發(fā)布時間：2017-10-07 14:34

  本文關鍵詞：煤礦采空區(qū)高摻量粉煤灰注漿擴散機理及應用

  更多相關文章： 高摻量粉煤灰 加固機理 阻滯效應 注漿參數(shù)優(yōu)化

【摘要】：在分析總結(jié)現(xiàn)有研究成果的基礎上,本文通過理論分析和現(xiàn)場試驗相結(jié)合,借助相似模擬實驗、離散元數(shù)值計算等方法,對煤礦采空區(qū)高摻量粉煤灰注漿滲流加固機理及其應用等進行了深入研究。為了深入研究高摻量粉煤灰水泥注漿材料性能,在實驗原材料的配比設計實驗的基礎上,分析研究了高摻量粉煤灰-水泥注漿材料不同參數(shù)條件下的性能,結(jié)果表明,水固比和速凝劑摻量對注漿材料的凝結(jié)時間、抗壓強度、流動度、結(jié)石率等有顯著影響；同時,利用ESEM技術從形貌上定性分析體系水化產(chǎn)物的生成和粉煤灰活性的激發(fā)狀態(tài),采用XRD技術可探測晶體結(jié)構及峰強變化的特征分析水化產(chǎn)物的組成及變化,利用MIP技術分析不同注漿材料組成的孔結(jié)構,進而解釋了其對宏觀物理力學性能的影響；注漿材料電學性能分析結(jié)果表明,以分析注漿材料電學特征作為無損、非破壞評價注漿材料性能的技術手段是科學可行的。在高摻量粉煤灰水泥注漿材料性能研究的基礎上,為進一步研究注漿材料在采空區(qū)的滲流特征和規(guī)律,本文采用平面應力的物理相似模擬實驗進行了模擬研究。實驗結(jié)果表明,在采空區(qū)中矸石堆積相對規(guī)則的垮落區(qū),受孔隙分布特征的影響,漿液在這類區(qū)域漿液滲流跡線分布呈現(xiàn)“脊椎式”；在采空區(qū)中矸石堆積不規(guī)則的垮落區(qū),受孔隙分布特征的影響,漿液在這類區(qū)域的滲流跡線分布呈現(xiàn)“絮網(wǎng)式”；通過分析漿液的滲流跡線發(fā)現(xiàn),同時也發(fā)現(xiàn)受漿液的兩相(水、固)物質(zhì)滲透不協(xié)調(diào)、水泥粉煤灰礦物鹽類電解和矸石堆積體孔隙特征等共同因素的作用,漿液在采空區(qū)矸石孔隙內(nèi)流動過程中存在明顯的阻滯效應；另外,漿液通過對采空區(qū)矸石堆積體“脊椎式”或“絮網(wǎng)式”嵌鎖加固形成注漿固結(jié)體,改變了矸石堆積體的形態(tài),提高了采空區(qū)介質(zhì)的完整性及其強度,在漿液擴散影響范圍內(nèi)形成一個“類礦柱”體。在注漿材料性能和滲流特征規(guī)律研究的基礎上,為進一步優(yōu)化注漿參數(shù),應用平面應力問題的理論模型,通過離散元分析軟件-UDEC3.1的二維數(shù)值模擬,優(yōu)化分析了注漿壓力、水灰比和固相比三個控制參數(shù)。結(jié)果表明,影響注漿效果最顯著的是注漿壓力,其次是水灰比,再次是固相比；并且通過采空區(qū)注漿效果主要影響因素對比優(yōu)化分析,本文認為水泥粉煤灰漿液注漿主要參數(shù)選擇注漿壓力1.0 MPa、水灰比1：1.2-1：1.4、固相比3：7的參數(shù)組合其技術效果相對較好。論文在試驗研究的基礎上,通過分析注漿加固之后采空區(qū)介質(zhì)體的特點,提出了“固結(jié)體+矸石體+巖梁體”協(xié)作支撐系統(tǒng)或采空區(qū)介質(zhì)體協(xié)作支撐系統(tǒng),并通過構建采空區(qū)介質(zhì)體支撐系統(tǒng)原理圖,分析了采空區(qū)介質(zhì)體的力學作用機制和協(xié)作支撐系統(tǒng)穩(wěn)定條件,本文認為注漿加固形成的固結(jié)體對矸石體的側(cè)向約束作用和對上覆巖層壓力的豎向支撐作用,是保證整個協(xié)作支撐系統(tǒng)穩(wěn)定的關鍵。本文在實驗研究和理論分析的基礎上,于安泰坑口選煤廠下伏采空區(qū)治理工程中進行了注漿實踐。實踐表明：依據(jù)本文研究結(jié)論所進行的現(xiàn)場試驗設計,漿液滲流性能良好,漿液的加固效應所形成的固結(jié)體,提高了采空區(qū)矸石體的完整性、改善了其受力環(huán)境和承載能力,現(xiàn)場試驗取得良好的效果。
【關鍵詞】：高摻量粉煤灰 加固機理 阻滯效應 注漿參數(shù)優(yōu)化
【學位授予單位】：煤炭科學研究總院
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TD325.3;TD350
【目錄】：

• 摘要4-6
• AJbstract6-12
• 1 緒論12-28
• 1.1 研究背景和意義12-13
• 1.2 文獻綜述13-25
• 1.2.1 注漿技術的發(fā)展歷程13-15
• 1.2.2 高摻量粉煤灰水泥注漿材料特性研究現(xiàn)狀15-16
• 1.2.3 采空區(qū)滲透注漿擴散理論研究現(xiàn)狀16-23
• 1.2.4 采空區(qū)滲透注漿模擬研究現(xiàn)狀23-24
• 1.2.5 采空區(qū)注漿效果檢測研究現(xiàn)狀24-25
• 1.3 文獻研究評述25-26
• 1.4 主要研究內(nèi)容與技術路線26-28
• 1.4.1 主要研究內(nèi)容26
• 1.4.2 技術路線26-28
• 2 高摻量粉煤灰水泥注漿材料性能研究28-51
• 2.1 原材料及試驗方法28-32
• 2.1.1 試驗材料28-29
• 2.1.2 試驗方法29-32
• 2.2 高摻量粉煤灰-水泥注漿材料組成及性能優(yōu)化32-40
• 2.2.1 試驗方案33
• 2.2.2 試驗結(jié)果分析33-40
• 2.3 高摻量粉煤灰-水泥注漿材料微觀結(jié)構研究40-46
• 2.3.1 ESEM40-43
• 2.3.2 X衍射43-44
• 2.3.3 MIP孔結(jié)構分析44-46
• 2.4 高摻量粉煤灰-水泥注漿材料電學性能分析46-48
• 2.4.1 注漿材料典型電阻率曲線的建立46-47
• 2.4.2 基于電阻率參數(shù)的注漿材料早期結(jié)構特征分析47-48
• 2.5 注漿材料選擇分析48-49
• 2.6 本章小結(jié)49-51
• 3 采空區(qū)注漿滲流相似模擬實驗分析51-74
• 3.1 主要研究內(nèi)容51
• 3.2 相似模擬方案51-54
• 3.3 長壁采空區(qū)覆巖結(jié)構特征54-57
• 3.4 采空區(qū)注漿液滲流跡線分布規(guī)律57-62
• 3.4.1 采空區(qū)孔隙結(jié)構特征57-59
• 3.4.2 注漿漿液特點59-60
• 3.4.3 注漿漿液滲流跡線分布規(guī)律60-62
• 3.5 采空區(qū)注漿液的阻滯效應分析62-67
• 3.5.1 漿液特性分析62-64
• 3.5.2 漿液阻滯效應分析64-67
• 3.6 采空區(qū)注漿液加固效應分析67-72
• 3.6.1 加固效應的宏觀分析67-70
• 3.6.2 加固效應的微觀分析70-72
• 3.7 本章小結(jié)72-74
• 4 采空區(qū)注漿滲透參數(shù)數(shù)值計算分析74-101
• 4.1 UDEC簡介74-75
• 4.2 數(shù)值模擬的假定條件75
• 4.2.1 采空區(qū)頂板巖體結(jié)構假定75
• 4.2.2 注漿過程及效果假定75
• 4.3 數(shù)值計算模型的建立75-78
• 4.3.1 數(shù)值計算模型75-76
• 4.3.2 計算模型參數(shù)選取76-77
• 4.3.3 計算方案77-78
• 4.4 采空區(qū)注漿參數(shù)優(yōu)化分析78-99
• 4.4.1 注漿壓力參數(shù)優(yōu)化分析78-87
• 4.4.2 注漿水灰比參數(shù)優(yōu)化分析87-94
• 4.4.3 注漿固相比參數(shù)優(yōu)化分析94-99
• 4.5 本章小結(jié)99-101
• 5 采空區(qū)注漿加固支撐機理研究101-109
• 5.1 采空區(qū)注漿加固支撐系統(tǒng)分析101-102
• 5.2 采空區(qū)介質(zhì)體的力學作用機制102-105
• 5.2.1 固結(jié)體的支撐作用機制102-103
• 5.2.2 采空區(qū)介質(zhì)體協(xié)作支撐系統(tǒng)的力學作用過程103-105
• 5.3 采空區(qū)介質(zhì)體協(xié)作支撐系統(tǒng)穩(wěn)定條件105-108
• 5.3.1 固結(jié)體的支撐條件及控制機制105-106
• 5.3.2 采空區(qū)介質(zhì)體協(xié)作支撐系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析106-108
• 5.4 本章結(jié)論108-109
• 6 安泰坑口選煤廠下伏采空區(qū)注漿治理工程實例109-134
• 6.1 研究區(qū)工程背景109-112
• 6.1.1 地面擬建構筑物及采空區(qū)分布狀況109-110
• 6.1.2 采空區(qū)鉆探地層揭露情況110-112
• 6.2 采空區(qū)注漿處理技術112-116
• 6.2.1 注漿孔布設參數(shù)112-114
• 6.2.2 漿液配比選擇與注漿量114-115
• 6.2.3 注漿材料現(xiàn)場配比試驗115-116
• 6.3 采空區(qū)注漿效果的物探檢測116-125
• 6.3.1 采空區(qū)治理解釋依據(jù)116-117
• 6.3.2 數(shù)據(jù)的處理與分析117-125
• 6.3.3 物探結(jié)果分析125
• 6.4 采空區(qū)注漿效果的鉆孔檢測125-133
• 6.4.1 檢測孔施工揭露125-127
• 6.4.2 鉆孔巖芯力學測試127-129
• 6.4.3 鉆孔電視觀測分析129-133
• 6.5 本章小結(jié)133-134
• 7 主要結(jié)論與展望134-136
• 7.1 主要結(jié)論134-135
• 7.2 論文創(chuàng)新點135
• 7.3 展望135-136
• 參考文獻136-143
• 致謝143-144
• 攻讀博士學位期間的主要研究成果144-145

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