平禹一矿注浆改造机理研究及应用实践.ppt

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1、注浆改造机理研究及应用实践2007年6月目录前言注浆改造原理、作用及应用条件注浆改造机理注浆改造工艺流程应用实践2三、注浆改造的作用及应用条件注浆改造作为改变岩体（层）水文地质条件的方法与手段，基本原理是浆液在一定压力、一定时间作用下在受注层原来被水占据的空隙或通道内脱水、固结或胶凝，使结石体或胶凝体与围岩岩体形成阻水整体，从而改变不利于采矿的水文地质条件，主要有三个方面的作用。⑴向薄层灰岩大量灌注浆液，浆液在薄层灰岩沿岩溶裂隙扩散、结石、充填，把含水层中的水“置换”出来，使之不含水或弱含水。3三、注浆改造的作用及应用条件

2、⑵浆液在注浆压力作用下，通过薄层灰岩沿奥灰水补给薄层灰岩通道运移、扩散、结石，堵塞或缩小导水通道，减少奥灰水的补给量。⑶浆液在注浆压力作用下，通过薄层灰岩沿着煤层底板裂隙运移、扩散、结石，充填隔水层导水裂隙，强化、加厚煤层底板。4三、注浆改造的作用及应用条件薄层灰岩注浆改造，一般要在水文地质条件复杂，疏降采煤经济上不合理的地段等具有下列条件之一者就可使用：⑴工作面下伏薄层灰岩富水性强，单位降深疏放水量大于5m3/（h.m），疏降开采经济上不合理，突水系数在构造复杂地段超过0.06MPa/m，在正常地段超过0.1MPa/m。

3、⑵工作面底板隔水层存在变薄带。⑶工作面底板存在构造破碎带、导水裂隙、陷落柱等。5四、注浆改造机理浆液开始注入岩层时为紊流状态，随着注浆浆液渗透断面的扩大，压力降低，流速减慢，特别是深入岩层深部，浆液逐渐发生沉积，浆液的流动由开始的紊流状态转变为层流和阻滞流，最后变为结构流而产生一定抗压强度，阻住了地下水流。浆液的渗透机理主要体现在以下几个方面：6四、注浆改造机理一是机械充塞：就是浆液在一定注浆压力梯度下沿裂隙流动扩散，当其远离注浆孔，压力梯度降低到临界压力时，浆液流速减小，由紊流转为层流状态，水硬性材料发生凝固，粘滞性增大

4、，流速很低最后停止流动。而非水硬性材料的颗粒逐渐聚结沉析或粘附在裂隙上，这就更增加了浆液的流动阻力和静剪应力，最后堵塞裂缝。7四、注浆改造机理二是水化作用充塞：就是将浆液内的水硬性材料与水之间起化学变化，在层流到阻滞流时，浆液中的固料随着时间而凝聚，产生强度，加快了充塞堵水过程。三是既然浆液在岩土裂隙中的充塞作用包括机械充塞和水化作用充塞，其浆液扩散充塞状态，一般有四个过程：8四、注浆改造机理1、注浆压力克服静水压力和流动阻力，推进浆液进入裂隙。2、浆液在裂隙内流动扩散和沉析充塞，大裂隙逐渐缩小，小裂隙被充填，注浆压力逐渐

5、上升。3、在注浆压力推动下，浆液冲开或部分冲开充塞体，再沉析充填，逐渐加厚充塞体。4、浆液在注浆压力下进行充塞、压实、脱水以致完全封闭裂隙。产生足够的强度和不透水，保证了地下结构物的安全。9四、注浆改造机理因为注浆浆液粘度是变化的，受注地层都是不均质的，注浆孔的浆源有时亦不规整，研究过程中将问题理想化为粘度一定、岩层均质、浆源形状规整和浆液为牛顿体。当浆液通过注浆孔内一段长度的岩层壁上向裂隙内注浆时，即属柱状渗透注浆（见图4：浆液柱状扩散图）所示。10图4：浆液柱状扩散图11四、注浆改造机理当浆液由钻孔注入时，可以设想为以

6、钻孔为中心的柱状注浆。柱状渗透以达西定律为根据推导扩散半径公式，经过推导得到柱状注浆时间及对应时间的扩散半径的两个公式：（1）（2）12四、注浆改造机理式中：——岩层的渗透系数，cm/s；——浆液粘度对水的粘度比；，——浆液的扩散半径，cm；，——注浆压力，厘米水头；——注浆孔半径，cm；——注浆时间，s；——岩层的孔隙率；13四、注浆改造机理粘土水泥浆的结石为一“弹”、“粘”并存的复合体系，水泥水化固结后形成的网络结晶体构成了结石体基本的空间结构框架，粘土颗粒较细，充填了“框架”其余部分，使基结构更加密实，在注浆压力和水

7、压力作用下，使粘土水泥浆析水、结石，压力越大结石程度越高。14五、注浆改造的工艺流程为提高注浆的效果，降低费用，薄层灰岩注浆改造采用井上下结合的施工工艺，即注浆孔在井下工作面的回采巷道施工，在地面建集中注浆站，注浆泵通过送料孔、注浆管路、注浆孔向含水层注浆（见图5：注浆监控示意图;图6:注浆工艺流程图）。15图5：注浆监控及工艺流程图16图6：注浆工艺流程图175.1制浆工艺地面注浆站由粘土造浆系统、水泥下料系统、粘土水泥浆制浆系统、灌注系统及跟踪控制计量系统组成。粘土浆是一定比例的粘土和水由制浆机制造的，造浆系统由粘土皮

8、带输送机、制浆机、粗浆池、精浆池、搅拌机、旋流除砂器组成。为满足粘土水泥浆的制浆要求，肥矿集团自行研制了NL12型粘土制浆机，制浆能力12～16m3/h，制造粘土浆密度1.10～1.23g/cm3，经漩流除砂后浆液粘土细度小于0.08mm的占95%以上。水泥下料采用风动下料方式，包括散装水泥罐、调速螺旋