含硫高黏性三相流态充填浆体管道输送性能

为解决新桥矿含硫全尾砂浆体黏度大、易结块以及管道输送性能差的问题,将发泡技术引入全尾砂胶结充填配浆实验中,研究灰砂比、质量分数和气泡率的变化对浆体流变性能的影响。基于Fluent的充填管道输送流速和压力变化模拟,对三相流态充填体的输送性能进行分析。结果表明:灰砂比为1:6、质量分数为72%、气泡率为20%时,三相流态充填浆体较同配比不含气泡的两相流态浆体泌水率降低29%,黏度降低17%,管道沿程阻力降低25%。气相成分的加入在降低含硫高黏性充填浆体的剪切应力和塑性黏度以及改善其管道输送性能和提升管道输送效率方面具有显著的优越性。

水泥-煤矸石充填浆体的性能及其充填过程

为使煤矸石在采空区充填中得到充分利用,将其破碎后制备充填浆体,系统地研究了煤矸石粉末对水泥-煤矸石充填浆体凝结时间及力学性能的影响,确定了煤矸石粉末在水泥-煤矸石充填浆体中的添加比例。

覆岩隔离注浆充填浆体压缩特性实验与应用

为确定覆岩主注浆层位内充填浆体的应力-变形特征,采用电液伺服万能试验机及自行设计的粉煤灰浆体压缩仪,开展了不同压力下粉煤灰浆体的压缩特性实验研究。结果表明:在覆岩应力的作用下,粉煤灰浆体体积不断减小,减小速率逐渐降低,最终趋于稳定;粉煤灰当量压缩系数随着压力增加而减小,二者近似呈对数关系。基于实验结果,建立了不同注浆充填深度条件下干粉煤灰质量与压实灰体体积的换算关系,进而改进了注采比计算公式,导出了注浆充填干灰质量极限值的计算公式,并进行了工程验证,从而为注浆充填参数设计提供了合理依据。

覆岩隔离注浆充填浆体泌水特性试验研究

覆岩隔离注浆充填开采是建筑物下压煤开采的有效方法,充填过程中浆体在压力作用下将出现泌水,泌出水过多时不仅容易导致充填效率低,同时沁水有可能沿断层等结构面溢出,对井下安全生产造成一定影响。为了确定覆岩注浆层位内充填浆体的泌出水量,掌握充填粉煤灰浆体泌水特性与注浆压力之间的关系,采用电液伺服万能试验机和自行设计的粉煤灰浆体压缩仪开展试验研究。试验结果表明,在压力作用下,粉煤灰浆体会持续泌水,泌出速率逐渐降低,直至浆体被压实后停止;粉煤灰固水率随着压力的增加而减小,二者近似呈对数关系。基于试验结果,建立了充填浆体泌水量与注浆充填压力及充填层位深度的关系式。

粉煤灰基充填浆料管输系统数值模拟分析

针对砟子矿充填料浆“L”型管输系统易爆管、堵管、磨损率较高等问题,结合粉煤灰基充填浆料的基本性能,利用ANSYS软件模拟质量浓度51%浆料在DN150 mm管路输送过程中的全程管压、管路直角弯处浆料流速等情况,得到较大流速浆料在管道内的位置及直角弯曲率半径的优选规律,从而确定浆料合理初速度为2.5 m/s,管路直角弯的曲率半径为500 mm。管输系统工业试验表明:管路寿命长,运行期间无堵管、爆管事故。

覆岩隔离注浆充填浆液无压阶段扩散规律实验研究

浆液流动规律对覆岩隔离注浆充填参数设计及技术效果具有重要影响。浆液流动受注浆压力控制,而实际的注浆压力由零压、增压等多阶段组成。研究表明,无压阶段内注采比最大可达10%,研究浆液在该阶段内的扩散规律有助于优化注浆初期的浆液参数与钻孔布置。本研究采用理论分析与实验研究方法进行覆岩隔离注浆充填浆液在无压注浆阶段的扩散规律研究,利用量纲分析方法建立浆液扩散距离的无量纲公式,设计可视化的注浆充填浆液扩散模拟系统,开展浆液扩散规律的实验研究,并对无量纲方程进行求解。实验系统由透明有机玻璃板构成的可视化模拟裂隙、恒速率注浆泵、搅拌机及监测等部分组成。利用该实验系统研究注浆流量、终孔距裂隙高度、浆液运动黏度等因素对粉煤灰浆液扩散距离与浆体形态的影响。实验结果表明:浆体扩散经历径向扩散和双向扩散两个阶段,并以双向扩散为主。其中,径向阶段呈以注浆孔为中心的圆形扩散,双向阶段呈两边对称的面状扩散。基于实验结果,求解浆液无压阶段的扩散距离公式,并对有效性进行验证。得出两个阶段浆体形态的简化描述模型,并推导不同扩散时间不同位置的浆体厚度计算公式,阐明无压注浆阶段的浆液扩散规律。基于研究结果对覆岩隔离注浆充填在无压阶段的注浆充填设计提出建议。

管道输送中充填浆体的压力损失预测

这是加拿大迈克吉尔(McGill)大学目前进行的矿山废料处理研究项目中的一部分——固体颗粒管道水力输送。固液混合料输送的主要问题之一是了解所需泵的动力大小。此值与管道系统中所产生的压力损失成正比。了解此压力损失的来源和预测其大小。

综采工作面垮落带注浆充填开采覆岩采动裂隙定量表征试验研究

为定量表征冒落区注浆充填对覆岩采动损伤程度的影响,以任家庄煤矿110903工作面为研究背景,开展垮落法开采和垮落带充填法开采物理相似模拟实验,运用分形理论研究两者覆岩裂隙演化特征,并对其覆岩运移规律进行对比分析。研究结果表明,垮落法开采后采动裂隙分形维数变化规律为迅速上升-缓慢下降-缓慢上升-急剧上升,注浆充填开采后变化规律呈迅速上升-迅速下降-缓慢下降-缓慢上升;将采动裂隙发育网络划分为离层裂隙区、离层压实区、垮落裂隙区、竖向破断裂隙区四个区域,对比垮落法开采和垮落带充填法开采,充填后采场覆岩裂隙不发育,离层压实区范围较小,发育高度仅为21.96 m;注浆充填开采后各关键层下沉量显著减小,关键层2最大下沉量出现在顶板初次破断处,垮落法开采后关键层2最大下沉量出现在采空区中部。垮落带注浆充填开采能有效改善覆岩裂隙损伤、控制覆岩裂隙发育、减缓覆岩下沉,该成果可以为任家庄煤矿充填开采控制地表沉降提供一定的理论依据。

覆岩隔离注浆充填技术实践与研究展望

煤层开采后覆岩关键层失去下部支撑,在地层压力作用下断裂沉降是导致一系列采动损害与环境问题的根源,通过充填阻止关键层破断是减少环境损害的源头绿色开采技术。目前我国煤矿充填开采技术得到长足发展,但井下充填采煤存在效率相对较低、成本较高等问题,限制了其推广应用。而创新研发的覆岩隔离注浆充填技术,建立了地面钻孔“一注式减损”高效绿色开采新模式,突破了井下充填效率低的技术瓶颈。覆岩隔离注浆充填是基于采动覆岩卸荷膨胀累积效应对离层产生抑制作用,通过地面钻孔向关键层下进行高压注浆的充填,产生“压下托上”作用,将关键层下方碎胀岩体压实形成支撑体,在采空区形成压实承载结构,阻止关键层断裂。该技术解决了离层注浆充填量少、减沉率低的技术难题,可用于综采、综放工作面,以及单一煤层与多煤层开采;目前该技术已在全国推广应用,解决了东部矿区建筑物压煤开采难题,并在矸石减排、“减震防冲”“减漏保水”等方面开展了工程试验与实践。介绍了“双碳”背景下,针对煤矿充填材料不足问题,进一步研发“煤基固废+CO 2”覆岩隔离注浆充填绿色开采新技术构想,该技术可取得减沉、减漏、减震、减排、减碳等“一注五减”效果,实现煤炭资源的绿色开采与低碳利用。

基于SBAS-InSAR技术的老采空区注浆充填地表变形时空分布特征分析

InSAR技术已广泛应用于矿区地表沉降监测,但老采空区注浆治理区域地表变形时空分布特征研究较少。为获取老采空区注浆充填地表变形时空特征,本文提出了一种基于SBAS-InSAR技术的数据处理方法,该方法联合使用了D-InSAR技术、PS-InSAR技术、SBAS-InSAR技术等多种技术,以SBAS图像对选取策略选择时空基线较优的图像对进行组合,以D-InSAR技术为基础,生成干涉图集,通过PS方法选择稳定的散射相干目标点,对相干目标点相位信息进行解算,获取了相干目标点地表沉降速率及时间序列等信息。通过与部分水准数据的对比,表明该方法与传统水准测量具有一致性。基于39期RadarSAT-2数据及40期Sentinel数据,获取了研究区地表在注浆前、注浆中及注浆后的变形特征:研究区在注浆前(2015年7月—2016年12月)区域最大沉降速率达-98mm/a,最大抬升速率达134mm/a;在注浆中(2019年8月—2022年9月),区域最大抬升速率达18.7mm/a,最大沉降速率为-11.2mm/a;在注浆后(2023年1月—2023年12月)最大抬升速率达16.0mm/a,最大沉降速率达-10.0mm/a。区域地表变形速率呈现下降趋势。通过区域沉降速率、时序累计沉降值及典型相干点分析,获得了研究区从注浆前、注浆中到注浆后的地表变形分布特征,揭示了研究区地表变形从注浆前开采引起地表下沉及残余变形到注浆中地表缓慢下沉并抬升到注浆后地表变形趋于稳定的变化规律。

煤矸石浆体充填技术应用与展望

为实现煤矸石原位、绿色和规模化处置,煤矸石浆体充填技术作为新兴充填技术近年来得到了快速发展与应用。论文系统回顾和总结了煤矸石浆体充填技术框架提出、浆体充填理论体系形成、工程示范应用及技术迭代创新等不同阶段下浆体充填标志性成果与关键工艺技术,形成了高位注浆、低位灌浆和邻位注浆3种充填方式,建立了煤矸石浆体采空区垮落带流动的“介入理论”和浆体管道输送的“三度一场”理论,成功开展了国内外首套煤矸石井下浆体充填和地面制浆+井下邻位注浆充填示范工程;阐述了煤矸石浆体充填技术体系,围绕煤矸石浆体充填过程中的煤矸石破碎、成品矸石粉料加水制浆、制备浆体泵送和井下目标区域充填等工艺流程,探讨了煤矸石高效分级破碎、浆体精准制备、浆体管道输送和末端充填等关键技术核心问题,分析了破碎设备、筛分设备、计量设备、搅拌设备和泵送设备等关键设备技术原理与应用场景;以张家峁煤矿小空间、多设备、高能力的煤矸石浆体充填需求为工程背景,创新研发设计了煤矸石浆体充填地面制浆、管道输送、井下充填和智能控制等不同系统的布置,年充填矸石量可达55.4万t,形成了煤矸石浆体充填工程示范,实现了矿井矸石零排放和绿色处置,树立了良好的地区示范效应;未来煤矸石浆体充填技术将围绕设备小型轻量化、系统高度集成化、技术迭代创新化等方向进一步研究发展,为构建煤矿绿色开采技术体系、实现国家“双碳”目标提供技术支撑。

厚层坚硬岩浆岩下采空区注浆充填试验研究

针对煤层开采形成的厚层坚硬岩浆岩大面积悬顶问题,以海孜煤矿局部岩浆岩侵入体为研究对象,分析了地表岩移和岩浆岩体下离层的发育特征,开展了井下采空区注浆填充试验工作。研究成果表明,海孜煤矿二采区工作面回采后,实测的地表最大沉降量仅为487 mm,远低于无岩浆岩发育区的采动造成的地表沉降量;岩浆岩体未破断,采空区和岩浆岩体之间存在离层空间;通过对垮落带、裂隙带和离层带实施地面钻孔注浆,构建了人工柱体,消除了因厚层坚硬岩浆岩体的大面积悬顶形成的高应力集中现象。

煤矸石覆岩离层注浆充填绿色开采技术研究

为了解决葫芦素煤矿煤矸石量过大以及地表沉陷问题,采用煤矸石覆岩离层注浆充填绿色开采技术对关键层进行充填。基于关键层判别理论,确定了21404综采工作面上覆亚关键层1为注浆目标区域,通过14个间距为160 m的注浆钻孔,有效控制地表最大下沉量至85.89 mm。地表下沉稳定的同时,实现了对煤矸石的大量消耗,是平衡煤矸石产出消耗的重要手段。

煤矿井下注浆充填技术

在国家相关文件中明确指出“在煤炭行业推广‘煤矸石井下充填+地面回填’,促进矸石减量;在矿山行业建立‘梯级回收+生态修复+封存保护’体系,推动绿色矿山建设”。黄陵二号煤矿每年矸石总量在105万t左右,其中井下工作面起底及硐室掘进产生的纯矸石约20万t。针对黄陵二号煤矿面临的井下掘进矸石、起底矸石等原生矸石需地面排放的问题,结合矿井的开拓开采现状,综合分析国内外现有矸石处理的技术特点,应用浆体管道充填技术,在黄陵开展井下注浆充填处置矸石,在不影响矿井正常生产的前提下,安全、高效、绿色解决井下原生矸石排放难题,同时为类似条件的矿井提供借鉴。

煤矸石离层注浆充填“五位一体”开采工艺研究

为协同解决制约煤炭高效开采的矸石处置、灾害治理、生态保护等难题,提出了百万吨煤矸石覆岩隔离注浆充填处废、防冲、减震、保水、减沉的“五位一体”安全绿色开采工艺。研究了台阶式自流型制浆输浆工艺,解决了制浆输浆系统占地紧张、长距离输送等难题,达到了大规模处理矸石、系统节能稳定的目的。该工艺在葫芦素煤矿进行了现场试验,实现了一期处理矸石能力70万t/a,二期投产后处理矸石能力将达到150万t/a,累计节省矸石处理和水处理费用约1730万元,注浆充填区域地表下沉量降低52.9%~53.2%,工作面平均涌水量降幅17.7%~29.1%,冲击地压能量发生次数减少774次,降幅30.5%,取得了较好的经济、安全环保效果。

煤矿井下浆体充填智能化系统研究与应用

为了实现煤矿井下浆体充填系统减人增效,加快浆体充填技术智能化进程,提出了一种基于智能型PID算法的充填控制方法,实现了精准制浆。构建了输浆管路监测及故障智能识别方法,实现了管道堵塞的提前预警及故障快速处理;集成了数据化生产管理系统及AI+NOSA智能管控平台,使整个浆体充填系统的安全生产管理达到智能化全覆盖。应用效果显示:系统正式投用后,实现了系统监控一体化、充填生产少人化、生产管理数字化,设备管控规范化;浆体充填效率提升40%以上,充填系统故障停机率降低60%以上,劳动定员从15人减少至3人,劳动强度明显降低,生产效率极大提高。

钻探注浆充填技术在矿山生产中的应用研究

在我国矿山生产中,大多都需要露天的开采场地、矿井、矿坑等。随着地下矿层的大量开采,就会产生一定的地下空间,这类空间就被人们称之为采空区。采空区由于缺乏相应的稳定性会出现位移、垮塌,导致距离采空区一定距离的上部地层出现弯曲,变形的现象。相关的企业因为专业技术的限制无法对这些采空区面临的安全风险进行处理,最终造成不同程度的地质灾害发生。所以如何采用有效的技术,对矿山中存在的问题进行处理,就成为相关从业人员需要研究的重要问题。近年来,钻探注浆充填技术在矿山生产中的应用越来越广泛。

高铁隧道二衬拱顶充填注浆施工技术及应用

隧道二衬拱顶背后脱空是影响二衬混凝土施工质量的关键问题,也是受施工工艺所导致的质量通病,给隧道建设带来了极大的安全隐患,特别是对于高铁隧道运营,安全风险极高。基于此背景,以华山松隧道二衬施工为工程依托,研究了高铁隧道二衬拱顶充填注浆施工技术,注浆采用纵向预留管道法,即在二衬混凝土浇筑前,于隧道拱顶设置注浆花管和排气管,为二衬拱顶脱空或局部不密实提供了有效的解决途径,在保证隧道二衬施工质量的同时,消除了运营期安全隐患,较大程度上降低了工程投入,并在华山松隧道取得了成功应用。

市政道路煤矿采空区注浆充填治理技术及其应用的研究

文章旨在论述城市化过程中市政道路建设对煤矿采空区治理所带来的挑战,对于注浆充填技术原理,方法以及应用效果展开了深入剖析。通过实例分析,证明注浆充填技术处理采空区效果显著,对市政道路建设具有理论依据与实践指导作用。另外,文章对注浆材料性能优化,注浆工艺改进及智能化监测与控制系统等方面未来的发展方向进行了展望,以促进注浆充填技术进一步发展,不断优化市政道路施工。

采空区煤矸石浆体充填技术研究进展与展望

采空区充填是有效治理采空区、保障地面建筑安全的重要手段之一。煤矸石浆体充填技术以经济环保的特点,成为当前首选充填方法。然而,当前煤矸石浆体充填技术在充填质量控制、配套技术、装备水平以及采煤与充填协同等方面还存在问题与不足。如何提高充填质量、实现与其他支护措施的有效协同,是亟待解决的技术难题。本文在总结采空区煤矸石浆体充填技术研究进展的基础上,展望发展方向。