采区工作面顶板风氧化带地面预注浆加固研究

摘要

随着经济的快速发展，我国对于能源的需求量随之加大，在煤层工作面掘进开采过程中，难免上覆岩层会产生小周期和大周期破坏，如果岩体强度不足，则容易导致顶板的不稳定性，影响生产发展作业的安全。
　　本文以淮南矿业（集团）有限责任公司顾北煤矿南二采区1512(3)工作面地面预注浆加固工程为研究背景，经过地面预注浆的施工，利用地面预注浆加固机理的理论分析和力学性能评估相关的试验相结合的分析方法表明，在工作面上覆风氧化带注浆能够密实岩层，使其渗透能力降低、承载能力增大，即在工作面顶板岩层中人工构筑一层主关键层，这样当工作面老顶周期性破断时，由于上位岩层中存在一层因注浆而强度增大的岩层，能够很好的承载上部冲积层所传递下来的载荷。通过试样试验得到氧化带区域岩体的应力、应变和强度特征，搞清了其力学机理。最后对注浆后的注浆孔径影响区域进行数值分析，进一步研究了影响区域范围内的扩散半径、孔隙压力、饱和度等受力特征。分析注浆压力、孔隙率和渗透系数与渗透扩散半径之间的关系，得到了丰富的数值模拟数据及结果图，分析结果再次论证了本次项目钻探预注浆施工方案确实可行。用于本课题的研究结果结合以往地面预注浆项目的实测数据和工程资料，可以为以后类似的施工加固优化方案提供合理的依据。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 选题背景和研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 注浆技术研究与发展

1．2．2 地面预注浆应用

1．3 研究内容及技术路线

2 采煤工作面顶板风养化基岩带预注浆设计

2．1 工程概况

2．1．1 采面范围

2．1．2 煤层赋存状态

2．1．3 顶板特征

2．2 风氧化带岩体可注性分析

2．2．1 岩体的可注性定义

2．2．2 岩体的可注性的影响因素

2．2．3 裂缝岩体的渗透几何参数

2．2．4 注浆段岩体的可注性评价

2．3 地面预注浆加固机理

2．3．1 扩散机理

2．3．2 作用效果

2．4 钻探方案

2．4．1 设计注浆钻孔数量、孔位位置

2．4．2 钻探工程量及轨迹图

2．5 参数设计

2．5．1 注浆岩层的选择

2．5．2 注浆范围

2．5．3 注浆扩散半径及注浆孔径设计

2．5．4 注浆量

2．5．5 注浆材料和压力

2．5．6 注浆结束标准

2．5．7 注浆质量检验标准

2．5．8 注浆实际工程量

2．6 小结

3 风氧化带注浆效果评估

3．1 概述

3．2 钻孔岩芯样本评估

3．3 工作面上覆力学性能实验

3．3．1 实验方法

3．3．2 实验结果分析

3．4 风氧化带岩体成分及微观结构分析

3．4．1 风氧化带岩体成分分析

3．4．2 风氧化带岩体微观结构分析

3．5 钻孔壁观察分析

3．6 小结

4 地面预注浆数值分析

4．1 数值计算方法概述

4．2 注浆加固中数值模拟的原理和可行性

4．3 注浆加固模型的建立

4．4 计算结果

4．5 小结

5 结论

5．1 结论

5．2 建议与展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果