采区工作面顶板风氧化带地面预注浆加固研究.pdf

中图分类号卫蛩2 3 学科分类号 主委Q 垒5 3 Q 论文编号 安徽理工大学 硕士学位论文 采区工作面顶板风氧化带地面预注浆加固研究 作者姓名塑8 渔 专业名称本工程 研究方向结构王程 导师姓名苤佳耘麴援 导师单位塞徵理王太堂 答辩委员会主席廑丞圭熬援级直王 论文答辩日期2 0 1 5 年0 5 月3 1 日 安徽理工大学研究生院 2 0 1 5 年0 3 月3 0 日 万方数据 A 跳s e 眦；。ni 1 1G e o t e 蛳c a l E n s i I l e e 衄I 掣型燃掣螋 T h eo u t e rs h a f tl i n i n g ss t r u c t u r a lm e c h a n i c a lb e h a v i o r a n dO p t l m l z a t l o n ●●●．● r e s e a r c h ’’d e e lf r e e z i n gb e d r o c ks h a f ti nW e s tReg“rese hO td e e pt r e e z l n gb e a r d Cs l l a I te s tK e g l o n C a n d i d a t e Y a oZ h i S u p e r v i s o r P r o f ．R o n gC h u a n x i n S e h o o lo fC i v i lE n g i n e e r i n ga n dA r c h i t e c t u r e A n H u iU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y N o ．16 8 ，S h u n g e n gR o a d ，H u a i n a n ，2 3 2 0 01 ，P ．R ．C H I N A 万方数据 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方以外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 塞筮堡王太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同 工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表 示谢意。 学位论文作者签名 盘主鱼日期迎酣』月』- 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解塞徽翌三太堂有保留、使用学位论文 的规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于 塞筮堡王太堂。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的 复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权安徽理工大学 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采 用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 保密的学位 论文在解密后适用本授权书 学位论文作者签名占毛施 导师签名盯枘 导师签名旷矿丫忑 签字日期汕6 年彳月1 日 签字日期Ⅻj 年6 月1 日 万方数据 摘要 摘要 随着经济的快速发展，我国对于能源的需求量随之加大，在煤层工作面掘进 开采过程中，难免上覆岩层会产生小周期和大周期破坏，如果岩体强度不足，则 容易导致顶板的不稳定性，影响生产发展作业的安全。 本文以淮南矿业 集团 有限责任公司顾北煤矿南二采区1 5 1 2 3 工作面 地面预注浆加固工程为研究背景，经过地面预注浆的施工，利用地面预注浆加固 机理的理论分析和力学性能评估相关的试验相结合的分析方法表明，在工作面上 覆风氧化带注浆能够密实岩层，使其渗透能力降低、承载能力增大，即在工作面 顶板岩层中人工构筑一层主关键层，这样当工作面老顶周期性破断时，由于上位 岩层中存在一层因注浆而强度增大的岩层，能够很好的承载上部冲积层所传递下 来的载荷。通过试样试验得到氧化带区域岩体的应力、应变和强度特征，搞清了 其力学机理。最后对注浆后的注浆孔径影响区域进行数值分析，进一步研究了影 响区域范围内的扩散半径、孔隙压力、饱和度等受力特征。分析注浆压力、孔隙 率和渗透系数与渗透扩散半径之间的关系，得到了丰富的数值模拟数据及结果图， 分析结果再次论证了本次项目钻探预注浆施工方案确实可行。 用于本课题的研究结果结合以往地面预注浆项目的实测数据和工程资料，可 以为以后类似的施工加固优化方案提供合理的依据。 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 图【3 7 】表[ 2 1 】参[ 6 1 】 关键词地面预注浆；风氧化带；岩体岩性；加固机理；注浆施工方案；力学性 能试验；数值分析 分类号T D 2 6 2 ； ．I I - 万方数据 摘要 A b s t r a c t W i t ht h er a p i de c o n o m i cd e v e l o p m e n t , C h i n a ’Se n e r g yd e m a n dw i l li n c r e a s e ， i nt h ep r o c e s so fc o a ls e a i nw o r k i n gf a c ee x c a v a t i o ni nm i n i n go v e r l y i n gs t r a t a , i n e v i t a b l yw i l lp r o d u c es m a l lc y c l ea n dc y c l eo fd e s t r u c t i o n ，i ft h er o c ks t r e n g t hi si n s u f f i c i e n t ，c a ne a s i l yl e a dt ou n s t a b i l i t yo fr o o f , a f f e c tt h ep r o d u c t i o nd e v e l o p m e n to fw o r ks a f e t y ． I nt h i sp a p e r , t a k i n gt h es o u t h e r nN o ．2T w oD i s t r i c t 1 51 2 3 w o r k i n gf a c es u r f a c ep r eg r o u t i n gr e i n f o r c e m e n tp r o j e c ti nG u b e iM i n eo fH u a i n a nM i n i n g G r o u p C o ．，L t d ．a st h er e s e a r c hb a c k g r o u n d ，t h r o u g ht h ec o n s t r u c t i o no ft h e g r o u n dp r e g r o u t i n g ，a n a l y s i ss h o w e dt h a tt h em e t h o do ft h e o r ya n a l y s i sa n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e su s i n gg r o u n dp r eg r o u t i n gr e i n f o r c e m e n tm e c h a n i s mo fe v a l u a t i o nr e l a t e dt e s tc o m b i n e d ，i nt h ew o r ks u r f a c eo v e r l y i n g 谢n do x i d i z e dz o n e0 fd e n s er o c kg r o u t i n gC a n ，m a k ei t sp e n e t r a t i o na b i l i t yd e c r e a s e d ，i n c r e a s e dc a r l “ y i n gc a p a c i t y , t h a ti s ，w h e nt h ew o r k i n gf a c er o o fi na r t i f i c i a lb u i l d i n gal a y e r o ft h em a i nk e ys t r a t u m ，S Ot h a tw h e nt h ew o r k i n gf a c er o o fp e r i o d i cb r e a k ，b e c a u s et h eu p p e rs t r a t ae x i s ti nal a y e ra n di n c r e a s et h ei n t e n s i t yo fr o c kb yg r o u t i n g ，C a nl o a dd o w nt h et r a n s f e ra l l u v i u m - b e a r i n gu p p e rw e l l ．G e tt h eo x i d a t i v es t r e s s ，s t r a i na n ds t r e n g t hc h a r a c t e r i s t i c so fr o c km a s s 谢t ha r e a st h r o u g hs a m p i et e s t i n g , f i n do u ti t sm e c h a n i s mo fm e c h a n i c s 。F i n a l l y ，t h eg r o u t i n ga p e r t u r e e f f e c ta f t e rg r o u t i n ga r e af o rn u m e r i c a la n a l y s i s ，f u r t h e rr e s e a r c ho nt h ei n f l u e n c eo fr e g i o n a lf e a t u r e so fd i f f u s i o nr a d i u s ，p o r ep r e s s u r ea n ds a t u r a t i o n ，a n a l y z i n g t h er e l a t i o n s h i po fg r o u t i n gp r e s s u r e ，v o i dr a t i oa n dp e r m e a b i l i t yc o e f f i c i e n tw i t h d i f f u s i o nr a d i u s ，g e tr i c ht h en u m e r i c a ls i m u l a t i o nd a t aa n dr e s u l td i a g r a m ，t h e a n a l y s i sr e s u l t sd e m o n s t r a t e da g a i nt h a tt h ec o n s t r u c t i o no ft h i sp r o j e c tc a ni n d e e df o rd r i l l i n gp r eg r o u t i n g ． F o rt h i st o p i cr e s e a r c hm s u R sw i t ht h ep r e v i o u ss u r f a c ep r e g r o u t i n gp r o j e c to fd a t aa n de n g i n e e r i n g d a t a , w h i c hc a np r o v i d er e a s o n a b l eb a s i sf o rs i m i l a rc o n s t r u c t i o ni nf u t u r e o p t i m i z a f i o no f r e i n f o r c e m e n ts c h e m e ． - ．I I I ．． 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 F i g u r e [ 3 7 】t a b l e 【2 1 】r e f e r e n c e s 【6 1 】 K e y w o r d s s u r f a c ep r e - g r o u t i n g ；w i n do x i d i z e dz o n e ；r o c km a s sq u a l i t y ；s t r e n g t h e n i n gm e c h a n i s m ；g r o u t i n gc o n s t r u c t i o ns c h e m e ；m e c h a n i c a lp r o p e r t i e st e s t ；n u m e r i c a la n a l y s i s C h i n e s eb o o k sc a t a l o g T D 2 6 2 ．I V ． 万方数据 目录 目录 摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I A b s t r a c t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．I I I 1绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．1 选题背景和研究意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．2 国内外研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 ．2 ．1 注浆技术研究与发展⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 1 ．2 ．2 地面预注浆应用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 1 ．3 研究内容及技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 2 采煤工作面顶板风养化基岩带预注浆设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 2 ．1工程概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 2 ．1 ．1 采面范围⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 2 ．1 ．2 煤层赋存状态⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 2 ．1 ．3 顶板特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 2 ．2 风氧化带岩体可注性分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 2 ．2 ．1 岩体的可注性定义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8 2 ．2 ．2 岩体的可注性的影响因素⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．9 2 ．2 ．3 裂缝岩体的渗透几何参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．9 2 ．2 ．4 注浆段岩体的可注性评价⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 2 2 ．3 地面预注浆加固机理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 4 2 ．3 ．1 扩散机理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 4 2 ．3 ．2 作用效果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 8 2 ．4 钻探方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。1 9 2 ．4 ．1 设计注浆钻孔数量、孔位位置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 9 2 ．4 ．2 钻探工程量及轨迹图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 9 2 ．5 参数设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 2 2 ．5 ．1 注浆岩层的选择⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 2 2 ．5 ．2 注浆范围⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 2 2 ．5 ．3 注浆扩散半径及注浆孔径设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 3 ．V ． 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 2 ．5 ．4 注浆量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 3 2 ．5 ．5 注浆材料和压力⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 4 2 ．5 ．6 注浆结束标准⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 4 2 ．5 ．7 注浆质量检验标准⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 4 2 ．5 ．8 注浆实际工程量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 5 2 ．6 小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 5 3 风氧化带注浆效果评估⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 6 3 ．1概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 6 3 ．2 钻孔岩芯样本评估⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 7 3 ．3 工作面上覆力学性能实验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 0 3 ．3 ．1 实验方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 0 3 ．3 ．2 实验结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 2 3 ．4 风氧化带岩体成分及微观结构分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 2 3 ．4 ．1 风氧化带岩体成分分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 2 3 ．4 ．2 风氧化带岩体微观结构分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 6 3 ．5 钻孔壁观察分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 8 3 ．6 小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 0 4 地面预注浆数值分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 1 4 ．1 数值计算方法概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 1 4 ．2 注浆加固中数值模拟的原理和可行性⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 1 4 ．3 注浆加固模型的建立⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 2 4 ．4 计算结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 4 4 ．5 小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 9 5结 论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 0 5 ．1结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 0 5 ．2 建议与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 0 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 2 致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 6 作者简介及读研期间主要科研成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 7 ．Ⅵ． 万方数据 目录 C o n t e n t s A b s t r a c t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．I A b s t r a c t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．I I I 1I n t r o d u c t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I 1 ．1T h es e l e c t e dt o p i cb a c k g r o u n da n dt h er e s e a r c hs i g n i f i c a n c e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．2T h er e s e a r c hs t a t u sa th o m ea n da b r o a d ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 ．2 ．IR e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n t o f G r o u t i n gT e c h n o l o g y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 1 ．2 ．2T h ea p p l i c a t i o no f s u r f a c ep r eg r o u t i n g ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 ．3R e s e a r c hc o n t e n t sa n dt e c h n o l o g yr o a dm a p ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 2C o a lm i n i n gw o r k i n gf a c er o o fw i n dr a i s e st h eb e d r o c kw i t hp r eg r o u t i n g d e s i g nm e t h o dr e s e a r c h ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯”5 2 ．1 P r o j e c to v e r v i e w ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯”5 2 ．I ．1 T h e s c o p eo f t h em i n i n ga r e a ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 2 ．1 ．2C o a ls e a mo c c u r r e n c es t a t e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 2 ．1 ．3R o o f f e a t u r e s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。5 2 ．2 T h ea n a l y s i so f r o c km a s si n j e c t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 2 ．2 ．1T h ed e f i n i t i o no f r o c km a s si n j e c t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 2 ．2 ．2I n f l u e n c ef a c t o r so f r o c km a s si n j e c t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。9 2 ．2 ．3 G e o m e t r i cp a r a m e t e r so f c r a c kr o c km a s sp e r m e a b i l i t y ⋯⋯⋯⋯⋯．．9 2 ．2 ．4E v a l u a t i o no f r o c km a s si n j e c t i o ng r o u t i n gs e c t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 2 2 ．3S u r f a c ep r eg r o u t i n gr e i n f o r c e m e m ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 4 2 ．3 ．1T h ed i f f u s i o nm e c h a n i s m ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 4 2 ．3 ．2A c t i o ne f f e c t s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．18 2 ．4 D r i l l i n gs c h e m e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 9 2 ．4 ．1T h e n u m b e ro f d e s i g no f g r o u t i n gh o l e sa n dh o l ep o s i t i o n ⋯⋯⋯．1 9 2 ．4 ．2 D r i l l i n ge n g i n e e r i n gq u a n t i t ya n dt r a j e c t o r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 9 2 ．5 P a r a m e t e r sd e s i g n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯”2 2 2 ．5 ．1T h es e l e c t i o no f g r o u t i n gr o c k ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 2 2 ．5 ．2T h er a n g eo f g r o u t i n g ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯”2 2 ．Ⅶ- 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 2 ．5 ．3 G r o u t i n gd e s i g no f g r o u t i I l gd i f f u s i o nr a d i u sa n d t h ea p e r t u r e ⋯。2 3 2 ．5 ．4T h eg r o u t i n ga m o u n t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 3 2 ．5 ．5 O r o u t 啦m a t e r i a l sa n dp r e s s u r e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 4 2 ．5 ．6 G r o u t i n go v e rs t a n d a r d ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 4 2 ．5 ．7S t a n d a r dT e s tg r o u t i n gq u a J i t y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 4 2 ．5 ．8n 地a c t u a la m o u n to f g r o u t i n ge n g i n e e r i n g ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 5 2 ．6 S u m m a r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 5 3T h ew i n do x i d i z e dz o n eg r o u t i n ge f f e c t se v a l u a t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。2 6 ；．1O v e r v i e w s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 6 3 ．2E v a l u a t i o no f r o c ks a m p l es e l e c t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 7 3 ．3T h eo v e r l y i n gr o c km a s sm e c h a n i c sp e r f o r m a n c et e s t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 0 ；．I ．1T e s tM e t h o d ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 0 3 ．3 ．2 A n a l y s i so f e x p e r i m e n t a lr e s u l t s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 2 3 ．4W i n do x i d a t i o na n dm i c r o s t r u c t u r ea n a l y s i so f r o c kc o m p o n e n t s ⋯⋯⋯．4 2 3 ．4 ．1 C o m p o s i t i o na n a l y s i so f w i n do x i d a t i o nr o c k ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 2 3 ．4 ．2 M i c r o s c o p i cs t r u c t u r ea n a l y s i so f w i n do x i d a t i o nr o c k ．⋯⋯⋯⋯．⋯4 6 ；．5O b s e r v i a t i o na n da n a l y s i so f d r i l lh o l ew a l l ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 8 3 ．6 S u m m a r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 0 4N u m e r i c a la n a l y s i so f 母’o u I l dp r eg r o u t i n ge f f e c t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 1 4 ．1O v e r v i e wo f n u m e r i c a lc a l c u l a t i o nm e t h o d ．⋯．．⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯．．5 】【 4 ．2T h ef e a s i b i l i t ya n dp r i n c i p l eo fn u m e r i c a ls i m u l a t i o no fg r o u t i n g r e i n f o r c e m e n t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 l 4 ．3 T h ee s t a b l i s h m e n to f t h eg r o u t i I l gr e i n f o r c e m e n tm o d e l ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 2 4 ．4 C a l c u l a t i o nr e s u l t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 4 4 ．5 S u m m a r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 9 5C o n c l u s i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 0 1 ；．1C o n c l u s i o n ．⋯⋯．⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯．⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．．⋯．⋯⋯⋯⋯．．⋯．．6 0 1 ；．2 S u g g e s t i o n sa n dP r o s p e c t s ⋯⋯．⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯．．．⋯⋯．⋯⋯⋯⋯．．⋯．．6 0 R e f e r e n c e s ．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．⋯．．．．．．．⋯⋯．．⋯．．⋯．．⋯．．．．．．．⋯⋯．．．．⋯．．⋯⋯．．⋯．．⋯．．．．．⋯．．．．．．．6 2 万方数据 目录 T h ei n t r o d u c t i o no f t h ea u t h o ra n dt h em a i nr e s e a r c hr e s u l t sw h e ns t u d y i n g ．．．．．⋯6 7 ．I X ． 万方数据 1 绪论 1 绪论 1 ．1 选题背景和研究意义 随着煤矿建设的发展，煤矿建设以及施工作业的安全性越来越得到重视。为 了保证采区工作面的安全，就必须要对其顶板的强度进行分析，不满足或者有隐 患的地方，必须要进行加固，提高顶板的强度，加强巷道的安全性【l 】。而利用地 面预注浆的方式对工作面顶板进行加固，就是一个非常有效的提高顶板强度的方 法【2 】。 顾北矿南二采区东至井田边界 8 煤层．6 5 0 m 煤层底板等高线垂直投影线 ，南 至F 1 1 0 断层，西至1 3 ．1 煤层风氧化带，北至F 1 0 9 断层。走向长1 ．4 1 6 k m ，倾斜 宽1 ．3 6 5 k m ，面积约1 ．7 2 k i n z 。回采上限标高为．3 9 1 m ，下限标高为．4 9 7 m ，对应 地面标高为 1 7 ．3 2 ～ 2 2 ．1 2 m 。 如果采区工作面上覆岩层组合结构中含有风氧化带等此类强度不足的岩体的 情况，当此类工作面回采时，工作面上方顶板先是经历老顶几个周期的破断，此 时将工作面上方顶板周期来压称之为小周期来压，然后工作面上方的高位承载岩 层发生较大范围的破断、整体移动，此时会导致工作面矿压显现剧烈，将工作面 高位岩层大范围的破断整体移动称之为大周期来压【3 】；随着工作面的继续回采， 顶板经历3 - 4 个小周期后再一次大范围的破断、整体移动 大周期 ，如图1 所示， 如此循环运动，这与一般覆岩条件的工作面上覆岩层运动规律是不同的。 匮 图1大周期破断时岩层形态 F i g lH i g hc y c l er u p t u r er o c kf o r m 当工作面回采时，工作面上覆岩层呈现大小周期破断规律。小周期来压时， 工作面液压支架一般可以承受，在下部老顶运动完成后，岩层运动影响到上部高 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 位岩层运动，产生大周期来压，上覆岩层会发生大范围的破断、整体性的移动 如 图1 所示 ，此时，大范围破断的岩层整体性移动所产生的载荷将由矸石及液压支 架共同承担，当上覆岩层荷载过大超出液压支架的承载能力时，严重的会造成压 架事故。 为了最大限度的减轻采区工作面回采时上覆岩层大周期来压矿压显现剧烈程 度，避免发生压架事故，根据查阅文献资料及总结的工程经验可知，改善工作面 上覆围岩结构是行之有效的方法之一。而要实现围岩结构的改善及围岩强度的提 高，现今最常用最方便的方法即是注浆加固【4 】1 5 】。在工作面上覆风氧化带注浆能 够密实岩层，使其渗透能力降低、承载能力增大，即在工作面顶板岩层中人工构 筑一层主关键层，这样当工作面老顶周期性破断时，由于上位岩层中存在一层因 注浆而强度增大的岩层，能够很好的承载上部冲积层所传递下来的载荷。 1 ．2 国内外研究现状 1 ．2 ．1 注浆技术研究与发展 注浆技术至今已有2 0 0 余年的发展历史，注浆施工通常在井筒开挖以前，从 地面打钻孔对含水和破碎岩层预先进行注浆，称为地面预注浆，采用浆液取代岩 层中的水，将松散的岩石胶结在一起，起到止水和固化作用，使井筒安全顺利地 通过含水岩层【6 】【7 1 。 19 5 8 年我国在峰峰薛村立井首次成功的进行地面预注浆，自采用地面预注浆 技术以来，该技术有了很大的发展。如采用高压少孔注浆工艺及控制浆液扩散半 径；与科研院、所合作研制成Z G S ．1 型水力膨胀式单管止浆塞和声波探测仪；为 节约注浆水泥用量，于1 9 8 5 年研究试验粘土水泥浆液。在土木工程领域，地面预 注浆技术已经是一种有效的岩土工程加固与堵水的手段，并且目前已得到了广泛 应用。近期在两淮地区，在望峰岗、杨村等矿井都有该技术的应用。地面预注浆 不仅提高了岩体的密实性，而且封堵住了井筒的涌水，起到了加固岩体的作用。 井筒地面预注浆工程设计日趋精细化，除堵水功效外，其加固围岩的作用也逐渐 被重视【引1 9 ] 。 1 ．2 ．2 地面预注浆应用 地面预注浆法在技术方面通常包含以下四方面注浆孔布置、注浆深度、注 浆段高与方式，注浆液的选择。对地面预注浆施工技术，人们已经做了多方面研 ．2 ． 万方数据 1 绪论 究，其中对注浆孔的布置，除了常见的直孔布置方式，也有s 型布置方式、Y 型 孔布置方式以及双Y 型S 孔在井筒地面预注浆中应用【1 0 】。 注浆技术通常应用于立井井筒施工但也可以应用于巷道工作面，与巷道工作 面预注浆类似的，预注浆技术广泛应用于隧道工程【1 1 】。盾构隧道端头土体加固是 盾构施工的重要环节，水平注浆加固作为土体加固的一种重要方法，有效解决了 因空间原因不能进行垂直旋喷加固的问题【1 2 1 。在长大隧道中，注浆加固止水应用 比较普遍，随着注浆工艺的发展，在城市地铁中采用注浆法加固也越来越普遍。 1 - 3 研究内容及技术路线 淮南矿业 集团 有限责任公司顾北煤矿南二采区1 5 1 2 3 工作面顶板的 岩体结构组织构成中，含有大量的风氧化带。风化带岩体岩性主要为泥岩和砂质 泥岩，其抗压强度较低。 为了最大限度的减轻南二采区1 5 1 2 3 工作面回采时上覆岩层大周期来压 矿压显现剧烈程度，避免发生压架事故，所以可以采用地面预注浆的方式，对顶 板风氧化带进