旧采破碎区注浆模拟试验与注浆工艺优化研究

摘要

本文以圣华煤业1301复采工作面为工程背景，在对矿井旧采巷道赋存调查的基础上，进行了散碎煤岩体注浆试验，分析了浆液在破碎煤岩散体中的扩散规律，提出了复采工作面预注浆工艺。本文主要工作为：
　　1、结合已知矿井资料，采用探测巷掘进与工作面回采的方式对空巷揭露状况进行统计，对圣华煤业1301复采工作面旧采区空巷赋存状况进行分析。根据工作面推进与巷道掘进过程中空巷揭露特征，绘制巷道空巷布置图。
　　2、设计散碎煤岩堆积体注浆试验，通过试验提出浆液扩散分析模型，并对此扩散模型进行理论分析。采用MATLAB科学计算软件对不同注浆压力、水灰比以及渗透系数参数影响下的浆液扩散规律进行线性回归分析，得到了浆液水灰比、注浆压力以及渗透系数三个因素与浆液150mm层位处最大扩散长度、最大喷射长度、注浆量以及结石体抗压强度之间的线性关系，得到各注浆因素影响下四组线性回归方程分别为L=46.8476.S-0.2527.K4.6336.P0.5773、R=78.6494.S-0.2154.K6.7270.P0.5777、Q=206.8306.S0.1530.K3.1685.P0.2970与P=6.607.S-0.6920.W0.215.P-0.0439。
　　3、通过建立FLUENT流体分析模型对散碎煤岩堆积体注浆试验模型进行完善，可以推算出浆液最大扩散长度与最大喷射长度的估算值，对试验数据进行优化并得到了相应的线性回归关系式，分别是L=105.6466.S-0.2631.K508885.P0.5776与R=183.2772.S-0.1952.K8.1937.P0.5537。
　　4、根据浆液扩散线性回归关系式，设计复采区多轮递进注浆工艺。首先对复采破碎区边界进行注浆，实现厚度为3m的密实封堵区，封堵区浆液水灰比为5:1，注浆压力1MPa，注浆孔起点距底板1.6m，孔角17°，全长1.36m，孔间距2.5m。固结区浆液水灰比为7:1，注浆压力为9.5MPa，按照超高水材料浆液的扩散特征设计三轮递进注浆，每轮间隔13.3m，距底板1.5m钻取注浆孔，倾角分别为26°、10°、6°，孔长分别为9.1m、21.9m、35m，单轮注浆钻孔间距为10m，每相邻两轮注浆孔间距为3.3m。
　　5、通过COMSOL数值模拟与注浆效果检测的手段验证了注浆合理性，验证了多轮注浆工艺的合理性，完成注浆加固后的煤壁切割之后较为平滑，且完整性较好，注浆效果良好。

目录

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 煤岩体注浆工程的发展现状

1.3 研究内容与技术路线

第二章 旧采破坏区残留形态分析

2.1 工程概况

2.2 1301复采工作面空巷赋存状概况及面临问题

2.3 本章小结

第三章 散碎煤岩堆积体注浆试验

3.1 试验背景与目的

3.2 散碎煤岩体试验

3.3 试验数据采集与整理

3.4 本章小结

第四章 浆液扩散理论分析

4.1 引言

4.2 蠕动流边界分析

4.3 浆液扩散边界影响度分析

4.4 本章小结

第五章 散碎煤岩体注浆数值模拟试验

5.1 引言

5.2 散碎煤岩体数值模型的建立

5.3 本章小结

第六章 注浆工艺优化与注浆效果

6.1 注浆工艺优化

6.2 注浆工艺施工参数

6.3 复采区注浆工艺数值模型分析

6.4 注浆效果

6.5 本章小结

第七章 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表论文和参加的科研项目