《深井圍岩微裂隙滲流特性及擴縫注漿堵水機理研究》是依託山東科技大學，由喬衛國擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：深井圍岩微裂隙滲流特性及擴縫注漿堵水機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：喬衛國
- 依託單位：山東科技大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
我國煤礦千米深井井筒深部難以注漿封堵的滲水，主要來自深部沉積砂岩微裂隙面滲水。該微裂隙結構在深井高水壓下具有良好的透水性，但超細水泥漿液乃至化學漿液的可注性極差。煤礦注漿工程實踐證明，超細水泥岩體微裂隙擴縫注漿堵水技術，是解決深井微裂隙堵水難題的可行途徑。由於目前對砂岩微裂隙擴縫注漿堵水機理的試驗和理論研究不夠深入，其注漿工藝參數（主要是注漿壓力）的確定，在很大程度上依靠經驗類比，從而影響了注漿堵水效果的可靠性。本課題開展深井圍岩微裂隙滲流特性及超細水泥擴縫注漿堵水機理研究，建立典型橫觀同性砂岩微裂隙滲流量與影響因素的綜合滲流耦合方程，揭示超細水泥漿液在岩體微裂隙的擴散機理和滲流規律，建立擴縫注漿力學模型和微裂隙擴縫效應的合理判據，進而提出有效封堵深井微裂隙面滲水的擴縫注漿工藝參數計算方法，不僅具有重要的學術意義和工程實踐價值，還具有廣闊的工程套用前景。
結題摘要
隨著地下工程建設深度的增加，地應力增大、湧水量加大等深部複雜地質環境愈加顯著。煤礦千米深井井筒深部難以注漿封堵的滲水，主要來自深部沉積砂岩微裂隙面滲水。針對其中的關鍵問題，以深井砂岩微裂隙為研究對象，研究了不同類型深井砂岩的物理與力學特性，研製了微裂隙砂岩相似模型並討論了其損傷機制，提出了微裂隙三維粗糙度的表征方法，並構建了微裂隙粗糙度指標JRI，揭示了粗糙度因素作用下的微裂隙滲流規律以及微裂隙擴縫增量隨法向應力、注水壓力的變化規律。 （1）通過光學顯微鏡和掃描電鏡分析了砂岩吸水前後的微觀結構。基於砂岩岩樣單軸與三軸試驗，獲得了其應力-應變曲線，並對粗砂岩、中砂岩、細砂岩飽水後單軸抗壓強度進行測試，獲得了其軟化係數，從宏細觀角度揭示了深井砂岩基本物理力學特性。 （2）利用JAW-600岩石應力-滲流耦合試驗系統開展水力擴縫相似模型試驗，藉助高敏度光纖光柵感測器及後期處理，獲得沿水流路徑不同位置試件測點所受到的豎向水壓力及水壓對微裂隙引起的擴縫增量。 （3）通過正交試驗方法設計了骨料占固體物質的比例、骨料成分之比、膠結物成分之比及摻水率四種影響因素，每種影響因素建立三個水平製備了243塊微裂隙砂岩相似材料試樣，對試樣進行了單軸、三軸壓縮試驗並測試了其吸水率。結合深井砂岩的基本特徵，確定了相似材料的最佳配比，建立了其損傷本構方程。 （4）基於微裂隙砂岩相似模型，對微裂隙粗糙度的幾何特徵進行描述，在此基礎上提出了表征粗糙度的新方法，並利用Python程式語言開發了微裂隙三維粗糙度表征程式，揭示了粗糙度參數在各向異性、尺寸效應、間距效應單因素及雙因素作用下的演化規律。提出了微裂隙粗糙度指標JRI，構建了JRI與三維粗糙度係數JRC之間的關係表達式。 （5）自主設計研發了微裂隙三軸應力滲流機理模型試驗系統，開展了微裂隙砂岩相似模型滲流試驗，對滲流過程中裂隙表面的變形及滲流特性展開研究。採用COMSOL軟體對應力作用下微裂隙岩體的滲流規律進行模擬，討論了粗糙度因素作用下微裂隙的滲流特徵。
