深部裂隙煤岩体变形机理与高压注浆强化研究

"本文主要研究了深部裂隙煤岩体在高应力环境下的变形破坏机理，以及如何通过高压注浆技术进行改性强化。研究人员首先利用小孔径水压致裂法对500米和1000米深度的地应力分布进行了现场实测，分析了不同埋深条件下的地应力特性、煤岩体破裂强度和裂隙发育特征。通过数值模拟，对比了不同深度和应力水平下煤岩体中裂隙的变形破坏行为。此外，他们还探讨了影响深部裂隙煤岩体改性强化的主要因素，并建立了裂隙悬臂梁力学模型，运用格里菲斯裂纹扩展破坏准则来确定裂隙扩展的临界载荷与角度关系。基于这些研究，提出了深部裂隙煤岩体改性强化的基本原则和临界值范围。在现场试验中，于千米深井巷道实施了高压注浆改性强化，得出了注浆过程中的改性压力曲线。结果显示，最大强化压力为30 MPa，通常在15至20 MPa之间，与理论预测相吻合。通过对不同改性阶段浆液扩散特征的分析，进一步验证了改性强化的效果。通过现场取样和实验室扫描电镜观察，研究了浆液固结体的微观结构，以及与煤岩体界面的弹性模量差异，从而从宏观到微观层面证实了改性强化的有效性。" 本文的研究重点是深部高应力环境下裂隙煤岩体的变形破坏规律，这对于理解深部煤矿的安全开采至关重要。高应力状态下的煤岩体会出现裂缝，影响其稳定性，从而可能导致巷道破坏和安全事故。小孔径水压致裂法是一种有效的地应力测量手段，它提供了真实的数据，为后续的分析奠定了基础。数值模拟则用于模拟裂隙在不同条件下的行为，有助于理解煤岩体的破坏模式。 研究者提出，裂隙煤岩体的改性强化可以通过高压注浆实现，这是一种通过注入浆液填充和加固裂隙的技术。他们通过建立力学模型和应用断裂力学理论，确定了裂隙扩展的临界条件，为优化改性强化工艺提供了理论指导。现场试验的数据支持了理论分析，表明15至30 MPa的压力范围是适宜的注浆强化压力，这可以有效改善煤岩体的力学性能。 此外，通过微观层面的分析，如扫描电镜观察和纳米压痕试验，研究者确认了浆液固结体与煤岩体界面的结合强度，证明了注浆改性强化不仅在宏观上改善了煤岩体的整体稳定性，而且在微观层面上增强了煤岩体与浆液之间的粘结性。这些研究结果对于指导深部矿井的安全开采和防止地质灾害具有重要意义，为深部煤炭资源的高效利用提供了理论和技术支持。