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基于CFD-DEM耦合模型的阻水墙建造过程数值模拟

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岩土工程学报 2021年第3期43卷 481-491,F0002,F0003页

作者：牟林董书宁郑士田李昂丁学松煤炭科学研究总院北京100000 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710054 西安科技大学陕西西安710054

通过灌注骨料封堵动水巷道的过程长期以来处于经验摸索状态,基于数值力学模型(CFD-DEM)研究了骨料灌注过程及截流堵水机制。模拟了骨料颗粒在水中的沉降速度、不同堆积厚度下的启动速度、天然状态和静水中的堆积角、动水中粒径分区效应... 详细信息

通过灌注骨料封堵动水巷道的过程长期以来处于经验摸索状态,基于数值力学模型(CFD-DEM)研究了骨料灌注过程及截流堵水机制。模拟了骨料颗粒在水中的沉降速度、不同堆积厚度下的启动速度、天然状态和静水中的堆积角、动水中粒径分区效应以及各粒径组的阻水消压能力,验证了模型的适用性。测试了水流的携砂能力,发现未接顶区和堆积区的流场分界线对应启动流速上限,当流场的携砂能力远小于灌注能力时,表现为接顶容易,反之接顶困难。建立了考虑突水通道、突水源水压、灌注速度、骨料粒径、灌注次序、骨料摩擦参数和水流黏性等关键因素的计算模型,模拟了骨料在动水环境下铺底、充填、接顶的主要阶段,得出了速度场和压力场在不同灌注阶段的演化过程及两者间的动态响应关系。通过双巷截流模型,对两种截流方案进行了模拟,证明了优先封堵其中一条巷道的方案更具合理性。最后总结了钻孔间堆积体"前期接龙"、"后期叠加"及"逆向生长"的一般截流过程,分析了水力梯度和携砂能力对堆积长度和钻孔数量的影响。动水中骨料灌注两相流耦合模型的建立为截流施工过程研究及工程优化提供了技术途径。

关键词：阻水墙骨料灌注煤矿突水动水截流固–液两相流

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垮塌煤巷内快速构建阻水墙技术

煤矿安全 2015年第6期46卷 66-68页

作者：柴辉婵李文平郑士田王威郭启明金兴中国矿业大学资源与地球科学学院江苏徐州221008 中煤科工集团西安研究院有限公司陕西西安710054 山东正元建设工程有限责任公司山东济南250101

为解决垮塌巷道中充填骨料堆积半径小,阻水墙初步形成时间长的问题,及其初步形成之后,阻水墙及软弱煤巷,容易受突水点内外压差△p作用而失稳的问题,在充填注浆阶段,首次省去灌入骨料,采用了"水泥单浆液充填注浆技术",及"大井回灌助推阻... 详细信息

为解决垮塌巷道中充填骨料堆积半径小,阻水墙初步形成时间长的问题,及其初步形成之后,阻水墙及软弱煤巷,容易受突水点内外压差△p作用而失稳的问题,在充填注浆阶段,首次省去灌入骨料,采用了"水泥单浆液充填注浆技术",及"大井回灌助推阻水墙快速构建技术"。结果表明:水泥单浆液的扩散半径大,阻水墙形成有效连接迅速;大井回灌技术降低了△p增大速率,使其保持在阻水墙及软弱煤巷能够承受的范围内,只用42 d便完成了阻水墙的构建。

关键词：垮塌煤巷阻水墙大井回灌水泥单浆液充填注浆突水

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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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集中突(过)水巷道阻水墙综合建造技术

煤矿安全 2009年第5期40卷 37-39页

作者：蒋勤明河北金牛能源股份有限公司河北邢台054000

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,利用独头突(过)水巷道的有利条件,通过灌注骨料和注浆截流建造阻水墙成为最直接、最快速有效的治理方案。系统地介绍了在动水条件下集中突(过)水巷道阻水墙的综合建造技术和工艺。

关键词：突(过)水巷道骨料灌注注浆截流阻水墙

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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

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老窑采空区径流通道阻水墙应急加固建造技术

山东煤炭科技 2017年第9期35卷 107-108,111,114页

作者：郭刚兖矿新疆矿业有限公司硫磺沟煤矿新疆昌吉831114

本文主要介绍了兖矿新疆矿业有限公司硫磺沟煤矿老窑采空区径流通道集中过水阻水墙应急加固的建造技术和方法,总结了其技术特点和实施效果。

关键词：径流通道阻水墙应急加固

截流巷道骨料堆积体中浆液运移规律与阻水机制

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地下空间与工程学报 2020年第6期16卷 1891-1900页

作者：牟林董书宁煤炭科学研究总院北京100000 中煤科工集团西安研究院有限公司西安710077 陕西省煤矿水害防治技术重点实验室西安710077

通过建立骨料中水泥浆液的宾汉姆运移模型,分析了骨料和浆液关键参数对注浆过程的影响,研究了阻水墙截流过程中断面流量分布规律、浆液运动及留存机制。结果表明,骨料的比表面积和浆液的时变性是影响注浆难度的主要参数,骨料的比表面积... 详细信息

通过建立骨料中水泥浆液的宾汉姆运移模型,分析了骨料和浆液关键参数对注浆过程的影响,研究了阻水墙截流过程中断面流量分布规律、浆液运动及留存机制。结果表明,骨料的比表面积和浆液的时变性是影响注浆难度的主要参数,骨料的比表面积在整个过程中均占据主导作用,比表面积越大,注浆难度越大,浆液时变性在注浆后期占据重要作用,是浆液凝固产生阻水作用的内因。对于变粒径多层骨料堆积体,绝大多数浆液从顶部未接顶区或粗粒径疏松区流过,下部细粒径骨料中浆液流量很小,进一步分析了截流断面流态分布模型,并用现场数据加以验证,得出了截流过程中顶部未接顶空间的流速计算方法。本文探讨了截流过程的主要阶段和浆液留存机制,认为充填阶段以分层扩散、驱替作用和时变硬化作用为主,升压阶段以渗透扩散和时变硬化作用为主,且充填阶段耗浆量占据了主导。

关键词：阻水墙水泥浆液阻水机制截流巷道

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骨料灌注法封堵过水巷道的接顶溃坝机制研究

煤矿安全 2021年第4期52卷 52-59页

作者：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710054

煤矿突水截流堵巷过程中骨料灌注的"接顶-溃坝"机制一直缺乏直观有效的研究手段,通过建立CFD-EDEM两相流耦合计算模型,分别在静水和动水条件下进行了单孔连续灌注试验,从堆积形态上验证了细骨料更适用于搬运和铺底过程。通过多孔灌注试... 详细信息

煤矿突水截流堵巷过程中骨料灌注的"接顶-溃坝"机制一直缺乏直观有效的研究手段,通过建立CFD-EDEM两相流耦合计算模型,分别在静水和动水条件下进行了单孔连续灌注试验,从堆积形态上验证了细骨料更适用于搬运和铺底过程。通过多孔灌注试验模拟了骨料的接顶过程,结果表明:流量小时钻孔之间会残留大量未充填区域,大流量条件下骨料会发生水平生长直至孔间接龙,接顶区逆势向上游生长最后全段接顶。引入颗粒拱概念分析了骨料随机接顶的力学机制,提出了骨架的剪切失稳模型,通过管涌概念解释了堆积体的渗透失稳机制以及溃坝过程中骨料的运移形式。结合工程数据验证了静水截流和动水截流在工程投入和施工难度上的差异性,指出动水截流需要经历多次溃坝、反复灌注才能最终成功截流。

关键词：阻水墙骨料灌注截流堵巷数值模拟流固耦合

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黄土高原长输管道生态型水工保护技术

石油工程建设 2004年第1期30卷 31-34页

作者：郝世英苏勇常宏赵永忠张文强长庆石油勘探局建设工程总公司陕西西安718006

黄土高原地区沟壑纵横、梁峁连绵、植被稀少、降水入渗率低,在暴雨的作用下容易形成山洪,严重威胁长输管道的建设和安全运行,使得水工保护成为管道建设的重要组成部分。在西气东输管道建设中,对生态型水工保护方法做了大量的试验研究工... 详细信息

黄土高原地区沟壑纵横、梁峁连绵、植被稀少、降水入渗率低,在暴雨的作用下容易形成山洪,严重威胁长输管道的建设和安全运行,使得水工保护成为管道建设的重要组成部分。在西气东输管道建设中,对生态型水工保护方法做了大量的试验研究工作,取得了可喜的成果。文章阐述了生态型水工保护的原则,从缓坡、陡坡、沟头、冲沟、汇水塬、护坡、崾岘的处理等方面,介绍了生态型水工保护技术。实践证明,该项技术不仅有效保证了长输管道的安全运行,而且有效地保护和改善了当地的生态环境。

关键词：黄土高原长输管道水工保护汇水形式阻水墙环形截水沟