CN112001086B - 基于再生顶板分层特性确定漏风裂隙胶结材料组分的方法 - Google Patents
基于再生顶板分层特性确定漏风裂隙胶结材料组分的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112001086B CN112001086B CN202010873247.XA CN202010873247A CN112001086B CN 112001086 B CN112001086 B CN 112001086B CN 202010873247 A CN202010873247 A CN 202010873247A CN 112001086 B CN112001086 B CN 112001086B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- cementing
- regenerated
- samples
- roof
- 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.)
- Active
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 104
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims abstract description 25
- 239000011435 rock Substances 0.000 claims abstract description 19
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 claims abstract description 10
- 239000003245 coal Substances 0.000 claims description 18
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 10
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 10
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 claims description 10
- 239000004568 cement Substances 0.000 claims description 7
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 claims description 7
- 230000036571 hydration Effects 0.000 claims description 6
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 claims description 6
- 239000011368 organic material Substances 0.000 claims description 6
- 238000011161 development Methods 0.000 claims description 5
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 4
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M Acrylate Chemical compound [O-]C(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 3
- 229920001807 Urea-formaldehyde Polymers 0.000 claims description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 claims description 3
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 claims description 3
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 claims description 3
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 claims description 3
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 3
- 238000010008 shearing Methods 0.000 claims description 3
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims description 3
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 claims description 2
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N phenol group Chemical group C1(=CC=CC=C1)O ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- ODGAOXROABLFNM-UHFFFAOYSA-N polynoxylin Chemical compound O=C.NC(N)=O ODGAOXROABLFNM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000011398 Portland cement Substances 0.000 claims 1
- 230000032798 delamination Effects 0.000 claims 1
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 claims 1
- 238000013517 stratification Methods 0.000 claims 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 abstract description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 4
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 2
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 239000003469 silicate cement Substances 0.000 description 2
- KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 2-methoxy-6-methylphenol Chemical compound [CH]OC1=CC=CC([CH])=C1O KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L Calcium chloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Ca+2] UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 235000008733 Citrus aurantifolia Nutrition 0.000 description 1
- 239000004721 Polyphenylene oxide Substances 0.000 description 1
- 235000011941 Tilia x europaea Nutrition 0.000 description 1
- GZCGUPFRVQAUEE-SLPGGIOYSA-N aldehydo-D-glucose Chemical compound OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)C=O GZCGUPFRVQAUEE-SLPGGIOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001110 calcium chloride Substances 0.000 description 1
- 229910001628 calcium chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000306 component Substances 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 239000010440 gypsum Substances 0.000 description 1
- 229910052602 gypsum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 239000012948 isocyanate Substances 0.000 description 1
- 150000002513 isocyanates Chemical class 0.000 description 1
- 239000004571 lime Substances 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229920001568 phenolic resin Polymers 0.000 description 1
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 description 1
- 229920000570 polyether Polymers 0.000 description 1
- 238000004445 quantitative analysis Methods 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 1
- 150000005846 sugar alcohols Polymers 0.000 description 1
- 238000013316 zoning Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
- E21D11/00—Lining tunnels, galleries or other underground cavities, e.g. large underground chambers; Linings therefor; Making such linings in situ, e.g. by assembling
- E21D11/04—Lining with building materials
- E21D11/10—Lining with building materials with concrete cast in situ; Shuttering also lost shutterings, e.g. made of blocks, of metal plates or other equipment adapted therefor
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F2113/00—Details relating to the application field
- G06F2113/24—Sheet material
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
- G06F2119/14—Force analysis or force optimisation, e.g. static or dynamic forces
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Architecture (AREA)
- Geometry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Geology (AREA)
- Consolidation Of Soil By Introduction Of Solidifying Substances Into Soil (AREA)
- Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
- Road Paving Structures (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于再生顶板分层特性确定漏风裂隙胶结材料组分的方法，先获得再生顶板的岩层柱状图，结合该图将再生顶板划分成三层；对各层的物理参数进行测量，并采用FLAC3D软件建立巷道掘进面模型，进而将各层分别制成多个试样；选择多种胶结材料，并计算每种胶结材料注浆胶结后内部最高温度，然后将该数据与各层试样的孔隙直径相结合，综合选出各层符合条件的胶结材料种类；然后对各个试样分别注入不同质量比的胶结材料，通过力学相似试验获得满足条件的胶结材料与所需胶结岩体的质量比；最终获得各层的最佳胶结材料种类与最佳质量比；从而对现场矿井再生顶板划分的各层中不符合力学性能要求的区域，进行不同开孔直径的分层定点注浆胶结。
Description
技术领域
本发明涉及一种漏风裂隙胶结材料选择方法，具体是一种基于再生顶板分层特性确定漏风裂隙胶结材料组分的方法。
背景技术
再生顶板是通过地层压力作用将上分层垮落岩层压实，并经过自然胶结或人工处理而形成的下分层开采顶板。此种顶板岩层的成分复杂、碎煤较多，而且顶板强度较差，并不能满足巷道施工安全的要求，因此，当前对再生顶板的支护处理问题是本行业的热点问题。此外，由于再生顶板破碎易形成裂隙漏风通道，如果仅仅使用锚杆支护并不能防止上覆遗煤自燃，相比之下，使用胶结材料进行胶结处理不仅可以提高顶板强度同时能够阻止遗煤与氧气接触氧化自燃。
针对再生顶板裂隙的控制问题，一些国内学者已经对其进行了部分研究探讨，在申请号为201710817472.X的发明专利中公开了一种使用注浆材料胶结与锚网形成的组合拱相结合的组合方式实现将松散破碎围岩形成整体的目的，以此提高岩体强度、内聚力、内摩擦角、弹性模量完成对顶板围岩的控制。在针对再生顶板注浆材料的材质与配比选择问题上，行业内的学者也对其进行了深入研究，在申请号为201910224614.0的发明专利中公开了一种将异氰酸酯、环氧树脂作为A组分主要成分与作为B组分主要成分的磷酸、柠檬酸、多元醇、水溶性三羟基聚醚按照一定的体积比混合的高分子注浆材料，此种注浆材料的充填效果好，高效提高了围岩承载能力；另外在申请号为201910395604.3的发明专利中公开了一种使用石灰、石膏、氯化钙以及粒化高炉矿渣四种无机材料作为原料按照一定比例制备出了一种浆液稳定好、材料抗压强度高的注浆材料。对再生顶板胶结材料的选择应当合理考虑其顶板的岩层特性，在申请号为201910428784.0的发明专利中公开了一种基于各岩层承受最大拉应力、极限应力关系、极限挠度与离层量的关系定量分析岩层断裂情况以及断裂岩层的裂隙发育位置和发育程度以此对胶结顶板工作面覆岩进行分带划分的方法。
虽然，此前的再生顶板胶结材料研究成果突出，但并未考虑顶板岩层的自身特性与胶结材料的自身局限性，目前现有技术主要问题有两方面：①都是对顶板岩层进行整体胶结控制的方式，这种方式使其工程量较大、成本昂贵，并且对原顶板的破坏作用明显；②并未合理考虑注浆材料的自身性质与所需胶结的再生顶板不同岩层性质进行匹配选择，即无机胶结材料注浆颗粒大、产热量高但成本低廉、流动性好；有机胶结材料注浆颗粒小、产热低但成本昂贵。基于此，在选择再生顶板胶结材料时，如何根据再生顶板不同岩层的孔隙情况，确定所需注浆颗粒直径以及考虑各种胶结材料自身性质，从而选出的最佳胶结材料种类与最佳质量比并对现场再生顶板分层进行注浆胶结，是本发明所要解决的技术问题。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种基于再生顶板分层特性确定漏风裂隙胶结材料组分的方法，能根据再生顶板各个分层性质确定各层所需的最佳胶结材料种类与最佳质量比，进而进行不同开孔直径的分层定点注浆胶结，不仅有效保证对再生顶板的胶结效果，而且能有效降低工程量和施工成本。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于再生顶板分层特性确定漏风裂隙胶结材料组分的方法，具体步骤为：
A、先采用已知的勘探方法对再生顶板进行探测，从而得出该再生顶板的岩层柱状图，然后根据再生顶板各高度层的岩性及各高度层的裂隙发育状况，将再生顶板划分成三层，分别为层A、层B和层C；
B、测量再生顶板所处的巷道掘进面尺寸、支撑煤柱尺寸，层A、层B、层C各自的高度及宽度，层A、层B、层C各自的体积模量、剪切模量、内摩擦角、内聚力和抗拉强度，根据测量的各项物理参数采用FLAC3D软件建立巷道掘进面模型，其中根据各自测量参数对层A、层B和层C分别赋予不同的本构模型，然后对巷道掘进面模型整体进行网格划分；
C、根据步骤B中建立的巷道掘进面模型，利用FLAC3D软件的模拟结果，分别计算模型中层A、层B、层C的受力性质与应力集中区，具体包括：压应力、拉应力以及剪应力；
D、从再生顶板的层A、层B、层C分别进行取样，进而分别按照步骤B中赋予层A、层B和层C的本构模型，制作形成多个结构相同的试样a、多个结构相同的试样b和多个结构相同的试样c，然后测定各试样的孔隙直径分别为d1、d2、d3；
E、选择多种无机材料和多种有机材料，每种材料作为一种胶结材料，从而完成多种胶结材料的选取过程；
F、测量步骤E中每种胶结材料的水化热，并计算其注浆胶结后内部最高温度，计算公式为：
式中：Tmax为绝热温升，℃；W为胶结材料用量，kg/m3；Q为胶结材料水化热，kJ/kg；C为胶结后再生顶板比热，0.96kJ/kg；r为再生顶板密度，kg/m3；h为散热影响系数，0.7；Tt为环境温度，℃；T为注浆后再生顶板内部最高温度，℃；
G、根据步骤A的岩层柱状图中层A、层B和层C各自的碎煤含量和步骤D中测定的试样a、试样b和试样c的孔隙直径d1、d2、d3，从步骤E中选取符合层A、层B、层C要求的胶结材料，具体选取公式为：
式中，dm为注浆颗粒直径，um；dmin为层A、层B和层C中每层的最小孔隙直径，um；Tmin为碎煤含量满足自燃条件时所需的最低自燃温度，℃；
层A、层B和层C各自根据上述公式选取满足条件的胶结材料种类；
H、根据步骤G的选取结果，分别选取符合层A、层B、层C要求的胶结材料，选择多个步骤A制备试样a组成A组，将选取的层A胶结材料分别注入A组中各个试样a的孔隙内、且每个试样a注入的胶结材料与试样a的质量比均不同；选择多个步骤A制备试样b组成B组，将选取的层B胶结材料分别注入B组中各个试样b的孔隙内、且每个试样b注入的胶结材料与试样b的质量比均不同；选择多个步骤A制备试样c组成C组，将选取的层C胶结材料分别注入C组中各个试样c的孔隙内、且每个试样c注入的胶结材料与试样c的质量比均不同；
I、分别对A组、B组和C组中各个试样依次进行力学相似实验，测量各组内试样的抗压强度Rc、抗拉强度Rt、抗剪强度τf，并依据步骤C中的压应力、拉应力以及剪应力对各个试样的力学性能进行判定，具体公式为：
式中，Nmax为层A、层B、层C分别所承受的最大压应力、Qmax为层A、层B和层C分别所承受的最大拉应力、τmax为层A、层B和层C分别所承受的最大剪应力；
将各组中符合上述公式条件的试样选出，并获得其注入的胶结材料与所需胶结岩体的最佳质量比；
J、结合步骤G与步骤I的判定结果，得出符合层A、层B、层C各自的碎煤含量、力学要求以及岩层孔隙直径范围要求的最佳胶结材料种类与最佳质量比；
K、依据步骤J得出的层A、层B、层C各自最佳胶结材料种类与最佳质量比制备各自的胶结浆体，并根据步骤C中FLAC3D软件模拟结果，依据各自胶结材料的流动性、注浆颗粒直径，对现场矿井再生顶板的层A、层B、层C中不符合力学性能要求的区域，进行不同开孔直径的分层定点注浆胶结。
进一步，所述步骤A中对再生顶板的具体划分为：
进一步，所述步骤E中的无机材料包括磷铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥和低热硅酸盐水泥；有机材料包括环氧树脂、脲醛树脂、酚醛树脂、聚氨酯和丙烯酸盐。
与现有技术相比，本发明先通过已知的勘探方法对再生顶板进行探测，获得再生顶板的岩层柱状图，然后根据岩层柱状图及分层条件，将再生顶板划分成三层；对各层的物理参数进行测量，并采用FLAC3D软件建立巷道掘进面模型；进而计算获得各层的压应力N、拉应力Q以及剪应力τ，分别制成各层的多个试样；选择多种胶结材料，并计算每种胶结材料注浆胶结后内部最高温度；然后将该数据与各层试样的孔隙直径相结合，综合选出各层符合条件的胶结材料种类；然后对各个试样分别注入选出的胶结材料种类，且各个试样的胶结材料与试样的质量比均不同，通过力学相似试验获得满足条件的胶结材料与所需胶结岩体的质量比；最终获得各层的最佳胶结材料种类与最佳质量比；从而对现场矿井再生顶板划分的各层中不符合力学性能要求的区域，进行不同开孔直径的分层定点注浆胶结。本发明能根据再生顶板各个分层性质确定各层所需的最佳胶结材料种类与最佳质量比，进而进行不同开孔直径的分层定点注浆胶结，从而不仅有效保证对再生顶板的胶结效果，而且能有效降低工程量和施工成本。
附图说明
图1是本发明的整体流程图；
图2是本发明中再生顶板岩层柱状图；
图3是本发明中注浆颗粒与孔隙大小的关系；
图4是煤层自燃温度曲线，其中Tc为煤层自燃的临界温度，是能使煤自发燃烧的最低温度，一般在60～80℃之间，通常取70℃；Ts为着火温度，℃；
图5是采用胶结材料处理后顶板岩层的抗压强度、抗拉强度、抗剪强度变化趋势图；
图6是本发明中再生顶板分层开孔示意图。
具体实施方式
下面将对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明的具体步骤为：
A、先采用已知的勘探方法对再生顶板进行探测，从而得出该再生顶板的岩层柱状图，然后根据再生顶板各高度层的岩性及各高度层的裂隙发育状况，将再生顶板划分成三层，分别为层A、层B和层C，如图2所示；具体划分标准为：
B、测量再生顶板所处的巷道掘进面尺寸、支撑煤柱尺寸，层A、层B、层C各自的高度及宽度，层A、层B、层C各自的体积模量、剪切模量、内摩擦角、内聚力和抗拉强度，根据测量的各项物理参数采用FLAC3D软件建立巷道掘进面模型，其中根据各自测量参数对层A、层B和层C分别赋予不同的本构模型，然后对巷道掘进面模型整体进行网格划分；
C、根据步骤B中建立的巷道掘进面模型，利用FLAC3D软件的模拟结果，分别计算模型中层A、层B、层C的受力性质与应力集中区，具体包括：压应力、拉应力以及剪应力；
D、从再生顶板的层A、层B、层C分别进行取样，进而分别按照步骤B中赋予层A、层B和层C的本构模型，制作形成多个结构相同的试样a、多个结构相同的试样b和多个结构相同的试样c，然后测定各试样的孔隙直径分别为d1、d2、d3；
E、选择多种无机材料和多种有机材料，所述无机材料包括磷铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥和低热硅酸盐水泥；有机材料包括环氧树脂、脲醛树脂、酚醛树脂、聚氨酯和丙烯酸盐，每种材料作为一种胶结材料，从而完成多种胶结材料的选取过程；
F、测量步骤E中每种胶结材料的水化热，并计算其注浆胶结后内部最高温度，计算公式为：
式中：Tmax为绝热温升，℃；W为胶结材料用量，kg/m3；Q为胶结材料水化热，kJ/kg；C为胶结后再生顶板比热，0.96kJ/kg；r为再生顶板密度，kg/m3；h为散热影响系数，0.7；Tt为环境温度，℃；T为注浆后再生顶板内部最高温度，℃；各个胶结材料的测试结果如表1和表2所示：
表1
表2
G、根据步骤A的岩层柱状图中层A、层B和层C各自的碎煤含量和步骤D中测定的试样a、试样b和试样c的孔隙直径d1、d2、d3，从步骤E中选取符合层A、层B、层C要求的胶结材料，具体选取公式为：
式中，dm为注浆颗粒直径，um；dmin为层A、层B和层C中每层的最小孔隙直径，um；Tmin为碎煤含量满足自燃条件时所需的最低自燃温度，℃；
层A、层B和层C各自根据上述公式选取满足条件的胶结材料种类；
H、根据步骤G的选取结果，如图3和图4所示，分别选取符合层A、层B、层C要求的胶结材料，选择五个步骤A制备试样a组成A组，分别编号为a1、a2、a3、a4、a5，将选取的层A胶结材料分别注入A组中各个试样a的孔隙内、且每个试样a注入的胶结材料与试样a的质量比均不同；选择五个步骤A制备试样b组成B组，分别编号为b1、b2、b3、b4、b5，将选取的层B胶结材料分别注入B组中各个试样b的孔隙内、且每个试样b注入的胶结材料与试样b的质量比均不同；选择五个步骤A制备试样c组成C组，分别编号为c1、c2、c3、c4、c5，将选取的层C胶结材料分别注入C组中各个试样c的孔隙内、且每个试样c注入的胶结材料与试样c的质量比均不同；
I、分别对A组、B组和C组中各个试样依次进行力学相似实验，测量各组内试样的抗压强度Rc、抗拉强度Rt、抗剪强度τf如图5所示，并依据步骤C中的压应力、拉应力以及剪应力对各个试样的力学性能进行判定，具体公式为：
式中，Nmax为层A、层B、层C分别所承受的最大压应力、Qmax为层A、层B和层C分别所承受的最大拉应力、τmax为层A、层B和层C分别所承受的最大剪应力；
将各组中符合上述公式条件的试样选出，并获得其注入的胶结材料与所需胶结岩体的最佳质量比；
J、结合步骤G与步骤I的判定结果，得出符合层A、层B、层C各自的碎煤含量、力学要求以及岩层孔隙直径范围要求的最佳胶结材料种类与最佳质量比；
K、依据步骤J得出的层A、层B、层C各自最佳胶结材料种类与最佳质量比制备各自的胶结浆体，并根据步骤C中FLAC3D软件模拟结果，依据各自胶结材料的流动性、注浆颗粒直径，对现场矿井再生顶板的层A、层B、层C中不符合力学性能要求的区域，进行不同开孔直径的分层定点注浆胶结。
Claims (3)
1.一种基于再生顶板分层特性确定漏风裂隙胶结材料组分的方法，其特征在于，具体步骤为：
A、先采用已知的勘探方法对再生顶板进行探测，从而得出该再生顶板的岩层柱状图，然后根据再生顶板各高度层的岩性及各高度层的裂隙发育状况，将再生顶板划分成三层，分别为层A、层B和层C；
B、测量再生顶板所处的巷道掘进面尺寸、支撑煤柱尺寸，层A、层B、层C各自的高度及宽度，层A、层B、层C各自的体积模量、剪切模量、内摩擦角、内聚力和抗拉强度，根据测量的各项物理参数采用FLAC3D软件建立巷道掘进面模型，其中根据各自测量参数对层A、层B和层C分别赋予不同的本构模型，然后对巷道掘进面模型整体进行网格划分；
C、根据步骤B中建立的巷道掘进面模型，利用FLAC3D软件的模拟结果，分别计算模型中层A、层B、层C的受力性质与应力集中区，具体包括：压应力、拉应力以及剪应力；
D、从再生顶板的层A、层B、层C分别进行取样，进而分别按照步骤B中赋予层A、层B和层C的本构模型，制作形成多个结构相同的试样a、多个结构相同的试样b和多个结构相同的试样c，然后测定各试样的孔隙直径分别为d1、d2、d3；
E、选择多种无机材料和多种有机材料，每种材料作为一种胶结材料，从而完成多种胶结材料的选取过程；
F、测量步骤E中每种胶结材料的水化热，并计算其注浆胶结后内部最高温度，计算公式为：
式中：Tmax为绝热温升，℃；W为胶结材料用量，kg/m3；Q为胶结材料水化热，kJ/kg；C为胶结后再生顶板比热，0.96kJ/kg；r为再生顶板密度，kg/m3；h为散热影响系数；Tt为环境温度，℃；T为注浆后再生顶板内部最高温度，℃；
G、根据步骤A的岩层柱状图中层A、层B和层C各自的碎煤含量和步骤D中测定的试样a、试样b和试样c的孔隙直径d1、d2、d3，从步骤E中选取符合层A、层B、层C要求的胶结材料，具体选取公式为：
式中，dm为注浆颗粒直径，um；dmin为层A、层B和层C中每层的最小孔隙直径，um；Tmin为碎煤含量满足自燃条件时所需的最低自燃温度，℃；
层A、层B和层C各自根据上述公式选取满足条件的胶结材料种类；
H、根据步骤G的选取结果，分别选取符合层A、层B、层C要求的胶结材料，选择多个步骤A制备试样a组成A组，将选取的层A胶结材料分别注入A组中各个试样a的孔隙内、且每个试样a注入的胶结材料与试样a的质量比均不同；选择多个步骤A制备试样b组成B组，将选取的层B胶结材料分别注入B组中各个试样b的孔隙内、且每个试样b注入的胶结材料与试样b的质量比均不同；选择多个步骤A制备试样c组成C组，将选取的层C胶结材料分别注入C组中各个试样c的孔隙内、且每个试样c注入的胶结材料与试样c的质量比均不同；
I、分别对A组、B组和C组中各个试样依次进行力学相似实验，测量各组内试样的抗压强度Rc、抗拉强度Rt、抗剪强度τf，并依据步骤C中的压应力、拉应力以及剪应力对各个试样的力学性能进行判定，具体公式为：
式中，Nmax为层A、层B、层C分别所承受的最大压应力、Qmax为层A、层B和层C分别所承受的最大拉应力、τmax为层A、层B和层C分别所承受的最大剪应力；
将各组中符合上述公式条件的试样选出，并获得其注入的胶结材料与所需胶结岩体的最佳质量比；
J、结合步骤G与步骤I的判定结果，得出符合层A、层B、层C各自的碎煤含量、力学要求以及岩层孔隙直径范围要求的最佳胶结材料种类与最佳质量比；
K、依据步骤J得出的层A、层B、层C各自最佳胶结材料种类与最佳质量比制备各自的胶结浆体，并根据步骤C中FLAC3D软件模拟结果，依据各自胶结材料的流动性、注浆颗粒直径，对现场矿井再生顶板的层A、层B、层C中不符合力学性能要求的区域，进行不同开孔直径的分层定点注浆胶结。
2.根据权利要求1所述的基于再生顶板分层特性确定漏风裂隙胶结材料组分的方法，其特征在于，所述步骤A中对再生顶板的具体划分标准为：
3.根据权利要求1所述的基于再生顶板分层特性确定漏风裂隙胶结材料组分的方法，其特征在于，所述步骤E中的无机材料包括磷铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥和低热硅酸盐水泥；有机材料包括环氧树脂、脲醛树脂、酚醛树脂、聚氨酯和丙烯酸盐。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010873247.XA CN112001086B (zh) | 2020-08-26 | 2020-08-26 | 基于再生顶板分层特性确定漏风裂隙胶结材料组分的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010873247.XA CN112001086B (zh) | 2020-08-26 | 2020-08-26 | 基于再生顶板分层特性确定漏风裂隙胶结材料组分的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112001086A CN112001086A (zh) | 2020-11-27 |
| CN112001086B true CN112001086B (zh) | 2024-01-30 |
Family
ID=73471529
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010873247.XA Active CN112001086B (zh) | 2020-08-26 | 2020-08-26 | 基于再生顶板分层特性确定漏风裂隙胶结材料组分的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112001086B (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018103324A1 (zh) * | 2016-12-05 | 2018-06-14 | 中国矿业大学 | 基于激光测距仪的巷道顶板岩体质量等级的随钻探测装置及方法 |
| WO2019141023A1 (zh) * | 2018-01-16 | 2019-07-25 | 山东科技大学 | 巷道顶板潜在危险性岩层范围的确定方法 |
| CN110118089A (zh) * | 2019-05-23 | 2019-08-13 | 新疆大学 | 一种矿用frp格栅-煤矸石-自密实混凝土再生顶板及其施工方法 |
| CN110390152A (zh) * | 2019-07-15 | 2019-10-29 | 中国矿业大学 | 一种模拟巷道围岩裂隙演化的离散元方法 |
-
2020
- 2020-08-26 CN CN202010873247.XA patent/CN112001086B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018103324A1 (zh) * | 2016-12-05 | 2018-06-14 | 中国矿业大学 | 基于激光测距仪的巷道顶板岩体质量等级的随钻探测装置及方法 |
| WO2019141023A1 (zh) * | 2018-01-16 | 2019-07-25 | 山东科技大学 | 巷道顶板潜在危险性岩层范围的确定方法 |
| CN110118089A (zh) * | 2019-05-23 | 2019-08-13 | 新疆大学 | 一种矿用frp格栅-煤矸石-自密实混凝土再生顶板及其施工方法 |
| CN110390152A (zh) * | 2019-07-15 | 2019-10-29 | 中国矿业大学 | 一种模拟巷道围岩裂隙演化的离散元方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 再生顶板结构及巷道注-锚支护研究;马文强;王同旭;张恒;;采矿与安全工程学报(第04期);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112001086A (zh) | 2020-11-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Yu et al. | Mechanical characteristics and deformation control of surrounding rock in weakly cemented siltstone | |
| Weilv et al. | Effect of inclined interface angle on shear strength and deformation response of cemented paste backfill-rock under triaxial compression | |
| CN113189297B (zh) | 一种巷道掘进诱发煤与瓦斯突出全过程定量模拟试验方法 | |
| CN113569401B (zh) | 深埋采场覆岩类型评价标准及薄基岩加厚改造设计方法 | |
| Yu et al. | Experimental study on the brittle-ductile response of a heterogeneous soft coal rock mass under multifactor coupling | |
| Ma et al. | Experimental study on damage failure mechanical characteristics and crack evolution of water-bearing surrounding rock | |
| CN109507393B (zh) | 一种室内覆岩离层量测量及注浆控制模拟系统及其方法 | |
| CN109626935A (zh) | 一种低强度膨胀性弱胶结软岩相似材料配制方法 | |
| Hughes et al. | Deep dry mix ground improvement of a soft peaty clay using blast furnace slag and red gypsum | |
| CN111508566B (zh) | 复合激发多固废制备低成本充填胶凝材料的制备方法 | |
| CN104692726A (zh) | 一种硬脆性水化泥页岩人造岩心的制备方法 | |
| Xu et al. | Study on the strength characteristics and failure characteristics of the composite load-bearing structure in the cemented filling field | |
| CN115467676A (zh) | 一种煤层顶底板含水岩层水平孔超前注浆改造方法 | |
| Wu et al. | Experimental investigation on mechanical properties of cemented paste backfill under different gradations of aggregate particles and types and contents of cementing materials | |
| Shen et al. | In situ experimental study on mechanical properties of interlayer in roller compacted concrete (RCC) dam | |
| Qiu et al. | Study on mechanical properties of cemented backfill with different mineral admixtures | |
| CN112001086B (zh) | 基于再生顶板分层特性确定漏风裂隙胶结材料组分的方法 | |
| CN110454218B (zh) | 一种适应矿压规律条件下的矸石充填精准量化控制方法 | |
| CN108609972A (zh) | 一种高强快硬锚杆注浆材料 | |
| CN108569877A (zh) | 一种早强型隧道注浆材料 | |
| CN107796679A (zh) | 基于相似材料的非标准煤或非标准岩石试件制作方法 | |
| CN108051240A (zh) | 一种确定灰岩矿矿石化学成分品位的方法 | |
| Lyu et al. | Strength modeling and experimental study of coal pillar-artificial dam combination after wetting cycles | |
| CN108609973A (zh) | 一种用于加固地层的高强快硬注浆材料 | |
| Yuan et al. | Hydraulic fracturing pressure of concentric double-layered cylinder in cohesive soil |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |