地下工程涌突水注浆止水浆液扩散机制和封堵方法研究

涌突水是地下工程的主要地质灾害之一。实践表明,注浆是治理涌突水的有效技术手段,但相关的动水注浆理论发展尚不成熟,尤其是裂隙动水条件下的浆液扩散和封堵机制研究不足。针对上述问题,研发准三维裂隙动水注浆模型试验台,进行裂隙岩体涌突水的动水注浆模型试验研究,通过对200余组试验数据进行分析,提出浆液的U形扩散规律和水泥浆液的分层分区扩散机制,得到浆液的快速析水沉积原理和沉积留核扩散规律,实现浆液扩散和封堵效果的定量评价。在此基础上,形成以浆水流量比为核心控制因素的裂隙涌水注浆封堵方法。室内涌水注浆封堵试验和龙固煤矿高压涌水现场注浆封堵试验进一步验证研究成果的正确性,这对发展动水注浆理论和指导工程实践有一定作用。

导水断层破碎带注浆浆液扩散机制试验研究

煤层底板突水往往由于揭露导水断层破碎带而引起,但由于导水断层破碎带浆液扩散机制不清,致使在注浆过程中钻孔轨迹与断层倾向关系、浆液水灰比和注浆压力等重要参数选择盲目,注浆加固效果不佳。针对上述问题,研发设计变倾角可视化三维断层破碎带注浆模拟试验系统,基于该试验平台,开展了不同断层倾角、浆液水灰比和注浆压力的导水断层破碎带注浆模拟试验,结果得到:当注浆压力增大至一定值时开始出现浆液驱替承压水现象,出现驱替现象的注浆压力随着倾角的增加或浆液水灰比的减小而增大;当断层破碎带内部压力增加到一定程度后,驱替现象稳定,注浆压力与承压水达到平衡状态;利用水平孔在不同断层倾角、浆液水灰比和注浆压力条件下注浆时,浆液均先沿着破碎带孔隙通道运移到断层底部,在底部积聚到一定程度后呈现自下而上的不断驱替承压水的运移现象,而且浆液运移至断层底部的时间随着断层倾角的增加或浆液水灰比的减小而减小,驱替承压水运移的速度随着注浆压力的增加而增大。研究结果有助于导水断层破碎带注浆加固参数的选取。