采场破碎煤体注浆加固渗流规律研究张淑同S杨志恒2汪华君3，徐红亮4（1.煤炭科学研究总院重庆分院瓦斯研究所，重庆400037；2.山东农业大学信息科学与工程学院，山东泰安2710003.山东科技大学资源与环境工程学院，山东青岛266510；4.山东省鲁南监狱，山东济宁277605）破碎机理研究基础上以支承压力峰值点、为分界点将采场注浆区分为塑性区和弹性区两个透物理模型来对煤体注浆加固渗流规律进行研究。把塑性区破碎煤体作为各向同性介质来建立注浆物理模型，基于塑性区渗透物理模型、质量守恒和达西定律建立了塑性区注浆渗流数学模型，通过插值方法对模型进行了解算，得到了塑性区浆液渗流规律，并在现场进行了破碎煤壁注浆加固试验和注浆渗流规律解算，结果表明通过化学树脂浆进行塑性区煤体注浆加固是可行的。

　　350：A），男，山东省新泰市人，硕士，从事瓦斯治理方面的研究。

　　袖+H著，随着综采放顶煤工艺的推广和矿井开采深度的增加，顶煤冒落和煤壁片帮事故频繁发生，严重影响了煤矿安全生产。破碎顶煤冒落和煤壁片帮成了目前困扰煤矿安全生产的突出问题。例如鲍店矿1303面因端面冒顶严重，使生产处于半停顿状态，平均月产仅2万t左右，造成了工作面的低产低效I".钻孔注浆加固破碎煤体是防治其片冒的有效措施121.破碎煤体中浆液的渗流规律研究是指导煤体注浆加固的关键。但对于注浆加固破碎煤体中浆液的渗流规律研究较少，仅对煤层注水进行了试验研究131.本文根据采场支承压力峰值点后破碎煤体建立了注浆渗流物理数学模型，对浆液渗流进行初步研究。

　　1破碎煤体注浆浆液渗流物理数学模型1.1注浆模型分类煤壁片帮冒顶是煤体在矿山压力作用下，煤体破碎后滑塌的一种矿压显现，冒顶是片帮的继续141；其本质原因是煤体的近散体物性状态以及所处的无围压应力状态。

　　煤层的采出必然造成煤壁前方的应力集中，形成支承压力，且在工作面前方始终存在支承压力峰值区，并随着工作面推进也不断前移。随煤体破坏的发展，煤壁附近的压力高峰将向煤体深部转移，煤层上支承压力的分布将分成2个区：塑性区和弹性区，弹塑性区的交界处为压力高峰的位置151.煤层是一种极为发育的裂隙孔隙的多孔介质。向煤层压力注浆时，浆液在孔隙中既有压力浆液渗流运动，又有毛细运动和扩散运动，3种运动起主导作用的是压力作用下的浆液渗流运动。其渗流过程满足质量和能量守恒定律，符合达西定律。为了便于渗流模型的建立，根据煤体破碎程度不同，本文以支承压力高峰位置为分界点将采场注浆渗流物理模型分为弹性区和塑性区渗流物理模型，对煤体注浆加固塑性区渗流物理数学模型进行探讨。

　　1.2煤体注浆加固塑性区渗流物理数学模型为了建立适合塑性区注浆渗流模型的数学模型，根据，对塑性区煤体作以下假设：破碎煤体是一种含有原生孔隙的煤粒（块）和分割煤粒裂隙组合而成的孔隙裂隙二重介质，浆液只在裂隙中流动，且基本符合达西定律过试验确定；为浆液压力梯度；f为裂隙的渗透系数。

　　钻孔长度远大于沿径向渗透范围，忽略浆液沿钻孔长度方向的分速度；破碎煤体渗透能力在需注浆范围内是各向同性的忽略浆液自身重力影响，且设浆液不可压缩，密度P不变。

　　假定随着浆液压力的变化煤粒体积不变形。

　　为了简化运算和便于工程实践应用，假定浆液在注浆过程中温度是恒定的，即浆液的运动黏度是一恒定常数。

　　煤层裂隙干燥不含水。

　　由于塑性区煤体破碎程度高，浆液渗流基本符合各向同性，作以上假设与工程实际相接近。根据以上假设，沿钻孔取单位长度段取作代表性单元体（REV）作为研究对象，可将其作为等效连续介质模型平面问题来研究由质量守恒和达西定律得到其渗流数学连续方程为KfH为煤层含浆液的浆液头压力。

　　因此综采工作面浆液平面渗流的数学模型为的边界；Hp为D区域边界上的压力值。

　　2数学模型的求解由于浆液在破碎煤体中的渗流速度很小，因而惯性力比黏性力小得多，根据流体力学和流体动力学的观点，非线性流动方程可以线性化17.钻孔边界为等流量注浆。由于在x轴方向和在y轴方向是等效的，所以简化为工程技术中所提出的比较复杂的方程而区域又不很规则的定解问题往往很难求出其解，有效的办法就是求出近似解。差分法是数学物理方程的常用数值解法，其基本思想是用差商来代替导数，从而把微分方程和定解条件都用代数方程来代替。

　　定解问题（3）差分格式的建立：微分方程变为3工程实例工程实例为兖州矿业集团南屯煤矿9302综放工作面破碎煤体注浆加固。

　　3.1注浆材料及系统本次试验米用德国CarboTechFosrocGmbh公司生产的合成树脂浆液及其注浆设备。

　　采用的注浆材料是由两种快速反应的成分组成的，一种是材料A（BEVEDOLS），另一种是材料B（BEVEDAN）。两种材料混合注入破碎煤体后能迅速反应凝固，合成一种具有高抗压能力和柔韧性的材料，对破碎顶煤进行加固。

　　3.2综放工作面树脂浆加固技术工艺沿本工作面进风巷道，距离工作面煤壁1. 5m处开始，每隔1. 5m左右打一个注浆钻孔。钻孔分为两种设计方案施工。一种钻孔的参数为：与水平面夹角为10°钻孔深度为3.0m；另一种钻孔的参数为：与水平面夹角为35°钻孔深度为3.5m.两种钻孔一般情况下均偏向采空区，并且是交替施工。施工示意图见。记Kf（AA）2则式（4）为在式（5）中涉及到4个结点，即第j排的任一内结点处的值仅依赖于第j-1排上相邻的3个结点处的值（）。

　　式（5）（7）组成了一个差分格式，由初始条件进行迭代，就可求出所有内结点处的值H，j，当结点处的值满足注浆终结压力Hp的值时，此时就是浆液渗流的边界cadcJo腿丨3. 3注浆参数确定与结果对比该工作面通过钻孔注聚氨酯树脂浆加固破碎顶煤，通过现场试验确定出浆液扩散半径约为R= m，注浆初始压力为3.5MPa终结压力为121 MPa注浆泵量平均10L/min；浆液的密度约为1 100kg/m3；注浆时间平均为10min；经现场测算煤体中孔隙比约为35.因此沿程阻力系数取0. 04；根据太沙基的经验公式选取渗透系数k= sAx=0.3m，代入公式经过迭代计算得当浆液头压力Hp=4.2MPa时浆液扩散半径为R= 4.1m.由公式计算所得浆液扩丨3丨散半径与实际浆液扩散半径相差不大，能满足工程需要，因此对工程实践有很大的指导作用。

　　1）本文在研究煤体破碎机理的基础上以支承丨4丨压力高峰位置为分界点将采场注浆渗流物理模型分为弹性区和塑性区渗流物理模型。

　　2）建立了煤体注浆加固塑性区渗流物理数学模型，综采工作面浆液平面渗流的数学模型为对平面渗流的数学模型进行了简化并用插值迭代方法对模型进行了解算。

　　通过工程实例验证了上述理论的正确性和可行性。