煤礦采空區(qū)高摻量粉煤灰注漿擴散機理及應(yīng)用.pdf

1、在分析總結(jié)現(xiàn)有研究成果的基礎(chǔ)上，本文通過理論分析和現(xiàn)場試驗相結(jié)合，借助相似模擬實驗、離散元數(shù)值計算等方法，對煤礦采空區(qū)高摻量粉煤灰注漿滲流加固機理及其應(yīng)用等進行了深入研究。
　　為了深入研究高摻量粉煤灰水泥注漿材料性能，在實驗原材料的配比設(shè)計實驗的基礎(chǔ)上，分析研究了高摻量粉煤灰-水泥注漿材料不同參數(shù)條件下的性能，結(jié)果表明，水固比和速凝劑摻量對注漿材料的凝結(jié)時間、抗壓強度、流動度、結(jié)石率等有顯著影響;同時，利用ESEM技術(shù)從形貌上定

2、性分析體系水化產(chǎn)物的生成和粉煤灰活性的激發(fā)狀態(tài)，采用XRD技術(shù)可探測晶體結(jié)構(gòu)及峰強變化的特征分析水化產(chǎn)物的組成及變化，利用MIP技術(shù)分析不同注漿材料組成的孔結(jié)構(gòu)，進而解釋了其對宏觀物理力學(xué)性能的影響;注漿材料電學(xué)性能分析結(jié)果表明，以分析注漿材料電學(xué)特征作為無損、非破壞評價注漿材料性能的技術(shù)手段是科學(xué)可行的。
　　在高摻量粉煤灰水泥注漿材料性能研究的基礎(chǔ)上，為進一步研究注漿材料在采空區(qū)的滲流特征和規(guī)律，本文采用平面應(yīng)力的物理相似模擬

3、實驗進行了模擬研究。實驗結(jié)果表明，在采空區(qū)中矸石堆積相對規(guī)則的垮落區(qū)，受孔隙分布特征的影響，漿液在這類區(qū)域漿液滲流跡線分布呈現(xiàn)“脊椎式”;在采空區(qū)中矸石堆積不規(guī)則的垮落區(qū)，受孔隙分布特征的影響，漿液在這類區(qū)域的滲流跡線分布呈現(xiàn)“絮網(wǎng)式”;通過分析漿液的滲流跡線發(fā)現(xiàn)，同時也發(fā)現(xiàn)受漿液的兩相（水、固）物質(zhì)滲透不協(xié)調(diào)、水泥粉煤灰礦物鹽類電解和矸石堆積體孔隙特征等共同因素的作用，漿液在采空區(qū)矸石孔隙內(nèi)流動過程中存在明顯的阻滯效應(yīng);另外，漿液通過

4、對采空區(qū)矸石堆積體“脊椎式”或“絮網(wǎng)式”嵌鎖加固形成注漿固結(jié)體，改變了矸石堆積體的形態(tài)，提高了采空區(qū)介質(zhì)的完整性及其強度，在漿液擴散影響范圍內(nèi)形成一個“類礦柱”體。
　　在注漿材料性能和滲流特征規(guī)律研究的基礎(chǔ)上，為進一步優(yōu)化注漿參數(shù)，應(yīng)用平面應(yīng)力問題的理論模型，通過離散元分析軟件—UDEC3.1的二維數(shù)值模擬，優(yōu)化分析了注漿壓力、水灰比和固相比三個控制參數(shù)。結(jié)果表明，影響注漿效果最顯著的是注漿壓力，其次是水灰比，再次是固相比;并且

5、通過采空區(qū)注漿效果主要影響因素對比優(yōu)化分析，本文認(rèn)為水泥粉煤灰漿液注漿主要參數(shù)選擇注漿壓力1.0 MPa、水灰比1∶1.2～1∶1.4、固相比3∶7的參數(shù)組合其技術(shù)效果相對較好。
　　論文在試驗研究的基礎(chǔ)上，通過分析注漿加固之后采空區(qū)介質(zhì)體的特點，提出了“固結(jié)體+矸石體+巖梁體”協(xié)作支撐系統(tǒng)或采空區(qū)介質(zhì)體協(xié)作支撐系統(tǒng)，并通過構(gòu)建采空區(qū)介質(zhì)體支撐系統(tǒng)原理圖，分析了采空區(qū)介質(zhì)體的力學(xué)作用機制和協(xié)作支撐系統(tǒng)穩(wěn)定條件，本文認(rèn)為注漿加固形成