《深埋礦井高壓湧水災害注漿封堵機理三維模型試驗研究》是依託山東大學，由張霄擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：深埋礦井高壓湧水災害注漿封堵機理三維模型試驗研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：張霄
- 依託單位：山東大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
依託巨野煤田郭屯煤礦和鄆城煤礦井下高壓湧水治理工程背景，分析深埋大水礦井湧水災害的水文地質特徵，進行湧水災害分類，並建立相應的動水注漿地質模型。在此基礎上，研發大型三維動水注漿模型試驗台，實現不同含、導水構造三維高壓動水環境的模擬，以常規水泥漿液、化學漿液和凝膠可控漿液為研究對象，分別進行動水注漿模型試驗，研究高壓動水條件下漿液的擴散規律，揭示注漿壓力隨漿液擴散的耗散規律及壓力傳遞機理。建立不同水害地質模型所對應的漿液擴散方程，揭示高壓湧水封堵機理。在此基礎上，結合依託工程進行現場注漿封堵試驗。提出注漿參數確定方法和注漿結束標準，形成深埋礦井高壓湧水封堵和注漿安全控制新技術。攻克高壓動水封堵難題，具有重要的工程推廣價值。
結題摘要
礦井及隧道突湧水災害不僅僅是煤礦井下生產和隧道施工運營的安全隱患，同時惡化生態環境，破壞水資源。隨著礦井開採及隧道開挖深度的增加，大埋深礦井的高壓突湧水問題尤為突出，相關動水注漿理論、封堵機理以及技術工藝均不成熟，嚴重製肘礦山、隧道的建設。因此，本項目緊密結合國家能源建設及依託工程的重大需求，開展深埋礦井及隧道高壓突湧水災害注漿封堵機理研究，歷經三年較為系統深入的研究，已完成項目計畫書中所有內容和目標，重要進展如下： （1）從礦山水害發生機制和導水通道特徵角度將礦山水害劃分為：斷層導水型湧水、直接揭露含水層湧水和裂隙導水型湧水；針對不同突湧水類型，以裂隙與孔隙岩塊間水量連續為耦合條件，建立了“雙重介質滲流模型”。 （2）研發了三維注漿加固模型試驗系統，儘可能還原了巷道或隧道斷層實際地質環境，實現了複雜地質條件下地下工程地質災害災變過程及注漿治理模型試驗研究。首次開展了鬆散破碎帶災後搶險注漿加固、超前主動注漿加固小孔徑小流量原型試驗，以及注漿加固岩體開挖穩定性試驗。 （3）針對鬆散軟弱介質易於漿液擴散的特點，提出了優勢擴散區的概念，並根據漿液的擴散形式不同，分為滲透型優勢擴散區和壓縮型優勢擴散區。在滲透型優勢擴散條件下，把漿液的擴散過程分為：優勢擴散區充填階段、壓密擴張階段和劈裂擴散階段。在壓縮型優勢擴散區條件下，漿液仍以劈裂擴散為主，劈裂通道形式對研究漿液的擴散有重要影響，在特定的假設條件下，漿液壓力與擴散距離的關係可以簡化為包含劈裂通道函式l(x)的函式。 （4）基於多元特徵信息採集及分析，研究了注漿加固試驗中土壓力、滲透壓力、位移等物理場變化規律，揭示了注漿荷載傳遞時空效應和漿液擴散優勢路徑。注漿過程中，土壓力和滲透壓力隨注漿壓力升高而激增，於注漿終壓時刻達到峰值，且滲透壓力對注漿荷載敏感程度更高，表現為回響時間大大縮短。監測點回響特徵(回響時間及回響程度)受控於監測點-注漿點相對位置和漿液擴散路徑。 本項目成果在江西永蓮隧道和山東郭屯煤礦開展了較成功的工程驗證。項目執行過程中，共發表SCI和EI收錄論文6篇，申請國內發明專利11項，正在指導碩士生1名，協助培養博士畢業生2名，協助培養碩士畢業生3名。
