煤系巖溶含水層注漿改造參數(shù)優(yōu)化與效果評價.pdf

1、高效高產(chǎn)是我國煤炭行業(yè)發(fā)展的方向，也是當(dāng)今世界上所有發(fā)達(dá)國家先進(jìn)煤炭開采水平的一個標(biāo)志。近年來，我國許多礦山淺部煤層開采完畢，逐漸進(jìn)入深部煤層的開采，采煤綜合條件變得極其復(fù)雜，在主要產(chǎn)煤地的華北型礦區(qū)，有數(shù)十個礦區(qū)受到灰?guī)r巖溶水的影響，煤礦經(jīng)常發(fā)生突水事故。注漿改造煤層底板含水層，無疑問是解決突水事故最好的方法之一。注漿使本來強(qiáng)含水層變成弱含水層或者成為隔水層，消除或降低巖溶突水的發(fā)生。
　　煤系巖溶含水層注漿是一項(xiàng)復(fù)雜的隱蔽工程

2、，它的滲流過程和注漿效果是巖體結(jié)構(gòu)特征、巖溶承壓水特性、漿液性質(zhì)以及注漿工藝等方面共同作用的結(jié)果。本文在分析了目前的注漿理論、注漿材料和注漿方法基礎(chǔ)上，通過理論分析、試驗(yàn)研究、數(shù)值建模計(jì)算等方法對研究區(qū)開展?jié){液配比、注漿參數(shù)優(yōu)化研究。取得的主要成果有:
　　通過對研究區(qū)內(nèi)煤層底板的地層巖性和井巷揭露資料的研究，采用趨勢面分析法，確定6(10)煤底板隔水層分布規(guī)律;利用分形理論和斷裂分維值定量評價底板巖體斷裂發(fā)育程度，并在此基礎(chǔ)上將

3、煤層底板巖體結(jié)構(gòu)劃分為完整結(jié)構(gòu)、塊裂結(jié)構(gòu)、碎裂結(jié)構(gòu)和松散結(jié)構(gòu)四個類型;在系統(tǒng)分析研究區(qū)太原組上段灰?guī)r巖性以及巖溶裂隙發(fā)育特征的基礎(chǔ)上，分析鉆孔出水量與注漿量之間的關(guān)系，建立了四類太原組上段灰?guī)r巖溶含水層介質(zhì)空間結(jié)構(gòu)類型:溶孔-溶管網(wǎng)絡(luò)型、溶隙-溶孔網(wǎng)絡(luò)型、裂隙-溶隙網(wǎng)絡(luò)型和單一裂隙網(wǎng)絡(luò)型。
　　注漿漿液配比正交試驗(yàn)表明:采用相同比重的漿液，在相同底板條件下注漿，膨潤土-水泥漿液比普通粘土-水泥漿液的結(jié)石率更高，能達(dá)到更好的堵水效果

4、;從注漿成本方面考慮，水泥含量少的配比較為適用;從堵水加固效果方面考慮，水泥含量大，對底板加固效果影響較為明顯，粘土含量大，漿液的堵水效果較為明顯。
　　研制一種能模擬原位裂隙巖體注漿的試驗(yàn)裝置，即“多功能地質(zhì)工程模型試驗(yàn)系統(tǒng)”，并利用該系統(tǒng)進(jìn)行模擬試驗(yàn)，得到在單一因素條件下，地下水動水壓力對裂隙巖體注漿的影響權(quán)重大于圍壓對注漿的影響;對地下水動水壓力和圍壓共同作用下的裂隙巖體注漿加固改造進(jìn)行注漿模擬:承壓地下水壓力與注漿漿液壓力

5、相互作用，使得動水壓力提高值達(dá)31％，注漿壓力應(yīng)大于動水壓力與初始目標(biāo)壓力之和。
　　根據(jù)研究區(qū)底板太灰?guī)r溶裂隙發(fā)育程度、巖體特征建立四類太灰?guī)r溶含水層介質(zhì)空間結(jié)構(gòu)地質(zhì)概念模型?？紤]地下水水壓條件下，利用多物理場耦合軟件COMSOL Multiphysics對漿液擴(kuò)散過程進(jìn)行了數(shù)值模擬，分別得出了四種結(jié)構(gòu)類型的漿液擴(kuò)散距離。
　　利用優(yōu)化后的注漿參數(shù)進(jìn)行現(xiàn)場注漿，通過分析注漿前后鉆窩出水量、漿液擴(kuò)散半徑和鉆孔揭示等檢驗(yàn)手段，