裂隙含水层水平孔注浆“三时段”浆液扩散机理研究及应用

邯邢矿区是典型的华北型煤田大水矿区,其深部的大采深高承压水矿井采用地面区域超前治理奥灰水害系列技术,其中多分支近水平定向钻探及注浆是实现区域超前治理水害的关键技术。此前对注浆浆液扩散机理研究很多,但都是以垂向注浆孔及水平裂隙建立水动力学与岩石力学研究模型。地面区域治理奥灰水害是水平注浆孔高压注浆,为此开展了奥灰裂隙岩体高承压水的水平注浆孔浆液扩散机理研究,提出了注浆"三时段"的划分,并给出水动力学表达式;分析了垂向裂隙面上浆液圆环扩散形态;建立了垂向裂隙中浆水分区水动力学模型,推导出浆液扩散半径与注浆压力间关系;在有可注性差的上边界条件下,对浆液扩散形变问题给出数值模拟方法;为水平孔注浆初设及注浆参数优化提供了理论和技术指导,在邯邢矿区应用效果明显。

煤矿地下精准注浆技术与发展现状

注浆技术是现代地下工程加固与防渗的重要施工手段,注浆法在各类地下工程中发挥了重要作用。随着现代地下工程发展,注浆技术取得了显著的发展,同时也对地层注浆提出了更高技术要求,特别是在保障煤矿高效安全生产前提下需要更精准的注浆技术。从近年来煤矿注浆法的发展趋势可以看出,精准注浆分别在区域、钻孔与孔内3个层次上取得了显著进展,通过工程实例分析,系统综述了目前煤矿地下精准注浆技术特征,提出了煤矿地下精准注浆的内涵与关键技术,总结了不同尺度精准注浆的实施方法、适应条件以及工程实例,为相关地下工程精准注浆发展提供借鉴。

富水砂层长距离水平定向注浆孔成孔技术

广州地区盾构施工下穿建筑物下方富水砂层时,易产生地面不均匀沉降。为了在盾构推进前形成长距离水平注浆通道,采用斜孔导向钻机配合随钻测斜系统,在富水砂层中形成水平注浆孔。现场在盾构隧道顶线上方2 m位置进行长距离水平注浆成孔施工,成功形成4个水平注浆孔,水平注浆段长达60 m,并顺利下放了注浆阀管。工程实践表明:复合化学泥浆是防止钻孔坍塌的关键,泥浆置换技术和平滑的钻孔轨迹是保障注浆阀管顺利下放的重点。

水平分支注浆孔卡埋钻事故处理实践

近年来煤矿奥灰治水注浆定向钻进技术发展迅速,多分支超深水平注浆孔数量激增。在水平注浆孔施工过程中,普遍存在地层漏失量大,泥浆突然失返,小径钻孔裸孔段长,水平段孔眼轨迹复杂,控制难度大,靶点技术误差要求严,定向仪器、工具等价格昂贵,施工风险相对较高,极易发生埋钻卡钻事故。一旦发生卡钻事故,就会面临着处理周期长、处理难度大等问题,传统的卡埋钻处理方法在水平注浆孔中应用效果不明显。通过采用空压机输送压缩空气,破坏水平孔着床的沉砂结构,将着床的沉砂吹出孔外或吹入地层裂隙,成功地实现了解卡。总结了水平注浆孔施工中卡埋钻事故的预防措施。

倾斜裂隙水平孔注浆浆液扩散规律

华北型煤田下组煤资源受奥陶系中统厚层灰岩或太原组薄层灰岩等承压含水层突水威胁严重,现阶段利用水平定向钻对含水层进行超前区域注浆改造是消除底板突水威胁、解放煤炭资源的重要手段。但由于底板岩溶裂隙含水层水平注浆孔浆液扩散规律不清,注浆设计和工程实践中的关键注浆参数确定缺少理论依据,无法有效把控注浆过程、保证注浆效果,因此综合采用室内试验、理论推导、数值分析、对比验证和数值模拟等手段研究构建了倾斜裂隙水平注浆孔牛顿流体和黏时变性流体浆液扩散模型,通过模型试验和数值模拟计算进行了对比验证,计算分析了不同因素下倾斜裂隙浆液扩散迹线和扩散距离变化规律。研究结果:理论计算得到的浆液扩散形态和倾角的影响特征与倾斜裂隙浆液扩散物理模型试验结果和数值模拟计算结果具有一致性;岩溶含水层单裂隙中不同注浆压力、裂隙倾角(不包括0°)、裂隙开度和浆液水灰比下中浆液扩散形态为沿中心垂线对称的近似椭圆形态,上方裂隙中部迹线呈现微凹特征分布,浆液扩散距离最大值和最小值分别出现在方位角180°和0°位置。下方裂隙浆液扩散迹线范围的增加幅度大于上方裂隙;浆液扩散迹线范围在下方裂隙和上方裂隙中随裂隙倾角增加分别增大和减小;相同条件下,水平注浆孔上方裂隙中的浆液扩散距离大于下方裂隙中的,且在宽张裂隙尺度下差距呈现倍数增加特征。

水平深孔注浆在地铁盾构端头加固中的应用

进出洞土体加固是盾构施工中的重点。通过工程实践,研究富水、含砂土层中端头加固方式及其效果。通过对水平深孔注双液浆的研究及实践表明,该地层条件下采用水平深孔注浆方式,可以满足盾构安全始发的要求,特别是在地面条件不具备的情况下,具有较好的推广价值。

裂隙岩体水平孔注浆浆液扩散规律研究

华北型煤田深部开采过程中受底板水害威胁愈发严重,水平孔注浆技术是治理此类水害的主要手段,其中浆液扩散规律的研究对注浆工程设计与施工具有重要意义。现有研究主要针对垂直孔注浆水平裂隙中浆液的扩散问题,当工程中采用水平孔注浆时浆液的扩散规律异于垂直孔。为此开展裂隙岩体水平孔注浆浆液扩散规律研究,将裂隙岩体中的孔裂隙系统等效为开度相同的裂隙,构建了等效裂隙岩体模型。选取等效单裂隙建立了水平孔注浆浆液扩散力学模型,推导了任意倾角的等效单裂隙在考虑浆液自重时浆液扩散区内的压力时空分布方程,进而得到注浆压力与注浆时间及扩散距离的理论关系式。结果表明:采用COMSOL建立水平孔注浆垂直裂隙三维数值计算模型,分别对考虑重力和未考虑重力的2种工况进行计算分析,未考虑重力时浆液的扩散形态呈轴对称圆形扩散,考虑重力时浆液优先沿着重力方向进行扩散。在重力的影响下,浆液扩散过程中地下水对浆液分散与搬运作用更为强烈。重力对水平孔注浆浆液扩散形态、扩散距离及注浆终压影响较大,水平孔注浆工程中不能忽视重力对浆液扩散规律的影响。通过对比理论分析与数值计算结果,两者得到的注浆压力与注浆时间、注浆终压与扩散距离的变化趋势基本一致,理论与数值计算结果的误差控制在10%左右,进一步验证了所建立的水平孔注浆浆液扩散力学模型的正确性。研究成果能够为水平孔注浆工程中注浆终压、注浆方式及扩散距离的设计提供科学依据。

水平深孔注浆技术在地铁盾构施工端头加固中的应用

介绍了在深圳地铁施工中通过含水量较高、水平渗透系数大的含砂、含卵石等地层时,实施了水平深孔注浆加固端头软弱地层工艺,保证了盾构始发和到达端头洞门破除时土体的稳定性。

煤层底板薄层灰岩地面定向孔注浆技术

为实现恒源煤矿Ⅱ634、Ⅱ635工作面的安全回采,对治理区域地层、地质构造及水文地质条件做了详细分析,设计了构造发育区煤层底板薄层灰岩超前探查治理方案;并且以克服注浆施工难点为出发点,研究了地层及构造探查技术和水平孔注浆技术。实际钻探、注浆及验证效果良好,保证了治理区域巷道顺利掘进和主采煤层的安全回采。

导水断层破碎带注浆浆液扩散机制试验研究

煤层底板突水往往由于揭露导水断层破碎带而引起,但由于导水断层破碎带浆液扩散机制不清,致使在注浆过程中钻孔轨迹与断层倾向关系、浆液水灰比和注浆压力等重要参数选择盲目,注浆加固效果不佳。针对上述问题,研发设计变倾角可视化三维断层破碎带注浆模拟试验系统,基于该试验平台,开展了不同断层倾角、浆液水灰比和注浆压力的导水断层破碎带注浆模拟试验,结果得到:当注浆压力增大至一定值时开始出现浆液驱替承压水现象,出现驱替现象的注浆压力随着倾角的增加或浆液水灰比的减小而增大;当断层破碎带内部压力增加到一定程度后,驱替现象稳定,注浆压力与承压水达到平衡状态;利用水平孔在不同断层倾角、浆液水灰比和注浆压力条件下注浆时,浆液均先沿着破碎带孔隙通道运移到断层底部,在底部积聚到一定程度后呈现自下而上的不断驱替承压水的运移现象,而且浆液运移至断层底部的时间随着断层倾角的增加或浆液水灰比的减小而减小,驱替承压水运移的速度随着注浆压力的增加而增大。研究结果有助于导水断层破碎带注浆加固参数的选取。

暗挖地铁车站内区间盾构接收施工技术研究

文章结合工程实例,对钢套筒辅助盾构接收施工在富水砂层中应用的重难点和关键施工工艺进行了分析和阐述,并结合实际施工数据对钢套筒安全性和可行性进行了论证。结果表明,使用钢套筒辅助土压盾构接收在富水砂层地层应用效果良好。验证了该技术方案及施工工艺完全满足工程建设需要,该研究及工程试验成果可为今后类似工程的设计和施工提供借鉴。