裂隙岩体注浆浆液运移动力学机理与影响因素研究

论文摘要

目前,我国浅部煤炭资源日益枯竭,由于深部煤炭资源开采的水文地质条件复杂,对矿井防治水技术提出了更高的要求。注浆封堵技术作为矿井水害防治的主要方法,经过多年的探索已取得长足的发展,但由于其理论研究的相对滞后,使注浆效果很难得到保证,因此开展注浆理论方面的研究,对科学指导注浆参数的确定、注浆工程方案设计、提高工程质量具有重要意义。本文通过对浆液在饱水裂隙岩体中运移的动力学机理进行研究,推导了宾汉姆型浆液在饱水裂隙岩体中的扩散方程,并对模型求解及参数的确定进行了探讨。论文从理论上分析了注浆孔半径、岩体空隙率、浆液粘滞系数、岩体渗透系数及启动压力梯度对浆液扩散的影响程度,发现启动压力梯度是影响宾汉姆型浆液扩散的最关键参数。此外,论文还对浆液扩散过程中的沿程阻力损失影响因素及影响特征进行了分析,得出了浆液克服静切力τ0是造成的沿程阻力损失的主要因素这一重要结论,揭示了宾汉姆型浆液在裂隙岩体内的运动实质。最后,利用研究成果对东山煤矿陷落柱注浆工程进行了注浆参数的优化设计,结果表明优化后的注浆设计效果良好,具有实际应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 前言
• 1.1 问题的提出与意义
• 1.2 注浆技术与理论的研究现状
• 1.2.1 注浆的概念
• 1.2.2 注浆技术的发展历史
• 1.2.3 注浆理论研究现状
• 1.3 注浆技术在防治矿井水害中的应用及存在的主要问题
• 1.4 本论文研究的主要内容及技术路线
• 1.4.1 主要内容
• 1.4.2 技术路线
• 2 浆液的流变性能及岩体的可灌性研究
• 2.1 浆液的流变性能
• 2.1.1 流变性及分类
• 2.1.2 注浆浆液流型的确定
• 2.1.3 浆液流型随时间的变化特征
• 2.1.4 流变参数的时变特征
• 2.2 岩体的可灌性
• 2.2.1 可灌性定义
• 2.2.2 可灌比定义
• 2.2.3 岩体灌浆准则
• 2.2.4 影响裂隙岩体可灌性的主要因素
• 2.3 小结
• 3 饱水单裂隙注浆影响因素分析
• 3.1 受注单裂隙中水的排出条件
• 3.2 牛顿型流体单裂隙模型注浆影响因素分析
• 3.3 小结
• 4 宾汉姆型浆液的渗流规律
• 4.1 单管道内液流
• 4.2 两平面间的结构液体流动
• 4.3 平面裂缝间环形流动研究
• 4.4 球形渗透扩散
• 4.5 柱形渗透扩散
• 4.6 小结
• 5 饱水裂隙岩体注浆模型及主要影响参数分析计算
• 5.1 有效注浆压力计算
• 5.1.1 浆液自重产生的净增压力的确定
• 5.1.2 浆液在饱水裂隙岩体中扩散时的沿程阻力损失
• 5.2 饱水裂隙岩体浆液扩散模型
• 5.3 不同参数对注浆浆液扩散的影响
• 5.3.1 方程的求解
• 5.3.2 模型中各参数的确定
• 5.3.3 注浆模型中各参数对注浆扩散半径的影响
• 5.4 注浆压力与浆液扩散半径及时间的关系
• 5.4.1 不同注浆压力下注浆时间与浆液扩散半径分析
• 5.4.2 当注浆时间及浆液扩散半径给定时的控制注浆
• 5.5 小结
• 6 工程应用研究
• 6.1 注浆设计工作流程
• 6.2 模型在东山煤矿陷落柱注浆中的应用
• 6.2.1 工程基本情况
• 6.2.2 注浆先期方案设计
• 6.2.3 注浆方案优化
• 6.2.4 注浆效果检验
• 6.3 小结
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 不足与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录