基于CT扫描的受载破裂煤样注浆封堵效应量化研究

作者:李雁; 李兵; 姚帅; 姚邦华
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针对现有注浆煤岩体裂隙结构和注浆效果研究无法定量表征的问题,利用自行研制的加载煤岩体注浆试验系统,对不同加载破碎煤样(单轴和劈裂)进行了注浆试验,利用工业CT扫描设备扫描灌浆前后破碎煤样的裂隙结构,利用图像分析软件VG Studio MAX,准确提取CT扫描数据重建模型得到的数字煤样,并对注浆前后加载裂隙煤样的三维裂隙形态和结构进行了数字和定量分析。结果表明:(1)单轴载荷作用下,裂纹煤样的主裂纹从煤样顶部两侧向底部贯通并会聚,裂纹宽度基本保持不变。煤样主要在剪切应力的作用下破碎,整体破碎程度较大,主裂隙网络与更多小裂隙有关。灌浆前后,50mm以上的裂隙从1变为0,总裂隙体积从12000mm3减少到5700mm3,减少了52.5%,表明单轴裂隙煤样的裂隙结构对矿浆扩散和流动相对不利。劈裂破坏煤样的主断裂延伸沿垂直方向从煤样顶部向下至中下部。裂缝宽度较大,然后向一侧倾斜45并继续延伸,裂缝宽度在灌浆前后逐渐减小,50mm以上的裂缝从2变为0,总裂缝体积从3430mm3减少到312mm3,减少了90.9%,表明煤样裂隙结构的劈裂破坏有利于煤浆的流动和充填。(2) 灌浆前后,单轴加载下裂隙煤样的渗透率从5710-14m2下降到1.210-14m2,下降了97.9%。灌浆前后,裂隙煤样的渗透率从7510-14m2下降到1.310-14m2,下降了98.3%,表明灌浆对不同破坏形式的煤样具有显著的封堵和降渗作用。(3) 通过比较两种煤样灌浆前后裂隙体积和渗透率的变化,可以看出,虽然单轴加载下裂隙煤样的灌浆浆液只填充了部分裂隙,但渗透率与原始煤样的差异非常小,表明通过阻断漏风通道的连通性,能有效封堵裂缝,达到良好的灌浆封孔效果。研究结果可为评价裂隙岩体和煤层的注浆封堵效果提供有益的参考。