_4效应的影响,采用含瓦斯颗粒煤垂直应力载荷条件下向实验室注气模拟试验方法,开展1.25 MPa垂直载荷条件下无烟煤注入He、N_2和CO_2等气体置驱煤中CH_4的模拟试验。结果表明:在突破时间内注源气体全部滞留在煤层内;超过突破时间后,注源气体逐步从出口流出,其滞留率逐渐减小,最终只显现驱替作用。注源气体的突破时间随注气压力的增加而减少,随注源气体吸附性由强到弱而减少。置驱率由置换作用和驱替作用及其配比关系共同决定,其与注源气体吸附性强弱没有明显的关系,且注气压力越高置驱效率越高。     

前苏联化学注浆加固锚杆和不稳固岩体技术的发展(续)

4 预注化学奖液加固不稳固岩体试验研究 预注浆加固岩体即根据矿山地质条件,选择合理的化学组分配制成加固浆液,采用高压泵装置或爆力法,将浆液压入岩体的空洞、裂隙中与岩体形成坚固的整体,从而防止岩体冒落。4.1 注浆加固过程的实验研究 这方面,莫斯科矿院和原全苏有色金属矿山研究院等进行了试验研究。实验表     

等压扩散和高压注入条件下CO_2对煤中CH_4置换效应

为了揭示注气压力对置换煤层瓦斯效应的影响,开展了等压扩散和高压注气2种条件下CO_2对煤中CH_4置换试验研究。试验结果表明:在置换源气体充入量相等的条件下等压扩散试验中CO_2对煤中CH_4的置换量大于高压注气试验的置换量,且等压扩散条件下CO_2置换CH_4效率维持在0.44 cm~3/cm~3左右,而高压注气条件下CO2置换CH_4效率却随注入量的增加而持续增加,但其增加率逐渐衰减。等压扩散条件下吸附平衡后系统总压略有下降,降幅一般为8%左右;高压注气条件下吸附平衡后系统总压呈持续上升规律,最大增幅为60%。研究成果对该项技术工程应用的启示是:井下煤层注气置换/驱替煤层瓦斯时,不一定要追求高的注气压力,采用低压注气也可收到良好的促排瓦斯效果,又能大幅度提高注气的安全可靠性。     

矿用聚氨酯注浆材料阻燃及加固性能研究

为获得压缩强度和阻燃性能兼顾的聚氨酯注浆材料,通过L9(34)正交试验,研究Mg(OH)2含量、甲基膦酸二甲酯(DMMP)含量、异氰酸酯指数、辛酸亚锡含量对聚氨酯注浆材料的阻燃性能及压缩性能的影响。获得这种聚氨酯注浆材料的最佳制备条件。对比分析最佳制备条件试样及不加阻燃剂试样的热稳定性。结果表明:DMMP含量和Mg(OH)2含量对平均燃烧时间影响显著;Mg(OH)2还有补强加固作用,对压缩强度影响最为显著,其次为异氰酸酯指数。在Mg(OH)2,DMMP,辛酸亚锡质量分数分别为16%,24%和0.4%,异氰酸酯指数为1.10时,聚氨酯注浆材料兼顾阻燃性能和压缩性能,平均燃烧时间为13.9 s,压缩强度为19 MPa,其热稳定性明显优于不添加阻燃剂样品。     

压力水影响煤层瓦斯解吸的试验研究及机理分析

为进一步认清压力水影响煤层瓦斯解吸的作用机理,采用实验室试验和理论分析相结合的方法,研究压力水对山西阳泉新景煤矿3号煤层瓦斯解吸特性的影响。在实验室,按照压力水与瓦斯进入煤体的先后顺序,设计出煤样吸附瓦斯前注水和吸附瓦斯后注水2种试验。吸附前注水试验结果表明,注水煤样的瓦斯解吸等温线与吸附等温线之间分叉明显,吸附量最大相差约4 m3/t;而吸附后注水试验结果表明,注水煤样的解吸等温线明显处于干燥煤样解吸等温线上方,吸附量相差最大约5 m3/t,该结果直观表明压力水对瓦斯解吸有抑制效应。经理论分析提出抑制解吸效应的机理,认为煤体孔隙发育是先天条件,压力水的浸入是后天条件,而毛管力和贾敏效应是抑制解吸效应的根本原因。     

资源整合矿井复采面垮落废巷注浆加固技术研究

为解决海天煤业3616工作面存在的过废巷问题,通过FLAC3D数值模拟及探巷实测手段,研究废巷的赋存状况,确定废巷的垮落特征;基于此,选用水灰比可调范围大的新型双液注浆材料,开发分次成孔、插管注浆的治理工艺,解决在破碎区打钻注浆遇到的钻进困难、塌孔、漏浆等问题。工程实践表明,用该治理工艺可实现快速成孔且可避免浆液过快、过慢凝固引发的堵孔、漏浆问题。在注浆后的工作面推进过程中,在废巷垮落区域未出现影响生产的大范围冒顶、片帮现象,该治理工艺的合理性得到证明。     

瓦斯抽采钻孔磁性密封浆液配合比试验研究

为探究一种具有磁性特性的瓦斯抽采钻孔密封浆液配合比,选取微米粒度(3μm)下的羰基铁粉和纳米粒度(200 nm)下的四氧化三铁(Fe_3O_4)为磁性粒子,以一定比例聚乙烯醇和水作为密封浆液主要基液,按照磁性粒子在浆液中不同质量分数、不同磁性粒子种类以及不同磁性粒子粒度,进行多水平多因素下的浆液配合比试验,并借助三维磁性成像系统作相似材料模拟,验证浆液的磁性示踪效果。结果表明:在以羰基铁粉为主要溶质的浆液中加入一定量Fe_3O_4,可大幅度降低密封浆液沉降率;在相似材料密封胶结后,浆液中的磁性粒子可较好地表征出相似材料内密封浆液的填充胶结位置,且在相似材料中,磁性强度越大的区域,内部破裂越明显。     

大冶铁矿-360m开拓巷道注浆治水技术研究

巷道涌水问题严重影响地下矿山安全高效生产,采用注浆技术可有效治理巷道涌水问题。针对大冶铁矿尖林山采区-360 m水平巷道开拓过程中出现的巷道底板少量涌水、联络道工作面大量涌水的情况,制定了在DS23B01联络道东侧20 m的巷道点（26#）浇筑挡水墙,选用水泥单液浆和水泥-水玻璃双液浆2种浆液作为注浆材料,在26#向东112.5 m处实施浅孔注浆、在-270 m水平废弃的电机车维修硐室口部安装地质钻机,实施超深孔注浆的施工方案。结果表明：涌水量较大的情况下,在合适位置施工挡水墙可以有效截断涌水及淤泥的持续流动;在巷道底板涌水点附近施工浅孔钻孔进行注浆,并将注浆终压设计为5 MPa,可以有效治理巷道底板涌水问题;采用超深孔注浆方法对工作面涌水量较大问题进行治理,并进行分段注浆,能有效避免同水平涌水对施工过程的干扰,治水效果明显。研究成果可为其他矿山开拓工程治理涌水问题提供技术参考。     

近海埋地管道泄漏气体扩散安全评估研究

为评估近海埋地管道泄漏气体扩散风险,基于流体体积与多孔介质方法,建立水下埋地管道泄漏气体扩散预测模型,模拟气体在海底土壤及海水中的运移扩散过程。研究结果表明:泄漏气体在海底土壤中扩散时间较短,扩散直径变化经历快速增长期、缓慢增长期和平稳期3个阶段,海水中羽流直径与羽流高度均随时间增加,且相比羽流高度,羽流直径的增长速度呈现先大后小的态势;增加泄漏孔径与泄漏压力,气体在海底土壤中扩散直径增大,海水中气泡体积明显增加,上浮时间减少,水平偏移量和海面处羽流直径减小。该模型可实现对近海埋地管道气体泄漏的准确预测,得出扩散轨迹等关键羽流数据,为后续的安全评估提供数据支撑和理论支持。