孔隙砂巖化學(xué)注漿漿液滲透擴(kuò)散機(jī)理.pdf

1、鄂爾多斯盆地是我國煤炭能源重點(diǎn)開發(fā)區(qū),建井過程的水害問題普遍且突出,不但影響施工質(zhì)量、延誤進(jìn)度、增加成本,甚至釀成嚴(yán)重工程事故。區(qū)內(nèi)煤礦建井水害集中于洛河、直羅、下石盒子三組區(qū)域性富水層段,屬微裂隙-孔隙型雙重介質(zhì),揭露時(shí)呈孔隙性滲漏,水量大且穩(wěn)定,是典型的弱滲富水型砂巖含水層。
　　注漿是目前西部礦區(qū)治理弱滲富水砂巖水害較普遍采用的技術(shù)方法,已有的工程實(shí)踐表明,常規(guī)水泥注漿方法治理此類砂巖水害因其可注性差而不適用,而化學(xué)注漿尚有

2、諸多技術(shù)問題有待解決,其中最突出的是充填率及減滲效果偏低的問題。
　　針對目前西部礦區(qū)弱滲富水砂巖含水層建井水害注漿防治存在的問題,本論文選擇鄂爾多斯盆地建井水害嚴(yán)重且水害層段不同的幾個(gè)礦井采集巖樣,采用掃描電鏡、物性指標(biāo)測試等手段進(jìn)行了砂巖的結(jié)構(gòu)特征研究。在此基礎(chǔ)上,通過模型試驗(yàn)和理論分析,系統(tǒng)研究了孔隙性砂巖的滲透通道條件、漿液的可注性、充填效果及其主要影響因素,揭示了化學(xué)漿液在砂巖孔隙中的滲透擴(kuò)散規(guī)律、充填特點(diǎn)及減滲機(jī)理,為

3、化學(xué)注漿材料性能改良、提高注漿防滲效果提供了基礎(chǔ)依據(jù)。獲得的主要認(rèn)識如下。
　　(1)對洛河、直羅、下石盒子三組砂巖分層取樣進(jìn)行的性狀研究發(fā)現(xiàn):三組砂巖具有相近的微、細(xì)觀結(jié)構(gòu)條件,物理、力學(xué)性質(zhì)顯現(xiàn)有共性特征,主要表現(xiàn)為顆粒級配不良、膠結(jié)性差、強(qiáng)度偏低、孔隙連通性好、孔隙率高。
　　(2)孔隙性砂巖的微觀滲流特征研究發(fā)現(xiàn):砂巖的滲流孔道雖“四通八達(dá)”,但流體的滲流受到孔道特征的制約,僅在部分孔道滲流相對活躍,匯流及分流現(xiàn)象交

4、替產(chǎn)生,且相對活躍的孔道中流體運(yùn)動(dòng)方向及通道尺度處于動(dòng)態(tài)變化。
　　(3)通過宏觀、細(xì)觀模擬試驗(yàn)及理論分析,探究了不同類型漿液對于孔隙砂巖的可注性差異及內(nèi)在機(jī)制,研究發(fā)現(xiàn):溶液型化學(xué)漿液在孔隙砂巖中的可注性主要受制于滲流通道的結(jié)構(gòu)形態(tài)和漿液性能,由于化學(xué)漿液粘度較大,孔隙砂巖滲流通道微細(xì),化學(xué)漿液在孔隙砂巖中雖具有可注性,但需要的注漿壓力較大;水泥類顆粒懸浮型漿液可注性極差,其主要原因是漿液在滲流孔道的變徑、變向處滲透擴(kuò)散時(shí)的滲透

5、阻力過大,漿液在孔道中受阻的機(jī)理為“相對減速集聚”。
　　(4)依據(jù)砂巖孔道滲流特征構(gòu)建了孔隙砂巖二維滲透模型單元,利用層流均勻流理論結(jié)合孔隙砂巖化學(xué)注漿模型試驗(yàn)結(jié)果,解釋了混相、非混相注漿漿液在孔隙中的擴(kuò)散規(guī)律及減滲機(jī)理,研究發(fā)現(xiàn):非混相注漿漿液在孔道中呈類活塞式驅(qū)替流動(dòng),混相注漿漿液在孔道中流動(dòng)的過程本質(zhì)為水?dāng)y帶顆粒在孔道中混合運(yùn)動(dòng);化學(xué)注漿后減滲率偏低的主要原因是已注入主滲孔道中漿液發(fā)生位置移動(dòng)及漿液存在固結(jié)收縮性。