分体式囊袋注浆封孔器的研制与应用

为提高抽采钻孔瓦斯抽采浓度,实现井下安全生产及瓦斯气体的回收利用,针对普通囊袋式封孔工艺漏气严重的问题,设计一种分体式囊袋封孔装置,提出分体式囊袋注浆封孔技术,并进行相关工程试验,对比分体式囊袋封孔器和普通囊袋式封孔器的抽采效果。结果显示:在相同煤层条件下,连续抽采70天后分体式囊袋封孔器的抽采瓦斯的体积分数为69.3%,普通囊袋式封孔器的抽采瓦斯体积分数为31.4%;用新型封孔器能有效解决普通囊袋封孔器漏气严重的问题。     

封孔器在有残留煤渣钻孔中移动的试验研究

为揭示钻孔内残留煤渣阻碍封孔器移动的作用机制,寻求最佳的降阻方法,首先,设计封孔器在煤层钻孔内移动的试验方案及装置,并开展7种不同端头锥面角度的封孔器在模拟钻孔内的移动试验;然后,分析封孔器前方的煤渣堆积状态及其移动阻力参数;最后,基于试验结果,解释炸药和封孔器在煤层钻孔内的堵塞现象,改进钻孔瓦斯涌出初速度测定装备的封孔器。结果表明,随着封孔器向前移动,封孔器前方的煤渣堆积长度和高度逐步增加,封孔器所受的阻力几乎呈指数规律增加;如果封孔器的端头锥面角度较大,就会被堆积的煤渣完全堵塞;随着封孔器端头锥面角度的减小,封孔器所受阻力逐步降低,并趋于稳定;改进型封孔器(前端安装锥面角度为20°的空心罩)的送入阻力小、推进速度快,送入钻孔深度大。     

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。     

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。     

频繁采动影响巷道围岩强化支护技术及其应用

为解决频繁采动导致巷道围岩支护效果差问题,提出了"锚杆锚索+浅深注浆"巷道围岩联合强化支护技术。该技术施工工艺包括清理表面浮矸、喷射混凝土封闭、注浆、刷巷、锚网支护及喷射混凝土,注浆设计方案包括浅孔注浆、深孔注浆及注浆封孔方案。通过力学分析和井下工程试验对围岩强化支护效果进行了分析。结果表明:利用"锚杆锚索+浅深注浆"联合强化支护技术,能固结围岩内的破碎煤岩体,降低巷道围岩内岩石破碎程度,提高固结性,有效的锚固锚杆锚索;巷道顶板离层量5天内变化量较小,而后逐渐趋于稳定。     

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。     

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。     

带压注浆封孔技术在汪家寨煤矿的应用

为改进汪家寨煤矿的瓦斯抽采钻孔封孔技术,提高封孔质量,针对目前封孔工艺存在的问题,提出以新型无机封孔材料、封孔器为一体的"两堵一注"带压注浆封孔技术。现场的应用试验表明,考察期内试验钻孔平均瓦斯体积分数达到了60%以上,有效提高试验钻孔的封孔质量,为下一步的封孔工艺优化改进提供了参考及建议。     

深部软岩煤巷围岩变形分析与控制技术研究

根据深部软岩煤巷围岩力学性质,借助有限差分软件FLAC程序,模拟软岩煤巷开挖未支护巷道和U型钢支护巷道围岩变形破坏全过程,得到围岩应力场、位移场和塑性区变化规律。结果表明,解决底板问题是维护深部软岩煤巷整体稳定的关键,巷道底鼓与两帮收敛两者是相互关联的,提高围岩本身强度参数是围岩控制的重点。由此提出大刚度高阻力联合支护技术,即应用高阻力预应力锚杆进行锚网支护的基础上,以注浆加固和反底拱对底板进行控制,同时配合大刚度U型钢支护,适时实施围岩二次注浆加固及锚索加强支护,且将此技术应用于工程实践。     

瓦斯抽采“两堵一注一排”新工艺技术

为提高瓦斯抽采钻孔的抽采浓度,实现煤矿瓦斯回收利用,针对现有的"一体式囊袋两堵一注"封孔器漏气问题,对其工艺进行改进,设计出"两堵一注一排"封孔装置,并进行井上试验研究和井下工程试验,对比分析2种封孔器的抽采效果。结果显示:井上试验"两堵一注一排"新工艺注浆段密实,"一体式囊袋两堵一注"出现明显的空白段;井下在相同煤层条件下,"两堵一注一排"新工艺抽采90天平均瓦斯体积分数为75%,"一体式囊袋两堵一注"抽采瓦斯体积分数为55%。     

“三软”煤层注水封孔技术的试验研究

在分析“三软”煤层封孔特性的基础上 ,选择了合适的封孔方法 ,试验研究了Bimbar1型封孔器封孔技术 ,并对封孔器应用中的问题进行了讨论 ,设计了一种与之配套使用的单向自动截止阀 ,成功地实现了“三软”煤层注水封孔 ,可供类似条件的煤层实施该技术参考。     

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。     

综放沿空动压巷道锚网索耦合支护研究

为合理设计综放沿空动压巷道支护参数,以恒昇煤矿9102工作面沿空运输巷为例,用钻孔窥视仪和多点位移计观测巷道围岩裂隙发育状况和变形特征;用FLAC3D软件模拟锚杆锚索采用不同支护参数时围岩支护应力场分布特征,定义压应力区耦合系数评价锚杆锚索耦合性能,在此基础上优化支护参数,并模拟对比采用原有支护与优化支护时围岩偏应力及位移分布特征;开展现场试验。结果表明:减小锚索间距、增加锚索长度和锚索预紧力能使预应力锚杆和锚索在围岩内形成有效连续的压应力集中区;当压应力区耦合系数大于1. 4时,应力集中区高度超过顶煤厚度;当锚索长度为8 m时,锚索锚固段所在岩层偏应力较低,锚网索支护系统的可靠性较强;支护参数优化后,顶板离层与围岩大变形基本得到控制,能够保证沿空巷道的安全。     

多次强动压巷道围岩“三区”强化支护机理及控制技术研究

针对贵州湾田煤矿多次动压作用巷道围岩变形破坏严重的问题,提出了巷道围岩"三区"强化支护控制技术,通过数值模拟、理论分析和现场试验研究分析了围岩"三区"强化支护效果。研究结果表明:通过内外注浆方法在巷道围岩内形成围岩锚固区、围岩强化区和应力释放区,并将注浆区域分为内注浆区和外注浆区,使其之间形成动压缓冲区;注浆能够有效的胶结破碎围岩体,锚杆锚索所处的塑性破坏区得到了有效重新加固,形成具有高强度的承载拱;井下现场监测数据表明巷道顶板下沉量和底鼓量不足巷道高度的5%,两帮变形量仅为巷道宽度的0.7%,有效地控制了巷道围岩的变形破坏。     

深基坑桩锚支护结构土层预应力锚索工作性能测试分析

对某深基坑桩锚支护结构土层预应力锚索进行了检测与监测,同时进行了支护结构顶部水平位移的监测.检测结果表明,土层预应力锚索的主要失效模式是注浆体与土层接触面发生剪切破坏,其破坏形式是渐进缓变型;受拔时锚-土界面位移占锚头累计位移的80%～90%,其抗拔承载能力与锚索的二次注浆工艺密切相关.监测成果表明,二次张拉能显著减少预应力损失,同时土层预应力锚索对桩锚支护结构的顶部变形起到了有效的控制作用;锚索锁定后.后续工况引起的顶部变形增加量较小时,不会对锚索锁定荷载产生较大影响.     

胶囊粘液封孔器在测定煤层高瓦斯 压力时失效成因分析

针对采用胶囊粘液封孔器在测定煤层高瓦斯压力过程中,容易出现胶囊被顶出或密封失效等情况,根据多次实践经验,建立了封孔器与瓦斯室、岩石孔壁间整个密封系统的力学平衡方程,分析了胶囊被顶出的原因;通过假设建立了高压瓦斯气体侵入微孔隙模型,给出了泄漏气体侵入时的流量微分方程,并从能量角度分析了气体侵入和逸出微孔隙过程;建立了封孔系统内高压瓦斯在粘液中的扩散、溶解、析出物理模型,从理论上分析这种装置密封高压气体失效机制。通过多次对比现场实验,给出了采用该装置测压时的安全可信值范围,当煤层瓦斯压力超过3MPa时,最好采用传统封孔工艺进行测定。     

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。     

巷道交叉点对穿锚索支护技术研究

为了提高巷道交叉点围岩的支护效果,采用理论分析的方法,建立半平面体力学计算模型,分析了法向分布力作用对岩体应力状态的影响和岩体内部三维应力分布状态;采用数值模拟计算的方法,模拟巷道交叉点围岩在预应力作用下的应力状态,揭示预应力锚索与围岩之间相互作用机理.结果表明:预应力锚索支护可改善交叉点围岩应力状态,防止裂隙扩展,提...     

基于D-P准则的煤层钻孔封孔深度分析

为了确定合理的煤层钻孔封孔深度,提高瓦斯抽采效果,基于D-P屈服准则,提出关于中间主应力、煤岩剪膨胀的巷道开挖模型,推出钻孔周围煤体应力应变及钻孔封孔深度表达式。结合工程实例,以煤巷掘进工作面平均瓦斯抽采浓度和钻屑量为基础进行封孔深度的验证。研究结果表明:中间主应力、残余黏聚力、内摩擦角和剪胀角对于封孔深度有重要影响;在一定区间内,钻孔封孔深度随中间主应力的增大而增加,超过某个值后会随着中间主应力的增加而减小;剪胀角越大,扩容系数越大,钻孔封孔深度越大;平均瓦斯抽采浓度和钻屑量测试结果验证了封孔深度的准确性。