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过水巷道动水快速截流大型模拟实验系统研制

煤炭学报 2020年第9期45卷 3226-3235页

作者：董书宁杨志斌朱明诚张文忠石磊牟林煤炭科学研究总院北京100013 中煤科工集团西安研究院有限公司陕西西安710054 陕西省煤矿水害防治技术重点实验室陕西西安710077

煤矿突水灾害抢险救援期间,保浆袋囊钻孔控制注浆可以解决常规过水巷道动水截流工程量大、工期长且易发生次生灾害等技术难题。为了进一步研究过水巷道动水快速截流机理并为抢险救援提供实验技术支撑,建立了过水巷道动水截流的水力学模... 详细信息

煤矿突水灾害抢险救援期间,保浆袋囊钻孔控制注浆可以解决常规过水巷道动水截流工程量大、工期长且易发生次生灾害等技术难题。为了进一步研究过水巷道动水快速截流机理并为抢险救援提供实验技术支撑,建立了过水巷道动水截流的水力学模型,结合对保浆袋囊控制注浆动水快速截流成功案例的分析,设计了过水巷道动水快速截流概念模型,开发了过水巷道动水快速截流大型模拟实验系统。实验系统包括4个功能系统和6个设备系统,其中4个功能系统分别为保浆袋囊和浆液投注系统、动力供水供浆系统、初始条件和边界条件系统、监测系统,6个设备系统分别为大型巷道模拟实验舱、动水模拟系统、控制注浆系统、稳压稳流系统、安全分流系统、图像数据采集与处理系统。通过实验舱强度验算、稳压稳流系统监测实验和抛袋实验,结果表明实验系统能够形成恒定的动水压力和动水流量初始条件、动态变化的动水压差和流量衰减边界条件,满足动水快速截流堵水环境要求,可以用于5 m宽、4 m高、动水流量2000 m^3/h的过水巷道在不同矿井淹没水位、不同突水水源水位条件下的快速截流模拟实验,其中突水水源水位最高可达5 MPa。抛袋实验结果还表明保浆袋囊在未充满浆液的条件下提前脱落至巷道,单个保浆袋囊虽然未发生移动且能大幅减小巷道过水断面面积,但难以减小巷道突水水量,必须通过后期袋外补充注浆进一步封堵,才能实现动水快速截流成功,有待进一步深入研究。

关键词：过水巷道动水截流模拟系统控制注浆抢险救援

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过水巷道动水快速截流机理研究

采矿与安全工程学报 2021年第6期38卷 1134-1143页

作者：杨志斌董书宁煤炭科学研究总院北京100013 中煤科工集团西安研究院有限公司陕西西安710054 陕西省煤矿水害防治技术重点实验室陕西西安710077

保浆袋囊钻孔控制注浆可以解决传统过水巷道动水截流工程量大、工期长且易发生次生灾害等技术难题,实现快速抢险救援和恢复生产的目的。为了进一步研究阻水墙快速建造机制,采用典型工程案例分析和基于过水巷道动水快速截流大型模拟试验... 详细信息

保浆袋囊钻孔控制注浆可以解决传统过水巷道动水截流工程量大、工期长且易发生次生灾害等技术难题,实现快速抢险救援和恢复生产的目的。为了进一步研究阻水墙快速建造机制,采用典型工程案例分析和基于过水巷道动水快速截流大型模拟试验平台的物理模拟试验,对保浆袋囊钻孔控制注浆快速截流机理进行研究。结果表明:保浆袋囊钻孔控制注浆动水快速截流的主控因素为动水压力、动水流量和巷道围岩力学强度,其中单纯的投放保浆袋囊+补充注浆的动水截流模式,仅适用于动水压力低、动水流量小和巷道围岩力学强度高的突水截流环境,其快速截流机理是保浆袋囊能够使得袋囊之间的水流流速较小,水泥-水玻璃双液浆在扩散凝结过程中不易被动水袭夺,致使双液浆凝胶体可以在袋囊之间控制运移扩散,并快速与巷道顶板堆积接顶,有利于截流巷道中阻水墙的快速建造。而投放保浆袋囊+灌注骨料+补充注浆的动水截流模式,可适用于动水压力高、动水流量大和巷道围岩力学强度低的突水截流环境,其快速截流机理是保浆袋囊首先能够提前完成部分骨料铺底和充填阶段;其次是保浆袋囊残余过水断面处的高速水流环境能够使得骨料灌注过程中携带进入巷内的空气快速排出巷外,减少骨料灌注过程中的堵孔次数,同时加快骨料灌注速率;最后是由保浆袋囊和骨料组成的骨料接顶阻水体具有高阻弱渗的阻水性能,其中,高阻特点可使阻水体抵抗更高的动水压力,减少骨料灌注期间堵孔阻水段快速升压导致发生阻水体频繁突破再造的次数,低渗特点可为阻水段后期补充注浆浆液快速凝结创造有利的条件。

关键词：保浆袋囊钻孔控制注浆过水巷道动水快速截流大型模拟试验平台

保浆袋囊钻孔控制注浆动水快速截流机制数值模拟

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煤田地质与勘探 2023年第6期51卷 111-120页

作者：杨志斌中煤科工西安研究院(集团)有限公司陕西西安710077 陕西省煤矿水害防治技术重点实验室陕西西安710077

为了更加细微和形象地刻画保浆袋囊钻孔控制注浆动水快速截流局部和整体发展过程,按照等流速原理构建了巷道进水口在给定水头边界条件下CFD-DEM流固耦合数学模型,在2000 m^(3)/h和20000 m^(3)/h突水水量等流速条件下,分别对有无保浆袋... 详细信息

为了更加细微和形象地刻画保浆袋囊钻孔控制注浆动水快速截流局部和整体发展过程,按照等流速原理构建了巷道进水口在给定水头边界条件下CFD-DEM流固耦合数学模型,在2000 m^(3)/h和20000 m^(3)/h突水水量等流速条件下,分别对有无保浆袋囊工况22 mm粒径骨料灌注堆积阻水体建造过程进行了数值模拟。结果表明:(1)低流速条件骨料都能堆积接顶,高流速条件骨料都只能堆积至巷高的3/4,主要差异是有袋囊工况阻水体堆积至相同高度所需时长都更短且都具有高阻弱渗阻水性能。(2)高流速条件阻水体不能局部接顶情况下,单纯增大骨料粒径仍然难以局部接顶,但是单纯增加骨料灌注速度可以局部快速接顶。(3)分析有无袋囊工况阻水体建造结果差异原因,得到保浆袋囊钻孔控制注浆动水快速截流机制其一是袋囊自身快速充填了部分阻水体空间,相当于提前完成了部分骨料铺底和充填阶段;其二是阻水体高阻弱渗的阻水性能,可以减少堵水后期阻水段快速升压阻水体突破再造次数,同时有利于补充注浆阶段浆液快速凝结。

关键词：保浆袋囊 CFD-DEM流固耦合动水快速截流灌注骨料过水巷道

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双液注浆法快速建造阻水墙封堵突水巷道

煤矿安全 2011年第11期42卷 40-43页

作者：邵红旗王维中国煤炭科工集团西安研究院工程地质研究所陕西西安710077

以2010年3月发生于内蒙古乌海骆驼山煤矿特大突水淹井水害治理工程为实例,介绍了一种从地面打400m定向钻孔、适用于静水条件、孔底混合方式的水泥-水玻璃双液注浆法快速建造阻水墙封堵突水巷道技术。利用双液注浆法快速建造阻水墙封堵... 详细信息

以2010年3月发生于内蒙古乌海骆驼山煤矿特大突水淹井水害治理工程为实例,介绍了一种从地面打400m定向钻孔、适用于静水条件、孔底混合方式的水泥-水玻璃双液注浆法快速建造阻水墙封堵突水巷道技术。利用双液注浆法快速建造阻水墙封堵突水巷道技术先快速建造阻水墙骨架,再联合运用传统综合注浆法对阻水墙骨架进行注浆加固形成阻水墙实体,经受住了试排水阶段的初期注浆效果检验和最后抢险救援阶段最终抽排水的注浆阻水墙实体强度考验,达到了快速注浆堵水抢险救援的目的,经过事实证明该技术是直接、快速有效的突水水害治理技术,能够为其它突水水害抢险救援方案的实施提供借鉴和指导作用。

关键词：水泥-水玻璃双液注浆过水巷道阻水墙引流注浆

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综合注浆法建造阻水墙技术

煤炭工程 2010年第6期42卷 29-31页

作者：南生辉煤炭科学研究总院西安研究院陕西西安710054

煤矿发生突水灾害后,在突水构造及其位置不明确的情况下,利用独头过水巷道的有利条件,通过灌注骨料和注浆施工建造阻水墙成为最直接、最快速有效的治理方案。论文以东庞矿2903工作面陷落柱突水灾害为例,系统介绍了综合注浆法建造阻水墙... 详细信息

煤矿发生突水灾害后,在突水构造及其位置不明确的情况下,利用独头过水巷道的有利条件,通过灌注骨料和注浆施工建造阻水墙成为最直接、最快速有效的治理方案。论文以东庞矿2903工作面陷落柱突水灾害为例,系统介绍了综合注浆法建造阻水墙的工艺技术与方法。

关键词：过水巷道综合注浆法阻水墙旋喷注浆充填注浆