【摘要】：圍巖注漿加固是采礦工程、巖土工程等普遍采用的技術(shù)手段。隨著淺部煤炭資源的逐漸匱乏,煤炭資源的開采利用逐漸向“三深”發(fā)展,深部礦井大量出現(xiàn)。本文基于高地應(yīng)力與強(qiáng)采動(dòng)應(yīng)力作用下低滲透性深部軟巖的注漿活動(dòng)中,不產(chǎn)生劈裂的常規(guī)注漿方式由于漿液滲透范圍有限無(wú)法實(shí)現(xiàn)有效加固,而對(duì)于真三軸應(yīng)力條件下高壓劈裂注漿機(jī)理又鮮有研究的現(xiàn)狀,采用物理實(shí)驗(yàn)、理論分析等方法對(duì)巖石注漿中的壓裂效應(yīng)這一核心科學(xué)問(wèn)題進(jìn)行研究。在4000 kN真三軸實(shí)驗(yàn)框架的基礎(chǔ)上,自主設(shè)計(jì)加工了“水-漿”轉(zhuǎn)換裝置構(gòu)成真三軸注漿實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。在深部高應(yīng)力軟巖注漿的工程背景下,采用合理配比的氯丁膠乳水泥砂漿作為相似材料模擬深部軟巖,并進(jìn)行標(biāo)樣的基本力學(xué)性能測(cè)試,從基本力學(xué)性能方面論證了其相似性。利用真三軸注漿實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行了給定應(yīng)力環(huán)境下常規(guī)注漿與劈裂注漿的實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)表明:真三軸應(yīng)力條件下常規(guī)注漿并不會(huì)有劈裂裂縫產(chǎn)生,漿液滲透擴(kuò)散范圍為橢球體,在平行于最大主應(yīng)力平面上呈現(xiàn)以裸孔段的中心為中心,分別以封孔器的軸向和徑向?yàn)殚L(zhǎng)短軸的橢圓形。劈裂注漿實(shí)驗(yàn)中,根據(jù)注漿壓力變化規(guī)律,劈裂注漿過(guò)程分為劈裂的產(chǎn)生擴(kuò)展階段以及劈裂裂縫擴(kuò)展完成后隨漿液不斷注入劈裂裂縫循環(huán)開閉的滲流平衡階段。在劈裂注漿中的劈裂產(chǎn)生擴(kuò)展階段,隨著劈裂裂縫的不斷擴(kuò)展,每次主要劈裂產(chǎn)生時(shí)的注漿壓力逐次升高。真三軸應(yīng)力條件下的劈裂注漿中,仍垂直于最小主應(yīng)力s_3方向的單一劈裂。根據(jù)漿液的擴(kuò)散形態(tài)及其在劈裂裂縫平面的分布,將劈裂裂縫平面分為宏觀劈裂區(qū)、微劈裂區(qū)、滲透壓力區(qū)以及未濕潤(rùn)區(qū)共四個(gè)區(qū)域。其中劈裂裂縫由宏觀劈裂區(qū)和微劈裂區(qū)構(gòu)成,兩者通過(guò)宏觀劈裂前沿相隔。根據(jù)真三軸應(yīng)力條件下劈裂注漿的劈裂裂縫空間形態(tài)及劈裂裂縫平面內(nèi)的漿液滲透擴(kuò)散形態(tài),結(jié)合地應(yīng)力場(chǎng)作用下注漿鉆孔周邊的應(yīng)力狀態(tài)分析,建立了二維平面(垂直于中間主應(yīng)力)內(nèi)的巖石鉆孔注漿劈裂的力學(xué)模型。根據(jù)能量守恒定律,從能量耗散角度分析巖石注漿劈裂擴(kuò)展過(guò)程中的能量轉(zhuǎn)化,求解得到巖石注漿過(guò)程中啟劈壓力、擴(kuò)展壓力的計(jì)算方法。采用正交實(shí)驗(yàn)方法,在改變主應(yīng)力差、泵注排量、漿液水灰比等主要影響因素時(shí),研究其對(duì)巖石注漿中壓裂效應(yīng)的影響。得到了改變上述因素情況下,劈裂壓力、擴(kuò)展壓力的變化規(guī)律,聲發(fā)射事件數(shù)及能量的變化規(guī)律,劈裂裂縫平面擴(kuò)展以及漿液擴(kuò)散形態(tài)的變化規(guī)律。
【圖文】：

真三軸注漿實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

放大器增益 40 dB。為達(dá)到注漿的目的，在原有實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)基礎(chǔ)上，增加了“水-漿”轉(zhuǎn)換裝置如圖2-2，，裝置整體采用碳鋼制作，壁厚 20 mm，設(shè)計(jì)可承受注漿壓力 60 MPa 以上，可滿足煤巖體注漿要求。漿料腔體內(nèi)徑 110mm，采用與油水轉(zhuǎn)換器內(nèi)徑 1：1 設(shè)計(jì)，根據(jù)水的不可壓縮性，間接對(duì)注漿參數(shù)實(shí)時(shí)控制；同時(shí)，此設(shè)計(jì)也有利于數(shù)據(jù)的直接讀取，減小后期實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析的工作量。腔體長(zhǎng)度為 500 mm，容積為5 dm3，足以滿足 300×300×300 mm3規(guī)格的立方體試塊的注漿實(shí)驗(yàn)。腔體內(nèi)壁采用電鍍硬鉻層處理
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TD353

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2629587