综采面断层带泥质破碎岩体渗流特性及注浆加固技术研究

摘要

基于贾家沟煤业10102工作面断层泥质破碎顶板的工程问题上，对泥质破碎岩体进行了提取与加工处理。通过对岩体的压实水渗流实验、浆液的扩散特性实验、浆液对岩体加固体的力学实验进行设计和实施，分析出了课题研究所需要的实验参数。利用FLAC3D软件，建立了切眼巷道开挖的三维数值模型，对浆液加固前后断层顶板的下沉量做出了数值计算。最后结合工程实际问题，做出了注浆加固技术方案并进行了工程应用。主要取得以下成果： （1）通过对加工处理后的岩体材料进行重新组合，得到了所要用的实验材料。设计了压实水渗流实验，分析得出了岩体试件的渗透系数随着轴压的增加而降低，随着水压力的增加也有所降低。但是轴压的抑制作用明显较大。岩体本身的粒径颗粒越大，其渗透性越大。而岩体含泥量对其渗透性起到抑制性作用。 （2）在实验室设计了三种不同浆液的注浆扩散特性实验。通过实验数据表明，化学类的浆液由于没有颗粒流的影响，其扩散能力远远高于两种水泥浆。同时对每一种浆液而言，注浆压力的增大会提高其扩散能力。而水泥浆由于颗粒的存在，导致了其扩散能力较弱，而水灰比为1∶0.8的水泥浆扩散能力要稍大于水灰比为1∶1的水泥浆。通过分析三种扩散理论，说明了浆液在该类岩体材料中的扩散符合渗透扩散作用。 （3）在实验室设计了单轴抗压实验、立方体劈裂抗拉实验和抗剪实验。通过对比三种浆液加固体的力学强度参数，表明了环氧树脂化学类浆液加固体的力学强度远远高于两种水泥浆。说明了化学类注浆液能够更好地粘结岩石颗粒间的接触面与岩体物质内部分子间的相互吸引力。 （4）通过FLAC3D软件建立了切眼巷道开挖三维数值模型。通过数值计算，得出了浆液加固前后顶板的下沉量。表明了环氧树脂类浆液能够更好地控制顶板下沉，而水泥浆液控制顶板下沉的能力有限。同时也得到了注浆工艺参数λ值对控制顶板下沉的影响。 （5）最后结合贾家沟煤业10102工作面断层泥质破碎顶板的实际问题，设计了现场注浆加固的技术方案。通过结合实验及模拟计算的结论，建立了浆液材料、注浆工艺参数等的选择方案。通过构筑“人工假顶”、膨胀充填断层带冒顶空洞以及注浆加固破碎顶板区域，实践证明了所研究问题结果的准确性，也有效处理了一个工程问题。 该论文有图（77）幅，表（19）个，参考文献（100）篇。

目录

声明

致谢

图清单

表清单

变量注释表

1绪论

1.1.1研究背景

1.1.2研究意义

1.2.1断层带破碎顶板的治理

1.2.2注浆加固特性与浆液材料

1.2.3破碎岩体特征与渗流特性

1.3主要研究内容与方法（Main Research Contents）

（2）泥质破碎岩体的压实渗流特性

（3）泥质破碎岩体的注浆加固技术

（4）泥质破碎顶板注浆加固模拟分析

（5）断层泥质破碎顶板注浆加固技术方案及工程应用

1.4研究技术路线（Technical Route of Research）

2泥质破碎岩体的压实渗流特性

2.1岩体物理组成分析（Analysis of Physical Composition of Rock Mass）

2.1.1岩体筛分

2.1.2烘干淘洗法测定含泥量

2.2压实水渗流实验（Experiment of Compacted Water Seepage Flow）

2.2.1实验仪器与材料

2.2.2达西定律

2.2.3实验参数控制

2.2.4实验操作过程

2.3实验数据分析（Analysis of Experimental Data）

2.3.1岩体试件的渗流流量分析

2.3.2岩体试件的渗透系数分析

2.3.3粒径范围与含泥量对渗透系数的影响

2.4本章小结（Chapter Summary）

3岩体浆液扩散及注浆加固力学特性

3.1注浆浆液扩散实验（Seriflux Diffusion Experiment）

3.1.1实验材料及仪器

3.1.2实验原理及操作

3.1.3扩散特性分析

3.2加固试件的力学实验（Mechanical Experiment of Cement Specimen）

3.2.1力学特性实验设计

3.2.2力学特性分析

3.3注浆材料的最优化选择（Optimal Selection of Grouting Materials）

3.3.1注浆材料的扩散特性

3.3.2注浆材料加固体的力学特性

3.4本章小结（Chapter Summary）

4不同因素对注浆加固影响的模拟分析

4.1影响注浆加固技术效果的主要因素（Main Factors Affecting the Effect of Grouting Reinforcement Technology）

4.2建立模型与数值分析（Modeling and Numerical Analysis）

4.2.1建立模型

4.2.2模型参数

4.2.3数值分析方案

4.3浆液材料对注浆加固的影响（Effect of Slurry Material on Grouting Reinforcement）

4.3.1注浆加固前岩层位移

4.3.2浆液加固后岩层位移

4.4注浆工艺参数对注浆加固的影响（Effect of Grouting Process Parameters on Grouting Reinforcement）

4.4.1位移云图分析

4.4.2顶板位移关系曲线

4.5本章小结（Chapter Summary）

5注浆加固技术的工程应用

5.1矿区采矿地质条件（Mining and Geological Conditions In the Mining Area）

5.2.1注浆加固工艺流程

5.2.2注浆加固前的预处理

5.2.3注浆加固材料选择

5.2.4注浆工艺参数及施工

5.2.5后期处理

5.3工程应用结果分析（Analysis of Engineering Application Results）

5.4本章小结（Chapter Summary）

6结论与展望

6.1结论（Conclusions）

6.2展望（Outlook）

参考文献

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