泥浆流采动覆骨折是一个重要的理论概念的灌浆设计长壁表土灌浆注入工程。在这项研究中,一种视觉实验仿真系统的长壁表土灌浆设计研究流压力分布,整合,填补粉煤灰浆厚度在上覆岩层层理分离。实验表明,泥浆产生一个径向和双向流在nonpressure灌浆和礼物本身作为一个近似椭圆主导流道的压力下注入。这个通道横向扩大沿走向方向,逐渐变成表格了。泥浆压力增加灌浆时间增加。虽然压力曲线在不同地区表现出类似的趋势,他们的价值观没有减少井眼中心的距离在观测有所下降。出血和整合发生在泥浆就流出钻孔的骨折,和固结度增加注入井的距离的函数。出血水聚集不断层理的边界断裂分离,然后渗透和存储由底层基于注入地层压力。最后注射填充是表现为中心跟上大厚度的一半。本研究的设计和优化提供了理论依据表土灌浆注入在地下长壁开采。
地下长壁采煤引起运动和破碎地层,从而诱导垂直和水平骨折在上覆岩层
动态流浆的表土是注射的基础设计,如灌浆估计,灌浆压力决心和钻孔的布局。在这方面,以往的研究覆盖半径垂直注入层和流。例如,钻孔钻(
这些研究促使最后的理解用注浆填充在长壁开采后上覆岩层。然而,仍然有不足研究动态泥浆流在采动覆骨折。裂隙岩体注浆,广泛研究了浆液流动实验和建模(
目前,长壁注入泥浆流仍不清楚,至少在流道和泥浆压力分布在床上用品分离。此外,常用的出血和整合粉煤灰砂浆,是一个典型的固液两相流,还需要调查开采上覆岩层注入。地球物理勘探方法被认为是不足以确定泥浆流,因为大深度低于地面(通常是400 - 500米),而井眼钻井只能透露最终填补分布在某个点而不是整个地下层面断裂分离。
考虑到这些问题,本研究运用实验方法(a)模仿长壁覆灌浆注入的过程中,(b)确定动态流动,压力分布,和整合,(c)填满泥浆的厚度不同的监测方法。
孤立的表土灌浆注入是一种改进的技术对传统长壁覆注射(
隔离原则表土灌浆注入(
粉煤灰浆、固液两相流体作为一个典型的灌浆材料注塑工程,以及钻孔灌浆压力可以达到5 - 6 MPa。填写分离区后,浆发生出血和固结灌浆压力的作用下,最后形成一个压实填满身体(
四个阶段的钻孔注入压力在长壁表土灌浆注入(
研究浆液流的复制在表土,我们建立了一个类似的仿真系统来仿真表土灌浆过程与灌浆地下开采。该系统包括主框架、灌浆系统、监测传感器,采集软件(图
实验系统。
主框架是一个透明的有机玻璃做的表可以可视化泥浆流。框架的内部尺寸
用于模拟实验系统的示意图。
主要直接的屋顶,屋顶,软岩层是由砂、碳酸钙、石膏和水。这些层是用来模拟采空区上方的塌落和断裂区。隔离层是由石蜡、液压油,滑石粉,河沙,稻草粉和水,用固相物质的比例1:2:5.7:34.2:1。下面的隔离层直接分离骨折允许nondisintegration,从而防止出血水进入岩层较低,导致解体。每个岩石的材料比和特征层表中列出
模型参数。
| 岩性 | 厚度(cm) | 材料 | 比 | 层 | 强度(kPa) |
|---|---|---|---|---|---|
| 隔离层 | 1 | 石蜡:液压油:滑石粉:河沙:稻草粉 | 1:2:5.7:34.2:1 | 2 | 95年 |
| 软岩层 | 3 | 沙:碳酸钙:石膏:水 | 3.5:3.5:1.5:1 | 3 | 70年 |
| 关键层 | 2 | 沙:碳酸钙:石膏:水 | 3:3.5:1.5:1 | 2 | 78年 |
| 直接顶 | 3 | 沙:碳酸钙:石膏:水 | 3.5:3.5:1.5:1 | 3 | 70年 |
灌浆系统包括浆搅拌机、注浆泵、管道、和钻孔。钻孔位于顶部的主框架。监控泥浆压力在分离骨折的不同位置,四个压力传感器(# 1 - 4在图
传感器的位置,钻孔,长壁板(单位:厘米)。
根据工程的孤立的表土灌浆注入,粉煤灰浆被选为注射材料water-to-fly灰比为1.6:1(图
注射材料。(一)粉煤灰和(b)注入泥浆。
nonpressure和压力下的浆流阶段描述基于摄影监测结果。泥浆流在nonpressure阶段,主要表现在两个连续的阶段,即径向和双向的。在径向流阶段,近似给出的泥浆循环流动集中在灌浆孔,和浆液扩散半径的增加作为灌浆时间的函数。当泥浆的前部到达层分离的边界地带,泥浆被转移到双向流的边界约束,即平面流沿井眼(图的左右
在nonpressure注入泥浆流。(一)径向流(0 - 90年代)。(b)双向流(90 - 630年)。
应用压力,泥浆流不再计划流,nonpressure阶段的情况,但出现了占主导地位的流道。英吉利海峡大约是椭圆的中心灌浆。随着灌浆体积的增加,渠道扩张(图的大小
在加压注入泥浆流道。(一)810年代,1170年代(b)和(c) 1770年代。
随着灌浆体积和压力继续增加,新注入的浆液受力导致现有的灌浆这剪切频道成立于early-filled并允许新的灌浆浆液流沿着这个通道。与此同时,占主导地位的流道是进化:的价值
流道系数
泥浆流道的进化。(一)2730年代,3030年代(b)和(c) 3390年代。
灌浆压力分布的层理分离断裂是影响泥浆流的一个重要因素。发现无论在床上用品分离压力增加灌浆时间的函数,在不同的位置和压力曲线表现出类似的趋势(图
泥浆压力的函数(a)注射时间和(b)的距离。
确定泥浆的整合特征,有必要确定浆中固体颗粒的沉积速率。粉煤灰水泥浆作为固体颗粒的载体。固体颗粒的流速逐渐降低,因为出血的泥浆和最终沉积。防止固体颗粒沉淀,应该大于临界不淤流速速度(
根据方程(
泥浆注入到床上用品的流速分离骨折被流量限制和分离裂缝的大小,和满足
整合的泥浆在不同位置的层理分离区是不一样的,与泥浆速度密切相关。如果流量很低,固体颗粒将存款快;否则,整合速度会慢一些。由于宽度方向的边界的限制,流速小于,沿走向方向,和两人都小于临界不淤流速。因此,出血在宽度方向上的速度大于罢工的方向。在靠近边界的距离,速度小。因此,整合程度增加的距离中心沿宽度方向增加。出血水聚集在最前部的泥浆,并成立了一个“水带。”“水带”搬到床上用品的边界分离区连续推新注入的泥浆。最后,由于灌浆压力的作用,“水地带”里的水流入基础岩体和存储。 Figure
泥浆流动法则的示意图。
填充厚度分布宽度方向的决心与位移传感器。在灌浆初期(0 - 1200年代),填充厚度没有显著差异,而边界填充厚度占84%(图的中心
注射填充的分布。填充厚度的函数(a) (b)和时间距离。
长壁开采采动裂缝在上覆岩层形成的地表沉陷的关键原因。表土灌浆注入技术使用这些控制开采沉陷的骨折。在这项研究中,泥浆流的表土骨折进行了研究实验。
泥浆流的特点受到摄影nonpressure和压力得到监控。泥浆流动nonpressure阶段,主要表现在径向和双向阶段先后。在压力阶段,提出了作为一个几乎椭圆主导流道中心灌浆孔。这个通道逐渐扩大沿走向方向,其规模不断增加。流动通道系数提出了代表主要通道在不同的压力条件。这增加了一个高效的方式作为灌浆时间。这是归因于整合泥浆的边界。
泥浆压力的分布在矿业分离骨折也透露。无论在床上用品分离压力增加灌浆时间的函数。然而,在不同的压力并不等于分离。灌浆压力降低了灌浆孔,但减少并不大。然而,有趣的是,在不同位置的压力曲线表现出类似的趋势。这对确定钻孔连接提供了基础和压力监测在长壁表土灌浆注入。
的整合特征泥浆。进入分离骨折后,流速显著下降。这导致固体颗粒的沉积和出血的泥浆。泥浆固结速率是不一样的在每一个位置,在宽度方向上比,罢工的方向。特别是,泥浆的边界越近,越小速度。从钻孔越远,泥浆固结度越大。前出血水聚集在泥浆的一部分,形成了“水地带,”搬到床上用品的边界断裂。最后,“水地带”里的水流动向底层岩体和存储,因为灌浆压力的作用。填充厚度增加灌浆和开采时间的函数。这表明,屈服了裂隙岩体进一步压实,允许大型注射空间隔离层。 This finding may improve the estimation of the injection ratio.
研究数据用于支持本研究的发现可能发布的要求寄给相应的作者可以联系
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
这项工作得到了国家自然科学基金(51604258)和中国奖学金委员会(201906425004)。