高應力環境下泥岩注漿加固機理及數值仿真研究

《高應力環境下泥岩注漿加固機理及數值仿真研究》是依託武漢大學，由盧海峰擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：高應力環境下泥岩注漿加固機理及數值仿真研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：盧海峰
• 依託單位：武漢大學

項目摘要

注漿加固是確保煤礦深部巷道掘進安全和穩定控制的關鍵技術。泥岩是煤礦深部巷道中常見的圍岩類型，其物理力學性質特殊，在深部高應力環境下，注漿加固機理變得極為複雜。開展深部高應力環境下泥岩注漿加固機理及數值仿真研究是保障煤礦安全高效生產的關鍵課題。本項研究以淮南礦區為依託，通過室內滲透試驗和現場注漿試驗，對泥岩滲透特性和漿液擴散規律進行研究；通過室內三軸試驗和掃描電鏡，對注漿固結體的微結構和力學特性進行研究；綜合試驗研究結果，套用岩石力學、滲流力學、非連續介質力學和統計理論，建立泥岩注漿加固漿液滲流-應力耦合擴散模型和固結體本構方程，揭示高應力環境下泥岩注漿加固機理；最後，以數值分析軟體FLAC3D為平台，通過二次開發，建立數值仿真分析方法，對高應力環境下泥岩巷道注漿加固效果進行分析評價。研究成果將為我國煤礦深部泥岩巷道和其他高應力軟岩區大型工程注漿加固的設計和施工提供理論指導。

結題摘要

本項目以淮南礦區煤礦深部巷道圍岩注漿加固工程為背景，通過理論分析、室內試驗和現場監測，對煤礦深井泥岩巷道注漿擴散模型以及注漿固結體的力學特性進行了分析研究，在此基礎上對摩爾-庫倫本構模型進行修正，開發了適合進行注漿加固評價的數值仿真分析方法。 (1)煤礦深部高應力環境下漿液擴散受應力水平和結構面的分布影響較大，在單一裂隙擴散模型基礎上，結合結構面滲流-應力耦合特性建立的滲流-應力耦合注漿擴散模型能夠較好的反映煤礦深部高應力環境下的注漿擴散規律，是注漿加固擴散模型的一種新的嘗試。 (2)注漿固結體主要包括兩種膠結模式：包裹模式和搭接模式。注漿固結體的力學特性與其膠結模式之間存在密切聯繫。孔隙率對注漿固結體的強度和變形特性有重要影響。隨著孔隙率的增加，注漿固結體的彈性模量逐漸增大，單軸抗壓強度也呈增大趨勢；相同圍壓下，隨著孔隙率的增加，注漿固結體峰值應力逐漸增加。注漿固結體的粘聚力隨著孔隙率的增大呈增長趨勢，符合對數函式關係；而內摩擦角隨孔隙率增大而減小。 (3)以摩爾-庫倫模型為基礎，通過模量修正和強度修正，建立了適合注漿固結體的修正的摩爾-庫倫本構模型，並通過FLAC3D自定義本構模型功能，建立了煤礦深部巷道注漿加固數值仿真分析方法。該方法能很好反映煤礦深部巷道注漿加固過程中的應力和位移變化特徵，可為煤礦深部巷道注漿加固設計和施工提供分析評價方法。