煤岩体裂隙动水注浆机理及试验研究

发布时间：2020-09-01 20:38

　　地下工程水害的防治不仅对地下工程自身和工人的生命财产安全具有重要现实意义,而且对于国家资源的充分开发利用、生态环境保护和国民经济可持续性发展有着极其重要的意义。注浆法作为一项实用性强、应用范围广的技术,是我国地下工程水害防治的一种重要方法。因此,系统研究动水作用下浆液在裂隙煤—岩体中的扩散机制和封堵机理,并将理论成果应用于工程实际,具有重要的价值。本文通过理论分析、室内试验及数值模拟等方法,对动水注浆的封堵机理和扩散机制进行了深入的研究,主要开展了以下方面的研究:1、基于宾汉流体的本构关系,建立单一裂隙动水注浆多因素运移模型。根据注浆过程中浆液的受力特征,利用流体质量守恒方程和运动方程进行理论推导,建立考虑多因素的动水注浆模型,分析浆—水两相流场中浆液的扩散半径、扩散形态与注浆时间、注浆压力、注浆材料特性参数等因素之间的关系,为煤—岩体裂隙浆—水运移扩散行为研究奠定理论基础。2、多功能动水注浆模拟试验平台研发与应用。自主设计研发一套综合试验平台,包含裂隙模拟系统,动水水源系统,注浆系统,水流速度、压力数据采集系统,模拟粗糙结构面装置,试验框架系统,浆液流动可视化装置等。通过试验平台与理论研究相结果结合,研究并记录在不同注浆压力、水流速度、注浆材料、裂隙开度等试验条件下的注浆效果以及浆液的扩散机制。3、不同注浆因素与注浆效果的试验研究。通过试验手段,重点分析水泥浆液在不同水灰比、不同注浆压力下对注浆效果的影响,观察纯水泥浆液(不同水灰比)在模拟裂隙中不同试验条件下的扩散规律;在不同开度的条件下进行试验,比较各个情况下的注浆效果及浆液扩散规律;研究水泥浆液析水分层现象;研究并分析投放骨料降低动水流速的工艺方法。4、结合理论推导与室内试验的结果,采用FLUENT流体力学软件,使用软件多相流模型中的VOF模型,模拟和分析在浆—水两相流体场中,水泥浆液的扩散形态、规律以及不同注浆条件下的流场细部规律等,并将模拟得到的结果与试验结果和理论分析结果进行对比分析。
【学位单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TD745.2
【部分图文】：

突水,柠条,陕北,煤矿

某隧道在施工过程中，先后发生了多次大型突水，瞬时涌水量堪称世界铁造成的人员死亡和经济损失达千万元；沪蓉西高速公路龙潭隧道在通过大次大型涌泥灾害，处置耗费数千万元，并且工期延误了两年。据不完全统建设，由于各项工程灾害造成的损失中，突涌水灾害排名第一位。在矿山行国煤田分布广，成煤时期多，赋存状态差异性大，煤矿水文地质条件十分建设和生产过程中，地面水和地下水通过裂隙、断层、塌陷区等各种渠道透水事故时有发生[2]。据统计，我国有 27.5%的重点矿井受到各种水害的化了矿井的生产条件，增加了生产成本，造成淹井、人身伤亡和财产损失故。2006 年 5 月 31 日，陕北煤田柠条塔煤矿 1#副斜井掘进到 665m 时， 12m 的井筒巷道底板出现涌水，涌水量逐渐增加，至 2006 年 6 月 7 日，400m3/h（泵功率值，估计实际抽水量不大于 400m3/h），水位在+1129m 左见图 1.1。2010 年 3 月 28 日，山西王家岭煤矿发生一起透水事故，153 人15 人获救，38 人遇难；2011 年以来，发生了 4 起重大水害事故，造成 69 人13 上半年突水事故统计数据来看，就发生 5 起突水事故，造成 26 人死亡， 5 人，矿井水害防治已成为煤矿安全生产和科研中的一大难题。

受力图,流体单元,受力图,裂隙

西安科技大学全日制工程硕士学位论文为δ，浆液黏度为μ，孔内浆液压力为 Pc，浆液在平面裂隙中流动，图 1.2（a）。从中取出流体单元，图 1.2（b），受到法向应力 P、剪切应力τ的作用。若不计速度变化影响，则沿单元中心径向轴方向的各个分力之和为零，即 0212 zrrrrdzdrzrdrdprrrzpdrdpprzp (1.1)

技术路线图,工程硕士学位,全日制,研究方案

技术路线图

【参考文献】