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，也是當今世界上所有發(fā)達國家先進煤炭開采水平的一個標志。近年來，我國許多礦山淺部煤層開采完畢，逐漸進入深部煤層的開采，采煤綜合條件變得極其復雜，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復雜的隱蔽工程

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、試驗研究、數(shù)值建模計算等方法對研究區(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裝置，即“多功能地質(zhì)工程模型試驗系統(tǒng)”，并利用該系統(tǒng)進行模擬試驗，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31％，注漿壓力應大于動水壓力與初始目標壓力之和。
　　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對漿液擴散過程進行了數(shù)值模擬，分別得出了四種結(jié)構(gòu)類型的漿液擴散距離。
　　利用優(yōu)化后的注漿參數(shù)進行現(xiàn)場注漿，通過分析注漿前后鉆窩出水量、漿液擴散半徑和鉆孔揭示等檢驗手段，