深孔帷幕灌浆技术参数研究

论文摘要

矿区地下水治理是开采深埋矿体的关键和难点所在,与传统的地表疏干排水方法相比,帷幕灌浆堵水防渗技术既能较好的保护地下水资源和水环境,又能大幅度降低工程造价,使矿山做到安全、经济和环保开采。故随着我国矿产资源开采步伐的不断加快,帷幕灌浆技术在深部矿山堵水防渗中的应用也越来越多。灌浆技术参数是帷幕灌浆技术的核心,是防渗帷幕能否发挥其堵水防渗作用的关键。理想的帷幕灌浆参数既可使地下防渗幕墙满足防渗要求,又能节省工程造价、保护水资源和水环境。因此,从质量安全、工程经济的角度,确定合适的、合理的灌浆参数对深部矿山堵水防渗工程而言具有十分显著的现实意义,而研究灌浆参数的确定、验证及优化方法对深孔帷幕灌浆技术的发展则具有非常重要的理论价值。本文以在建的“亚洲第一帷幕”中关铁矿帷幕灌浆工程为例,选取灌浆压力和扩散半径两个主控参数为研究对象,以中关铁矿灌浆试验为基础,结合理论计算、经验计算和数值模拟结果,对深孔帷幕灌浆参数的确定、验证及优化方法进行了研究。在对帷幕灌浆的发展及现状进行了回顾之后,本文总结、分析了灌浆参数在理论、试验和数值模拟等方面的研究现状与存在的不足,由此创造性提出确定深孔帷幕灌浆最优参数的“1+3综合法”,并拟从灌浆试验、理论计算、经验计算和数值模拟四个方面对灌浆压力和扩散半径（孔距）等主控参数的确定、验证和优化进行较深入的分析与研究。根据上述研究思路,本文接着对灌浆压力的组成、计算和选择标准等进行了讨论和分析,对浆液扩散半径的确定标准、理论和经验计算公式进行较深入分析和研究,并得到改进后的扩展隆巴迪公式。接着,以中关铁矿两次帷幕灌浆试验为研究主体,对灌浆试验效果及两个主控参数值进行了研究。在灌浆效果分析之后,对灌浆经验压力、控制压力、设计压力和实际压力等进行了详细讨论、分析,得出了深孔帷幕灌浆压力值的确定方法与思路；并据灌浆效果得出两次灌浆试验的浆液扩散半径值（灌浆孔距）仍偏于保守的结论。介于此,本文利用（扩展）隆巴迪公式、经验公式对两次灌浆所得的灌浆压力和扩散半径值进行了验证,并综合考虑、分析试验值与验证值,最终得出了浆液扩散半径（孔距）的优化建议值。并运用数值模拟方法对灌浆试验过程的灌浆压力和浆液扩散情况进行了模拟,对灌浆试验结果进行了补充验证。本文最终达到了两个预期研究目的：第一,给出了中关铁矿帷幕灌浆工程的灌浆主控参数优化值（灌浆压力与扩散半径）建议取值范围；第二,证实了采用“1+3综合法”来确定、验证及优化灌浆压力、扩散半径等深孔帷幕灌浆参数是可行的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 帷幕灌浆技术发展概述
• 1.2.1 灌浆技术发展概况
• 1.2.2 我国矿山深孔帷幕灌浆发展概况
• 1.3 帷幕灌浆参数研究现状及存在问题
• 1.3.1 灌浆参数理论公式
• 1.3.2 灌浆参数现场试验
• 1.3.3 灌浆参数仿真试验
• 1.4 深孔帷幕灌浆的主要特点
• 1.5 研究内容及意义
• 1.5.1 研究内容
• 1.5.2 研究意义
• 第二章 深孔帷幕灌浆工程分析
• 2.1 中关铁矿工程概况
• 2.2 区域地质条件
• 2.2.1 地层条件
• 2.2.2 地质构造
• 2.2.3 水文地质条件
• 2.3 帷幕灌浆方案论证
• 2.3.1 矿产开采现存问题
• 2.3.2 堵水方案选择
• 2.3.3 帷幕注浆止水的可行性分析
• 2.4 中关铁矿帷幕灌浆工程
• 2.4.1 帷幕线地质概况
• 2.4.2 灌浆帷幕设计
• 2.5 矿山堵水帷幕防渗标准
• 2.5.1 防渗标准的确定
• 2.5.2 中关铁矿帷幕灌浆防渗标准
• 第三章 深孔帷幕灌浆机制及主控参数研究
• 3.1 深孔帷幕灌浆机理
• 3.1.1 帷幕灌浆四种机制
• 3.1.2 深孔灌浆机制分析
• 3.1.3 深孔帷幕灌浆基本理论
• 3.2 帷幕灌浆主要技术参数
• 3.3 帷幕灌浆压力研究
• 3.3.1 灌浆压力的组成及分类
• 3.3.2 灌浆压力的选择和确定
• 3.3.3 确定灌浆压力的经验法则
• 3.4 浆液扩散半径研究
• 3.4.1 扩散半径与孔距
• 3.4.2 隆巴迪公式
• 3.4.3 扩展隆巴迪公式
• 3.4.4 经验公式
• 3.5 灌浆参数的确定、验证及优化方法研究
• 3.6 帷幕灌浆参数的程序化计算
• 第四章 深孔帷幕灌浆试验及参数分析
• 4.1 两次帷幕灌浆试验概况
• 4.2 灌浆试验基本参数设计
• 4.3 帷幕灌浆试验效果分析
• 4.3.1 第一次帷幕灌浆试验效果分析
• 4.3.2 第二次帷幕灌浆试验效果分析
• 4.3.3 两次试验灌浆效果综合统计分析
• 4.4 灌浆试验压力研究及分析
• 4.4.1 灌浆压力的计算
• 4.4.2 灌浆经验压力值
• 4.4.3 灌浆控制压力值
• 4.4.4 灌浆设计压力值
• 4.4.5 实际灌浆压力值
• 4.4.6 推算灌浆压力值
• 4.5 第一次灌浆试验主控参数分析
• 4.5.1. 灌浆压力
• 4.5.2 孔距及扩散半径
• 4.6 第二次灌浆试验主控参数分析
• 第五章 帷幕灌浆参数验证及优化
• 5.1 （扩展）隆巴迪公式验证
• 5.2 经验公式验证
• 5.3 深孔帷幕灌浆参数综合优化
• 5.4 帷幕灌浆数值模拟验证
• 5.4.1 UDEC数值模拟方法介绍
• 5.4.2 灌浆过程在UDEC中的实现
• 5.4.3 帷幕灌浆模型设计
• 5.4.4 模型基本参数选取
• 5.4.5 裂隙内灌浆压力数值模拟
• 5.4.6 裂隙内浆液扩散数值模拟
• 5.4.7 灌浆试验值辅助验证
• 5.4.8 灌浆数值模拟的应用
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 主要创新点
• 6.3 展望
• 致谢
• 参考文献