基于化学注浆预加固的破碎矿体采场结构优化数值模拟

汤丹铜矿4号矿体厚大软弱破碎,围岩松散、炮孔成孔率低;优选MP 364矿用树脂进行化学注浆预加固,并在3采2分段进行现场化学注浆试验,确定化学浆液扩散方式、注浆压力及扩散半径等参数,建成注浆工艺系统。通过FLAC 3D及ANSYS等软件建模,并对地表岩移、顶板位移、采场支撑体系塑性区以及矿柱最大主应力进行数值模拟分析。研究结果表明:按照推荐注浆材料配比及工艺施工,岩体强度及完整性得到较大提高,炮孔成孔率提高22%;化学注浆后,由于岩体强度及矿体完整性得到提高,拟通过增大矿房暴露面积以提高矿石回收率。注浆后,在保证安全且保持矿柱尺寸不变的情况下,矿房暴露面积提高约50 m2,则矿石回收率可以提高约10%以上,提高了矿山经济效益。     

大采高工作面穿越断层破碎区预注浆耦合加固实践

大采高工作面在穿越断层过程中多次出现大面积漏矸漏砂现象,严重制约安全高效开采。预注浆耦合加固(Pre-Grouting Coupling Reinforcement,PCCR)对快速穿越断层破碎带和安全高效开采至关重要。针对宁东鸳鸯湖矿区清水营煤矿大采高工作面安全穿越断层破碎带失稳致灾难题,采用工程调查、理论分析和现场实践等综合方法,提出了预注浆耦合加固(Pre-Grouting Coupling Reinforcement,PCCR)方法,设计了注浆工艺,定量确定了注浆参数。通过注浆可提高裂隙的粘结力和内摩擦角,增大岩体内部块间相对位移的阻力,改善岩体弱面力学性能,提高围岩整体稳定性。研究认为注浆耦合加固方法对于破碎煤岩体可实现结构性能改变、力学性能的提升,快速凝固之后形成"骨架"结构,支撑能力显著提高。加固断层带破裂顶板时注浆压力一般为4.0~6.0 MPa,单孔注浆量预计为110.0 kg,有效扩散半径约为3.2 m.实践表明采用PCCR技术方法,及时有效控制了工作面顶板和上下超前巷道稳定,保证了安全开采,综合效果显著。     

倾斜中厚矿体采场宽度优化

采用弹性力学分析得到顶板受力状态与采场宽度的关系,在计算所得采场安全开采最大宽度为12.1 m的基础上,结合矿山实际开采条件,提出采场结构参数初选方案;运用数值分析方法模拟获取不同结构参数下采场的力学响应特征;采用多目标决策理想点法综合考虑安全和经济两大因素,计算各方案评价指标集与理想解的向量相似度,得到各方案的优越度排序,最终实现采场结构参数的综合优化。研究结果表明:在开挖过程中,最大压(拉)应力与矿房宽度和矿柱宽度成正比,塑性区体积与矿房宽度成正比,安全率与矿房宽度成反比;矿房宽为12 m、矿柱宽为8 m的方案为综合考虑安全与经济因素的开采最佳结构参数方案。     

综采工作面破碎顶板预注浆加固技术研究

云驾岭矿通过对12114工作面破碎顶板范围采用新型高水材料注浆加固,良好地固结了破碎的顶板,解决了回采工作面受顶板破碎煤矸石影响而制约工作面回采推进的问题,同时保证了回采期间的安全生产。     

地下破碎矿体数值计算模型的构建及采场结构参数优化

以焦家金矿-390 m中段为试验采场,对采场进路跨度进行优化研究。通过现场观测、节理扫描、声波测试确定矿体的地质情况与力学特性,建立适合模拟破碎矿体的数值计算模型;利用Hoek-Brown强度准则与反分析手段确定计算参数,结合FLAC3D数值模拟对6种不同跨度的进路进行分析计算。研究结果表明:当采场进路跨度从3.5 m增加至6.5 m时,顶板的位移、塑性区体积随跨度增大而呈线性增加;当采场跨度大于7.5 m后,采场顶板的位移、塑性区体积随跨度增大而急剧增大,围岩进入塑性阶段;当-390 m中段进路跨度为7.5 m时,可以满足矿岩体的自稳要求,证明本文分析方法是正确而且可行的。     

超前小导管注浆预加固穿越隧道断层破碎带效果分析

为系统分析超前小导管注浆预加固技术在隧道断层破碎带的加固效果,以采用超前小导管注浆预加固技术的某隧道断层破碎带加固工程为背景,利用超前地质预报雷达影像分析超前小导管注浆加固后岩体的破碎程度;通过现场取芯、试验得出加固后岩体的BQ值,并对比勘察阶段的BQ值,以此表征超前小导管注浆预加固技术对围岩等级的影响;采用时间-体积法对加固后的渗水量进行测算;利用徕卡TS09plus-2R500设站并观测加固后隧道洞内外位移。基于以上方法和技术对穿越断层破碎带超前地质预报结果、岩性、渗水量、洞内外沉降监测数据等4方面进行分析,结果表明：采用超前小导管注浆加固方法,虽然可以在可控范围内穿越断层破碎带,但超前小导管注浆不能改善洞深范围内围岩体的破碎程度,其止水效果较差;初始开挖时引起的变形是穿越隧道断层破碎带的主要形变,应提前完成初期支护。     

大采高综采工作面过破碎带顶帮注浆加固技术

大采高综采为国内新兴的一项厚煤层综合机械化开采工艺,其主要优点是产能高、用人少。用大采高综采的矿井,极易实现高产高效的矿井建设目的。该工艺的局限性在于应对破碎顶板条件的能力差。8102工作面是在2类-Ⅱ型顶板下首次采用4.5米大采高综采工艺,在回采过程中遇到一宽约50米的破碎带,工作面频繁发生片帮,顶板维护非常困难。为保证首采工作面顺利推进,对工作面破碎带的顶帮进行了注浆加固技术并取得了良好的效果。利用化学浆对大采高工作面顶帮进行注浆加固,改善了煤壁与顶板的力学性质,为大采高工作面安全顺利回采提供了有利的条件,为矿井高产高效提供了一项实用技术。     

断层破碎带注浆加固稳定性综合测试

断层破碎带岩性复杂、节理发育,为维护破碎带影响范围内巷道围岩稳定性,降低突水风险,常对其进行超前注浆加固。以淮南潘二煤矿F1断层为例,提出采用钻孔光纤及电法测试技术,对巷道掘进过程中断层破碎带注浆加固稳定性进行动态监测和分析。根据巷道掘进速度,定期采集钻孔应变和电阻率数据,分析了应变及电阻率分布特征及演化规律,指出断层破碎带注浆加固后场源变化特征与正常岩层区段具有明显差异性,表明注浆加固将有效改善破碎区段岩层物性。根据光缆应变分布及电阻率分布特征,结合巷道围岩地质属性,认为断层破碎带注浆加固后稳定性得到有效提升,断层活化变形程度较小。     

地下采场破碎岩体稳定性评价与参数优化

以焦家金矿试验采场为工程依托,开展缓倾斜中厚破碎矿体采场稳定性分析.通过对焦家金矿-390m中段试验采场的工程地质调查、矿岩力学性质试验,获得了表征矿山岩体工程质量的多种指标;应用岩石质量Q分级和RMR分级系统,对试验采场岩体稳定性进行评价分析;基于修正的Mathews稳定图法和临界跨度设计法,对采场暴露面尺寸和最大跨度进行优化.分析认为,当回采进路跨度小于8m时即可保证采场的稳定性.将所得到的结果应用于现场工业试验,现场采用暴露面尺寸为75m×15m的进路进行回采,采用现场观测的手段进行回采过程的监测.结果表明,在回采过程中进路的顶板及围岩并未发生垮落及剥落现象,采场围岩稳定性良好.     

基于安全系数和可靠度的极破碎矿体进路优化

基于极破碎矿体开采条件极其复杂、难以确定合理的进路断面参数等问题,建立下向进路薄板力学模型,得到进路承载层抗拉强度破坏判据。在此基础上运用安全系数法和可靠度理论研究进路宽度和高度对承载层拉应力的影响,并对这2种方法所得结果进行比较优化出最佳进路断面,进而开展ABAQUS数值模拟和现场试验验证断面优化的合理性。研究结果表明:进路宽度对承载层拉应力的影响较大,可采用小宽度、大高度的思路优化断面;安全系数和可靠度分析结果存在一定差异,且可靠度分析更合理;数值模拟结果与工业试验结果及可靠度分析结果较吻合,表明采用可靠度理论优化极破碎矿体进路断面是可行的,可实现极破碎矿体安全高效经济开采。     

松软破碎带中巷道围岩注浆加固参数研究

在分析松软破碎带中巷道围岩的稳定性和支护影响因素的基础上,借助于注浆改善围岩特性并结合锚杆支护,通过现场实测、理论分析和FLAC数值模拟相结合的方法,确定了松软破碎带中的巷道围岩注浆深度、浆液比例和注浆孔间距等加固参数。研究结果对类似条件下的巷道的支护具有一定的指导意义。     

破碎岩体快速注浆加固地聚合物注浆材料试验研究

地聚合物材料本身具有快凝和早期强度高等优点。为进一步探究该材料早期(≤24 h)性能特点及其应用于破碎岩体快速注浆加固中的可能性,以改性水玻璃溶液为激发剂,以偏高岭土内掺矿渣为前驱体,通过正交试验对地聚合物注浆材料的流动度、初凝/终凝时间和析水率等工作性能以及早期(≤24 h)力学性能等指标进行研究。试验结果表明:相比传统纯水泥浆液,地聚合物注浆材料具有凝结时间快、流动度高、稳定性好以及结石体早期强度高的优点,可适用于部分快速注浆加固工况中;当矿渣替代率为45%,改性水玻璃激发剂模数和浓度分别为1.5和75%以及液固比为1.5时,地聚合物综合性能最佳;矿渣替代率和改性水玻璃激发剂浓度是对浆液影响相对较大的两个主要因素。     

破碎围岩注浆加固技术研究现状及发展趋势

破碎围岩注浆加固对于巷道支护、煤矿安全生产具有重要意义,对破碎围岩注浆加固围岩分类方法、注浆加固材料的类型、注浆加固理论与注浆理论、注浆工艺、注浆加固效果检测进行了较为详细的论述与分析。同时提出了目前破碎围岩注浆加固技术存在的问题,并针对目前存在的问题,提出了破碎围岩注浆加固围岩分类、注浆材料、注浆工艺、注浆加固效果检测的发展趋势。     

塔山煤矿破碎围岩注浆加固技术研究

在介绍塔山矿2208顺槽概况的基础上,从掘进预加固施工工艺、停止注浆标准、注浆的安全技术措施等方面,详细介绍了围岩加固技术的具体措施,并阐述了注浆支护加固技术的优点。     

断层破碎带巷修注浆加固技术

为了完善断层破碎带巷道维修方法,以注浆加固理论为基础,通过注浆材料配比实验,分析不同体积配比条件下,水泥水玻璃与凝固时间、抗压强度的关系,确定水泥水玻璃体积比为1∶0.4的注浆加固最佳配比方案。根据现场实际情况,提出了利用注浆加固技术、U型钢梁棚和喷射混凝土相结合的巷道维修方案,成功解决了现场问题。该研究对于类似矿井的断层破碎带巷道维修具有借鉴意义。     

破碎围岩注浆加固效果评价技术研究进展

注浆材料形成的固结体将原来松散的煤岩体固结形成一个整体,注浆效果是保证注浆工程质量最重要的一个阶段,对于注浆工程具有重要意义。详细阐述了五种注浆效果评价方法,并对其注浆效果评价方法进行了较为详细的论述与分析。指出注浆效果评价存在的问题,针对存在的问题,提出了未来需要提出注浆效果评价方法以及定量性指标;未来应研发新型物探技术,减少周围环境对于物探结果的影响;未来应该多种评价方法综合运用,边注浆边评价;未来注浆效果评价应针对不同的注浆工程提出不同的评价方法和指标。     

缓倾斜薄矿体采场伪倾斜布置及参数优化研究

为了实现高效低成本开采缓倾斜薄矿体的目标,基于对缓倾斜薄矿体开采方法以及铲运机运距的研究,利用数学方法定量分析了伪倾斜采场布置中的各个采场参数之间的关系,得到各采场参数之间的数学公式,为生产实践确定采场参数提供了理论参考标准。针对国内某矿山1～9号缓倾斜薄矿体,在伪倾斜布置理论分析的基础上,运用正交试验方法对矿山采场参数的确定进行优化定量研究,选出最优的采场参数布置方案以及各因素影响采场指标值(采矿生产能力和采场成本)的权重大小,确定最优方案为A2B2C1,即矿体伪倾斜布置方向与矿体倾向夹角为45°、采场宽度8 m、采场沿倾向长度50 m。改善了传统采场参数的定性确定,提供了科学、准确、定量的理论判定依据,使得采场的生产能力得到提升以及采准工程的布置成本减低。此优化方案可推广应用到类似矿山。     

破碎围岩注浆加固扩散机理及应用研究

煤层回采过程中,上个工作面的回风巷通常需作为接替工作面进风巷,是典型的重复采动影响巷道,受采动影响围岩破碎,对于工作面的回采存在较大隐患。针对从破碎围岩采用传统注浆加固工艺的不足,提出层次注浆工艺进行围岩加固,对其注浆加固机理进行了探讨,并对其进行了应用和效果检验。研究结果表明,浆液快速硬化的特性,使得浆液短时间内可在煤体表面形成止浆层,后期漏浆逐渐较少,浆液向深部扩散,注浆量较大,扩散半径和扩散深度均得到保证;煤体裂隙基本被浆液充满,注浆效果较好;两帮累计移近量最大约294 mm,顶底板累计移近量最大539 mm,均小于注浆前,注浆对巷道变形起到了很好的控制作用。     

破碎巷道顶板注浆加固技术研究与应用

通过分析和研究破碎巷道顶板的状况以及注浆加固的作用机理，提出了注浆加固的具体方案，并经现场实施，取得了较好的效果，为今后在破碎顶板下掘进施工提供了很好的思路与借鉴。     

基于流固耦合的隧道断层破碎带注浆加固圈厚度分析

隧道穿越富水断层破碎带常发生突涌水及围岩变形失稳等地质灾害,帷幕注浆是治理隧道断层破碎带的有效方法,通过帷幕注浆在隧道周边形成注浆加固圈,降低围岩渗透能力,提高隧道周边围岩强度。为确定合理的注浆加固圈参数,提高注浆加固效果,基于流固耦合理论对隧道周边渗流场、应力场和位移场进行了数值模拟,分析了不同加固圈参数对隧道涌水及变形规律的影响。研究结果表明：随着注浆加固圈厚度的增加,隧道涌水量和变形量均减少,但当加固圈厚度大于一定值时,涌水量及变形量变化均趋于平缓。根据数值模拟结果得出最合理的注浆加固参数并指导工程设计,研究结果对于完善帷幕注浆理论和指导类似工程注浆设计具有一定的借鉴意义。