CN106018687A - 防治矿井巷道底臌的化学方法 - Google Patents
防治矿井巷道底臌的化学方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106018687A CN106018687A CN201610325134.XA CN201610325134A CN106018687A CN 106018687 A CN106018687 A CN 106018687A CN 201610325134 A CN201610325134 A CN 201610325134A CN 106018687 A CN106018687 A CN 106018687A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- rock
- mine
- rock sample
- clay stabilizer
- roadway
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 52
- 239000000126 substance Substances 0.000 title claims abstract description 28
- 239000011435 rock Substances 0.000 claims abstract description 166
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 claims abstract description 87
- 239000004927 clay Substances 0.000 claims abstract description 77
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims abstract description 14
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 49
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 36
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 26
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 20
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 20
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 18
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 15
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonia chloride Chemical compound [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims description 12
- 230000002579 anti-swelling effect Effects 0.000 claims description 9
- 239000003350 kerosene Substances 0.000 claims description 9
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 9
- 239000003245 coal Substances 0.000 claims description 8
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 7
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 6
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 claims description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 6
- 229910021647 smectite Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000005303 weighing Methods 0.000 claims description 6
- 229910052900 illite Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000011707 mineral Substances 0.000 claims description 5
- VGIBGUSAECPPNB-UHFFFAOYSA-L nonaaluminum;magnesium;tripotassium;1,3-dioxido-2,4,5-trioxa-1,3-disilabicyclo[1.1.1]pentane;iron(2+);oxygen(2-);fluoride;hydroxide Chemical compound [OH-].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[F-].[Mg+2].[Al+3].[Al+3].[Al+3].[Al+3].[Al+3].[Al+3].[Al+3].[Al+3].[Al+3].[K+].[K+].[K+].[Fe+2].O1[Si]2([O-])O[Si]1([O-])O2.O1[Si]2([O-])O[Si]1([O-])O2.O1[Si]2([O-])O[Si]1([O-])O2.O1[Si]2([O-])O[Si]1([O-])O2.O1[Si]2([O-])O[Si]1([O-])O2.O1[Si]2([O-])O[Si]1([O-])O2.O1[Si]2([O-])O[Si]1([O-])O2 VGIBGUSAECPPNB-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 5
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 claims description 4
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 claims description 3
- 239000003945 anionic surfactant Substances 0.000 claims description 3
- 239000004568 cement Substances 0.000 claims description 3
- 229910001919 chlorite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052619 chlorite group Inorganic materials 0.000 claims description 3
- QBWCMBCROVPCKQ-UHFFFAOYSA-N chlorous acid Chemical compound OCl=O QBWCMBCROVPCKQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 3
- 238000011835 investigation Methods 0.000 claims description 3
- NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N kaolin Chemical compound O.O.O=[Al]O[Si](=O)O[Si](=O)O[Al]=O NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052622 kaolinite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 3
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 3
- 238000012216 screening Methods 0.000 claims description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 3
- 230000001568 sexual effect Effects 0.000 claims 1
- 238000009533 lab test Methods 0.000 abstract 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000002736 nonionic surfactant Substances 0.000 description 3
- 239000002734 clay mineral Substances 0.000 description 2
- GUJOJGAPFQRJSV-UHFFFAOYSA-N dialuminum;dioxosilane;oxygen(2-);hydrate Chemical compound O.[O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3].O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Si]=O GUJOJGAPFQRJSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 2
- 229910052901 montmorillonite Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000009412 basement excavation Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000000053 physical method Methods 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
- G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
- G01N1/286—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q involving mechanical work, e.g. chopping, disintegrating, compacting, homogenising
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
- G01N23/20—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by using diffraction of the radiation by the materials, e.g. for investigating crystal structure; by using scattering of the radiation by the materials, e.g. for investigating non-crystalline materials; by using reflection of the radiation by the materials
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Consolidation Of Soil By Introduction Of Solidifying Substances Into Soil (AREA)
Abstract
本发明公开了一种防治矿井巷道底臌的化学方法，包括以下步骤：（1）、对软岩巷道内的岩样进行采集，至少采集三个矿井的典型水敏性岩石作为岩样；（2）、对软岩巷道内岩样的岩性进行分析；（3）、以室内实验为基础，分析黏土稳定剂对岩样膨胀变形的控制规律，确定黏土稳定剂的配方；（4）、采用黏土稳定剂在底臌的软岩巷道现场施工作业；（5）、对施工效果进行考察。本发明通过价格低廉的黏土稳定剂直接作用于软岩岩石，改变软岩岩石的膨胀性能，同时辅以抽采卸压孔，卸压孔一方面引导黏土稳定剂的渗流，一方面为后期巷道底板的变形提供变形空间，进而达到防治巷道底臌的作用。
Description
技术领域
本发明属于煤矿巷道底臌的预防技术领域，尤其是涉及一种防治矿井巷道底臌的化学方法。
背景技术
近年来，随着煤炭开采深度不断壮大，软岩支护的大变形、难支护的工程问题日趋严重， 矿井底臌是影响矿井巷道掘进及维护的重要因素，尤其是巷道岩石为泥化弱胶结软岩时，其强度低、胶结程度差、遇水泥化软化，软岩中含有的伊利石、蒙脱石等黏土矿物浸水后会发生泥化膨胀。我国中东部矿区的龙口含油泥岩、唐山泥化砂岩、潘集3#井泥岩浸水12h后膨胀率可达70%左右，而泥化弱胶结软岩在西部煤矿的基岩层中普遍发育。泥化弱胶结软岩巷道底板变形速度快、持续时间长、总变形量大且不收敛，是以流变和膨胀变形为主的非线性大变形，底臌现象严重，巷道需要不断地返修和维护，这不仅影响煤矿的正常生产，而且浪费了大量的资金，极大降低了煤矿的生产效率。
目前，巷道底臌的控制技术包括预防和治理两方面。预防是在底臌发生前采取措施，阻止或延迟底臌的发生时间；治理是底臌发生后采取措施控制底臌。为维护巷道围岩的稳定性，应以防为主、以治为辅、统筹兼顾、综合治理。目前底臌控制技术可分为起底、治理水、支护加固、卸压、联合支护等五大类。近年来，广泛应用的抗滑桩控制巷道底臌、底角锚杆支护、预应力注浆锚索等技术也有效控制了巷道的底臌。但这些方法多为物理方法，无法改变泥化弱胶结软岩中伊利石、蒙脱石等黏土矿物浸水膨胀的本质。
发明内容
本发明为了解决现有技术的不足之处，提供了一种施工简单、施工成本低、能彻底解决黏土矿物浸水膨胀的防治矿井巷道底臌的化学方法。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：防治矿井巷道底臌的化学方法，包括以下步骤：
（1）、对软岩巷道内的岩样进行采集，至少采集三个矿井的典型水敏性岩石作为岩样；
（2）、对软岩巷道内岩样的岩性进行分析；
（3）、以室内实验为基础，分析黏土稳定剂对岩样膨胀变形的控制规律，确定黏土稳定剂的配方；
（4）、采用黏土稳定剂在底臌的软岩巷道现场施工作业；
（5）、对施工效果进行考察：与未注入粘土稳定剂溶液而只施工卸压孔的区域进行对比，分析膨胀变形量，考察粘土稳定剂对泥化弱胶结巷道底板防膨效果。
所述步骤（2）包括以下内容：采用X射线衍射（XRD）测定岩样的矿物组分，确定岩样中高岭石、伊利石、伊利石/蒙皂石混层、绿泥石和蒙皂石的组成及含量。
所述步骤（3）包括以下内容：
A、去除各个矿井的岩石岩样表面的杂质，先破碎成小块，用固体样品粉碎机粉碎，筛取粒度在SSW0.150/0.104—SSW1.14/0.45之间的岩石粉，然后把岩石粉置于电热恒温干燥箱中，调节电热恒温干燥箱内的温度105±1℃，恒温6h后，把岩石粉移至干燥器中冷却至室温，存入广口瓶中备用；
SSW0.150/0.104—SSW1.14/0.45中的第一个S为试验筛，第二个S为金属丝，W为编织网，0.150为网孔基本尺寸，0.104为金属丝直径，1.14为网孔基本尺寸，0.45为金属丝直径；
B、选用不同的黏土稳定剂作用于不同矿井中的岩石岩样；
①、选用KCL、NH4CL、KCL+KO、NH4CL+KO四种物质作为黏土的化学稳定剂，将四种化学稳定剂分别配制为KCL黏土稳定剂溶液、NH4CL黏土稳定剂溶液、KCL+KO黏土稳定剂溶液和NH4CL+KO黏土稳定剂溶液；其中KO为阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂的混合物；
②、分别称取每个矿井中的岩样0.50 g，重量精确至 0.01 g，每个矿井的岩样称取六份，所有的岩样分别装入一个10 ml 离心管中，并对离心管做出不同的标记；
先对第1个矿井中采集的四份岩样依次进行试验，对一份岩样的具体试验过程为：将10ml的 KCL黏土稳定剂溶液加入到离心管内，充分摇匀，在室温下存放2 h，装入离心机内，在转速为 150 r/ min 下分离 15 min，读出岩样膨胀后的体积V1；对该矿井采集的第二份岩样加入到NH4CL黏土稳定剂溶液中并重复上述操作过程；对该矿井采集的第二份岩样加入到KCL+KO黏土稳定剂溶液中并重复上述操作过程；对该矿井采集的第二份岩样加入到NH4CL+KO黏土稳定剂溶液中并重复上述操作过程；
按照上述操作过程，接着对第2个矿井中的四份岩样、第3个矿井中的四份岩样……第n个矿井中的四份岩样进行与第1个矿井中四份岩样试验相同的试验；
然后取第1个矿井中采集的一份岩样，用10 ml 水取代黏土稳定剂溶液，按照上述操作过程进行测定岩样在水中的膨胀体积 V2；按照上述操作过程，接着10 ml 水取代黏土稳定剂溶液对第2个矿井中的一份岩样、第3个矿井中的一份岩样……第n个矿井中的一份岩样进行与第1个矿井中四份岩样试验相同的试验；
最后取第1个矿井中采集的一份岩样，用10 ml 煤油取代黏土稳定剂溶液，按照上述操作过程进行测定岩样在水中的膨胀体积 V0；按照上述操作过程，接着10 ml 水取代黏土稳定剂溶液对第2个矿井中的一份岩样、第3个矿井中的一份岩样……第n个矿井中的一份岩样进行与第1个矿井中四份岩样试验相同的试验；
③、根据上述步骤②的实验数据，根据以下公式，对同一矿井中的岩样分别与四种黏土稳定剂溶液测定的四个V1数值，对应与V2和V0计算出岩样的膨胀率和防膨率，从而确定针对不同矿井的岩样优选的黏土稳定剂；
膨胀率计算公式为：
其中，k1—膨胀率，%
V0—煤油中膨胀体积，ml
V1—液体中膨胀后体积（水、防膨剂中），ml；
防膨率计算公式为：
其中，B1—防膨率，%
V0—煤油中膨胀体积，ml
V1—防膨剂中体积，ml
V2—水中体积，ml。
采用步骤（4）中的优选黏土稳定剂防止软岩巷道底臌的现场实施，借鉴煤矿井下水力压裂增透抽采工艺，初步形成黏土稳定剂控制水敏性岩石巷道底臌的钻孔—封孔—配液—注液—考察的技术流程，考察单孔影响范围，具体包括以下步骤：
a、钻孔：在巷道底板上采用直径为94mm的钻头开钻，钻进深度视巷道底板岩性确定，钻穿过膨胀变形带后至稳定带深部不少于2m；
b、封孔：对孔口部分进行扩孔，在钻孔内下入孔口套管，采用高强度水泥对注液孔进行封孔，封孔的抗压强度不小于；
其中， 为孔口抗压强度，MPa；为上覆岩层平均密度；H为埋藏深度；
c、配液：将步骤③确定的所述优选黏土稳定剂配制成溶液；
d、注液：将上述步骤c中配制好的黏土化学稳定剂溶液注入水箱，由高压注液泵通过注液管路打入孔口套管内；
e、卸压：在上述步骤a中的孔口套管周边设置卸压孔，以预留顶板膨胀变形空间。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明改变了现有的底臌防治工艺，直接将黏土稳定剂作用于岩样，直接降低了岩样的膨胀率；本发明采用价格低廉的化合物作为黏土稳定剂，如KCL、NH4CL、KCL+KO、NH4CL+KO等物质，施工成本低；本发明在注液孔周边设置了卸压孔，即引导黏土稳定剂的渗流，又为后期巷道底板的变形提供了变形空间，与注液孔结合，进而达到防治底臌的目的。
本发明提出了采用黏土稳定剂控制巷道膨胀变形，从而治理底臌的技术思路。通过采集矿井底臌巷道岩样，测试其岩石矿物成分，选用成本低廉的KCL、NH4CL、KCL+KO、NH4CL+KO等黏土稳定剂作用于岩样，辅以抽采卸压钻孔，达到防治巷道底臌的作用。
附图说明
图1为本发明底臌现场实施的注浆工艺。
图中附图标记：1为巷道底板，2为注液孔，3为水箱，4为高压注液泵，5为注液管路，6为卸压孔。
具体实施方式
本发明的防治矿井巷道底臌的化学方法，包括以下步骤：
（1）、对软岩巷道内的岩样进行采集，至少采集三个矿井的典型水敏性岩石作为岩样；
（2）、对软岩巷道内岩样的岩性进行分析；
（3）、以室内实验为基础，分析黏土稳定剂对岩样膨胀变形的控制规律，确定黏土稳定剂的配方；
（4）、采用黏土稳定剂在底臌的软岩巷道现场施工作业；
（5）、对施工效果进行考察：与未注入粘土稳定剂溶液而只施工卸压孔的区域进行对比，分析膨胀变形量，考察粘土稳定剂对泥化弱胶结巷道底板防膨效果。
所述步骤（2）包括以下内容：采用X射线衍射（XRD）测定岩样的矿物组分，确定岩样中高岭石、伊利石、伊利石/蒙皂石混层、绿泥石和蒙皂石的组成及含量。
所述步骤（3）包括以下内容：
A、去除各个矿井的岩石岩样表面的杂质，先破碎成小块，用固体样品粉碎机粉碎，筛取粒度在SSW0.150/0.104—SSW1.14/0.45之间的岩石粉，然后把岩石粉置于电热恒温干燥箱中，调节电热恒温干燥箱内的温度105±1℃，恒温6h后，把岩石粉移至干燥器中冷却至室温，存入广口瓶中备用；
SSW0.150/0.104—SSW1.14/0.45中的第一个S为试验筛，第二个S为金属丝，W为编织网，0.150为网孔基本尺寸，0.104为金属丝直径，1.14为网孔基本尺寸，0.45为金属丝直径；
B、选用不同的黏土稳定剂作用于不同矿井中的岩石岩样；
①、选用KCL、NH4CL、KCL+KO、NH4CL+KO四种物质作为黏土的化学稳定剂，将四种化学稳定剂分别配制为KCL黏土稳定剂溶液、NH4CL黏土稳定剂溶液、KCL+KO黏土稳定剂溶液和NH4CL+KO黏土稳定剂溶液；其中KO为阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂的混合物，其中表面活性剂和非离子表面活性剂的质量比为9:1；
②、分别称取每个矿井中的岩样0.50 g，重量精确至 0.01 g，每个矿井的岩样称取六份，所有的岩样分别装入一个10 ml 离心管中，并对离心管做出不同的标记；
先对第1个矿井中采集的四份岩样依次进行试验，对一份岩样的具体试验过程为：将10ml的 KCL黏土稳定剂溶液加入到离心管内，充分摇匀，在室温下存放2 h，装入离心机内，在转速为 150 r/ min 下分离 15 min，读出岩样膨胀后的体积 V1；对该矿井采集的第二份岩样加入到NH4CL黏土稳定剂溶液中并重复上述操作过程；对该矿井采集的第二份岩样加入到KCL+KO黏土稳定剂溶液中并重复上述操作过程；对该矿井采集的第二份岩样加入到NH4CL+KO黏土稳定剂溶液中并重复上述操作过程；
按照上述操作过程，接着对第2个矿井中的四份岩样、第3个矿井中的四份岩样……第n个矿井中的四份岩样进行与第1个矿井中四份岩样试验相同的试验；
然后取第1个矿井中采集的一份岩样，用10 ml 水取代黏土稳定剂溶液，按照上述操作过程进行测定岩样在水中的膨胀体积 V2；按照上述操作过程，接着10 ml 水取代黏土稳定剂溶液对第2个矿井中的一份岩样、第3个矿井中的一份岩样……第n个矿井中的一份岩样进行与第1个矿井中四份岩样试验相同的试验；
最后取第1个矿井中采集的一份岩样，用10 ml 煤油取代黏土稳定剂溶液，按照上述操作过程进行测定岩样在水中的膨胀体积 V0；按照上述操作过程，接着10 ml 水取代黏土稳定剂溶液对第2个矿井中的一份岩样、第3个矿井中的一份岩样……第n个矿井中的一份岩样进行与第1个矿井中四份岩样试验相同的试验；
③、根据上述步骤②的实验数据，根据以下公式，对同一矿井中的岩样分别与四种黏土稳定剂溶液测定的四个V1数值，对应与V2和V0计算出岩样的膨胀率和防膨率，从而确定针对不同矿井的岩样优选的黏土稳定剂；
膨胀率计算公式为：
其中，k1—膨胀率，%
V0—煤油中膨胀体积，ml
V1—液体中膨胀后体积（水、防膨剂中），ml；
防膨率计算公式为：
其中，B1—防膨率，%
V0—煤油中膨胀体积，ml
V1—防膨剂中体积，ml
V2—水中体积，ml。
如图1所示，所述步骤（4）以室内实验为基础，采用步骤（3）中的优选黏土稳定剂防止软岩巷道底臌的现场实施，借鉴煤矿井下水力压裂增透抽采工艺，初步形成黏土稳定剂控制水敏性岩石巷道底臌的钻孔—封孔—配液—注液—考察的技术流程，考察单孔影响范围，具体包括以下步骤：
a、钻孔，在巷道底板1上采用直径为94mm的钻头开钻，钻进深度视巷道底板1岩性确定，钻穿过膨胀变形带后至稳定带深部不少于2m；
b、封孔，对孔口部分进行扩孔，下孔口套管，采用高强度水泥对注液孔2进行封孔，使其抗压强度不小于；
其中，p为孔口抗压强度，MPa；为上覆岩层平均密度；H为埋藏深度；
c、配液，将步骤③确定的所述优选黏土稳定剂配制成溶液；
d、注液，将上述步骤c中配制好的化学稳定剂溶液注入水箱3，由高压注液泵4通过注液管路5打入注液孔2内；
e、卸压，在上述步骤a中的注液孔2周边设置卸压孔6。
以上所述仅为本发明的一种具体实施例，但本发明的实施例并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.防治矿井巷道底臌的化学方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）、对软岩巷道内的岩样进行采集，至少采集三个矿井的典型水敏性岩石作为岩样；
（2）、对软岩巷道内岩样的岩性进行分析；
（3）、以室内实验为基础，分析黏土稳定剂对岩样膨胀变形的控制规律，确定黏土稳定剂的配方；
（4）、采用黏土稳定剂在底臌的软岩巷道现场施工作业；
（5）、对施工效果进行考察：与未注入粘土稳定剂溶液而只施工卸压孔的区域进行对比，分析膨胀变形量，考察粘土稳定剂对泥化弱胶结巷道底板防膨效果。
2.根据权利要求1所述的防治矿井巷道底臌的化学方法，其特征在于：所述步骤（2）包括以下内容：采用X射线衍射（XRD）测定岩样的矿物组分，确定岩样中高岭石、伊利石、伊利石/蒙皂石混层、绿泥石和蒙皂石的组成及含量。
3.根据权利1或2所述的防治狂劲巷道底臌的化学方法，其特征在于：所述步骤（3）包括以下内容：
A、去除各个矿井的岩石岩样表面的杂质，先破碎成小块，用固体样品粉碎机粉碎，筛取粒度在SSW0.150/0.104—SSW1.14/0.45之间的岩石粉，然后把岩石粉置于电热恒温干燥箱中，调节电热恒温干燥箱内的温度105±1℃，恒温6h后，把岩石粉移至干燥器中冷却至室温，存入广口瓶中备用；
SSW0.150/0.104—SSW1.14/0.45中的第一个S为试验筛，第二个S为金属丝，W为编织网，0.150为网孔基本尺寸，0.104为金属丝直径，1.14为网孔基本尺寸，0.45为金属丝直径；
B、选用不同的黏土稳定剂作用于不同矿井中的岩石岩样；
①、选用KCL、NH4CL、KCL+KO、NH4CL+KO四种物质作为黏土的化学稳定剂，将四种化学稳定剂分别配制为KCL黏土稳定剂溶液、NH4CL黏土稳定剂溶液、KCL+KO黏土稳定剂溶液和NH4CL+KO黏土稳定剂溶液；其中KO为阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂的混合物；
②、分别称取每个矿井中的岩样0.50 g，重量精确至 0.01 g，每个矿井的岩样称取六份，所有的岩样分别装入一个10 ml 离心管中，并对离心管做出不同的标记；
先对第1个矿井中采集的四份岩样依次进行试验，对一份岩样的具体试验过程为：将10ml的 KCL黏土稳定剂溶液加入到离心管内，充分摇匀，在室温下存放2 h，装入离心机内，在转速为 150 r/ min 下分离 15 min，读出岩样膨胀后的体积 V1；对该矿井采集的第二份岩样加入到NH4CL黏土稳定剂溶液中并重复上述操作过程；对该矿井采集的第二份岩样加入到KCL+KO黏土稳定剂溶液中并重复上述操作过程；对该矿井采集的第二份岩样加入到NH4CL+KO黏土稳定剂溶液中并重复上述操作过程；
按照上述操作过程，接着对第2个矿井中的四份岩样、第3个矿井中的四份岩样……第n个矿井中的四份岩样进行与第1个矿井中四份岩样试验相同的试验；
然后取第1个矿井中采集的一份岩样，用10 ml 水取代黏土稳定剂溶液，按照上述操作过程进行测定岩样在水中的膨胀体积 V2；按照上述操作过程，接着10 ml 水取代黏土稳定剂溶液对第2个矿井中的一份岩样、第3个矿井中的一份岩样……第n个矿井中的一份岩样进行与第1个矿井中四份岩样试验相同的试验；
最后取第1个矿井中采集的一份岩样，用10 ml 煤油取代黏土稳定剂溶液，按照上述操作过程进行测定岩样在水中的膨胀体积 V0；按照上述操作过程，接着10 ml 水取代黏土稳定剂溶液对第2个矿井中的一份岩样、第3个矿井中的一份岩样……第n个矿井中的一份岩样进行与第1个矿井中四份岩样试验相同的试验；
③、根据上述步骤②的实验数据，根据以下公式，对同一矿井中的岩样分别与四种黏土稳定剂溶液测定的四个V1数值，对应与V2和V0计算出岩样的膨胀率和防膨率，从而确定针对不同矿井的岩样优选的黏土稳定剂；
膨胀率计算公式为：
其中，k1—膨胀率，%
V0—煤油中膨胀体积，ml
V1—液体中膨胀后体积（水、防膨剂中），ml；
防膨率计算公式为：
其中，B1—防膨率，%
V0—煤油中膨胀体积，ml
V1—防膨剂中体积，ml
V2—水中体积，ml。
4.根据权利要求3所述的防治矿井巷道底臌的化学方法，其特征在于：采用步骤（4）中的优选黏土稳定剂防止软岩巷道底臌的现场实施，借鉴煤矿井下水力压裂增透抽采工艺，初步形成黏土稳定剂控制水敏性岩石巷道底臌的钻孔—封孔—配液—注液—考察的技术流程，考察单孔影响范围，具体包括以下步骤：
a、钻孔：在巷道底板上采用直径为94mm的钻头开钻，钻进深度视巷道底板岩性确定，钻穿过膨胀变形带后至稳定带深部不少于2m；
b、封孔：对孔口部分进行扩孔，在钻孔内下入孔口套管，采用高强度水泥对注液孔进行封孔，封孔的抗压强度不小于；
其中，p为孔口抗压强度，MPa；为上覆岩层平均密度；H为埋藏深度；
c、配液：将步骤③确定的所述优选黏土稳定剂配制成溶液；
d、注液：将上述步骤c中配制好的黏土化学稳定剂溶液注入水箱，由高压注液泵通过注液管路打入孔口套管内；
e、卸压：在上述步骤a中的孔口套管周边设置卸压孔，以预留顶板膨胀变形空间。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610325134.XA CN106018687B (zh) | 2016-05-17 | 2016-05-17 | 防治矿井巷道底臌的化学方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610325134.XA CN106018687B (zh) | 2016-05-17 | 2016-05-17 | 防治矿井巷道底臌的化学方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106018687A true CN106018687A (zh) | 2016-10-12 |
| CN106018687B CN106018687B (zh) | 2018-01-19 |
Family
ID=57097550
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201610325134.XA Active CN106018687B (zh) | 2016-05-17 | 2016-05-17 | 防治矿井巷道底臌的化学方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN106018687B (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107460790A (zh) * | 2017-07-22 | 2017-12-12 | 中铁二院工程集团有限责任公司 | 一种无砟轨道铁路膨胀岩石路堑结构及施工方法 |
| CN107870174A (zh) * | 2017-09-19 | 2018-04-03 | 西南石油大学 | 一种煤层气用粘土稳定剂的筛选方法及煤层气开采方法 |
| CN107963841A (zh) * | 2017-11-21 | 2018-04-27 | 山东科技大学 | 一种膨胀性软岩巷道注浆材料 |
| CN108051281A (zh) * | 2017-12-04 | 2018-05-18 | 中国石油大学(华东) | 一种制作加预应力锚杆的含裂隙岩样的模具 |
-
2016
- 2016-05-17 CN CN201610325134.XA patent/CN106018687B/zh active Active
Non-Patent Citations (5)
| Title |
|---|
| LIPPMANN F 等: "CORRENSITE,A SWELLING CLAY MINERAL,AND ITS INFLUENCE ON FLOOR HEAVE IN TUNNELS IN THE KEUPER FORMATION", 《BULLETIN OF THE INTERNATIONAL OF ASSOCIATION OF ENGINEERING GEOLOGY》 * |
| 何爱华 等: "CPAM黏土改性液性能试验研究", 《公路与汽运》 * |
| 冯旭海: "深井高压地面预注浆水泥基浆材料改性研究", 《煤炭科学技术》 * |
| 张博 等: "特低渗油田水力压裂的压裂液伤害实验研究", 《重庆科技学院学报(自然科学版)》 * |
| 袁辉 等: "深井巷道围岩L型钻孔地面预注浆加固技术", 《煤炭科学技术》 * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107460790A (zh) * | 2017-07-22 | 2017-12-12 | 中铁二院工程集团有限责任公司 | 一种无砟轨道铁路膨胀岩石路堑结构及施工方法 |
| CN107870174A (zh) * | 2017-09-19 | 2018-04-03 | 西南石油大学 | 一种煤层气用粘土稳定剂的筛选方法及煤层气开采方法 |
| CN107963841A (zh) * | 2017-11-21 | 2018-04-27 | 山东科技大学 | 一种膨胀性软岩巷道注浆材料 |
| CN107963841B (zh) * | 2017-11-21 | 2020-07-31 | 山东科技大学 | 一种膨胀性软岩巷道注浆材料 |
| CN108051281A (zh) * | 2017-12-04 | 2018-05-18 | 中国石油大学(华东) | 一种制作加预应力锚杆的含裂隙岩样的模具 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN106018687B (zh) | 2018-01-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110318674B (zh) | 一种巷道顶板致裂防突的方法 | |
| CN106018687B (zh) | 防治矿井巷道底臌的化学方法 | |
| CN106437824A (zh) | 一种含瓦斯煤体多级增透方法 | |
| CN102418524A (zh) | 一种地下原地钻孔浸出采矿新工艺 | |
| CN106640023A (zh) | 一种二氧化碳爆破与酸化联合作用的含瓦斯煤体增透方法 | |
| Li et al. | Mechanism of water inrush driven by grouting and control measures—a case study of Chensilou mine, China | |
| CN110529089B (zh) | 一种裸眼水平井重复压裂方法 | |
| Shuaifeng et al. | Permeability enhancement mechanism of sand‐carrying hydraulic fracturing in deep mining: A case study of uncovering coal in cross‐cut | |
| CN107313743B (zh) | 一种利用煤层气井对煤层底板隔水层薄弱区带修补方法 | |
| Xie et al. | Formation Mechanism and the Height of the Water‐Conducting Fractured Zone Induced by Middle Deep Coal Seam Mining in a Sandy Region: A Case Study from the Xiaobaodang Coal Mine | |
| Zhu et al. | Grouting Reinforcement Technique in Wind Oxidation Zone by Power Law Superfine Cement Slurry Considering the Time‐Varying Rheological Parameters | |
| Li et al. | True triaxial physics simulations and process tests of hydraulic fracturing in the Da’anzhai section of the Sichuan Basin tight oil reservoir | |
| Zuo et al. | Experimental study on gas adsorption and drainage of gas-bearing coal subjected to tree-type hydraulic fracturing | |
| Ge et al. | Construction of an efficient development mode for buried-hill fractured reservoirs in Bohai Bay | |
| Yang et al. | The pilot appraisal of acid fracturing of coalbed methane reservoir in southeast Qinshui Basin, China | |
| Yubo et al. | Study on Mechanism of Pressure Relief and Permeability Enhancement in Soft-hard Composite Coal Seam by Directional Hydraulic Flushing Technology. | |
| Liu et al. | A comparative study of hydraulic fracturing with various boreholes in coal seam | |
| Tian-xuan et al. | Optimization of goaf gas drainage parameters based on numerical simulation studying fracture in overlying strata | |
| Song et al. | Experiment and simulation for controlling propagation direction of hydrofracture by multi-boreholes hydraulic fracturing | |
| Zhu et al. | Prevention of water and mud inrush in longwall top coal cave mining under shallow buried thin bedrock | |
| Du et al. | Study on the evolution law of fracture field in full‐mechanized caving mining of double system and extrathick coal seam | |
| CN112182841B (zh) | 一种井下岩石顶板垮落步距的安全评估方法 | |
| Deng et al. | Sampling and Mechanical Testing of Backfill in Large Mined‐Out Area | |
| Li et al. | Water inrush mechanism and prevention for thick coal mining under an extremely thick glutenite layer: a case study in the southwest of the Ordos Basin | |
| Huang et al. | Research on technology of drilling in high temperature and high pressure gas field in South China sea |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |