三维注浆模型试验系统研制及应用

为研究注浆扩散规律和加固机制,研制了三维注浆模型试验系统,该系统由承载试验台、伺服稳压供水单元、注浆单元、多元信息监测单元及图像采集单元组成。该系统主要功能包括不同岩体介质中参数灵活可调的多孔注浆、多序次注浆模拟试验及被注岩体内部物理场信息实时采集,其主要优势体现在：（1）试验腔设计为组合桶式结构,密封性强,拆卸方便,利于注浆加固体细部研究;（2）多腔气动联合控制水压加载方式可提供持续稳压的地下水环境;（3）多元信息并行实时监测系统可同时采集被注岩体内不同空间位置的总压力、孔隙水压力及位移等信息,实现注浆过程中物理参量时空变化规律的研究。利用该试验系统进行黏土介质单孔注浆和多孔分序次注浆模拟试验,获得注浆压力p变化特征及土体内部力学响应规律：p - t曲线呈多个波峰-波谷旋回,表征劈裂注浆为主的加固模式;注浆荷载作用下,总压力、孔隙水压力、有效应力与注浆压力基本同步变化,注浆结束点达到峰值,其后开始衰减并逐渐趋于稳定;与单孔注浆相比,多孔、多序次注浆可显著提高土体有效应力,黏土逐渐压缩固结,力学性质改善。试验表明,黏土介质以劈裂注浆为主,不同序次浆脉间接触关系复杂,可划分为剪切劈裂、原位顺层劈裂及入侵劈裂3种基本模式;采用多孔、小注浆速率试验方法,可减小围岩扰动,增大注浆量及土体压缩固结程度,提高注浆加固效果。研究成果对揭示黏土介质注浆机制具有一定的科学价值。     

基于煤岩层与断层空间关系的防隔水煤岩柱优化计算

近断层煤层开采时,防隔水煤岩柱的正确留设是防止断层突水事故的重要措施。山东济宁三号煤矿123_上01(南)工作面西邻的F8断层落差较大,可能会沟通底部奥陶系灰岩(简称奥灰)含水层,为确保工作面安全回采,需要进行F8断层防隔水煤岩柱尺寸计算。考虑煤岩层真实产状、断层面与煤层产状的空间关系和底板承压水威胁,对《煤矿防治水细则》中断层导水条件下的防隔水煤岩柱尺寸计算方式进行改进,推导出水位到安全防隔水煤岩柱宽度(H_a)在断层面垂足处的水头高度计算公式及改进后的断层防隔水煤岩柱尺寸计算公式。对比计算结果发现:《煤矿防治水细则》原有计算公式在将煤岩层理想化为水平岩层,且取偏小的煤层底板水压值计算的情况下,计算出的F8断层煤岩柱尺寸为112 m,改进公式的计算结果为128.5 m。因改进公式考虑了实际煤岩层产状及与断层面空间关系,且水压取值位置准确,计算结果更为精确,将为矿井安全回采提供更为科学的参考依据。      

济三煤矿煤层顶板砂岩含水层富水性预测

针对济三煤矿七采区水文地质勘探程度不高,抽（放）水试验钻孔数量有限的实际情况,从岩性结构和构造发育特征出发,综合考虑砂岩厚度、砂-泥组合层数、岩心采取率以及砂岩含量等因素,构建岩性结构指数模型,同时,采用断层分维值来定量表述断层构造特征,通过信息复合建立多因素富水性指数综合评价模型,对煤层顶板含水层进行富水性分区,通过有限的实测单位涌水量数据对评价结果进行验证,取得了较好的应用效果。