自膨脹高聚物注漿材料在充水裂隙中的擴(kuò)散機(jī)理研究結(jié)題摘要

自膨脹高聚物注漿材料已廣泛應(yīng)用于巖體工程防滲加固，但關(guān)于其擴(kuò)散機(jī)制尚缺乏深入認(rèn)識(shí)。本項(xiàng)目采取模型試驗(yàn)、理論分析和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法研究自膨脹高聚物注漿材料在充水裂隙中的擴(kuò)散機(jī)理，取得的主要成果如下： 1、研制了充水裂隙高聚物注漿模型試驗(yàn)裝置，開展了高聚物模擬注漿系列試驗(yàn)，測(cè)試了不同注漿量、裂隙開度、靜水壓力等條件下漿液的擴(kuò)散行為；試驗(yàn)研究了高聚物漿液流變特性和不同水壓力下的膨脹特性，為開展理論分析、研究漿液擴(kuò)散機(jī)制提供了實(shí)測(cè)依據(jù)。 2、以已知密度隨時(shí)間變化規(guī)律的理想自膨脹漿液為對(duì)象，基于黏性流體力學(xué)理論，考慮漿液初始充填范圍、裂隙開度、時(shí)間、膨脹系數(shù)等因素，推導(dǎo)了漿液在平面單裂隙中的徑向擴(kuò)散模型，并對(duì)其合理性和正確性進(jìn)行了數(shù)值驗(yàn)證，該模型的提出對(duì)于自膨脹漿液裂隙注漿理論研究具有參考價(jià)值。 3、基于計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)理論，綜合運(yùn)用現(xiàn)代流場(chǎng)計(jì)算方法和移動(dòng)界面追蹤技術(shù)，建立了一種變密度漿液在充水裂隙中流動(dòng)擴(kuò)散仿真分析方法。該方法采用FVM離散漿液-水兩相流動(dòng)系統(tǒng)控制方程，用Youngs方法追蹤漿液-水兩相流體移動(dòng)界面，用SIMPLE算法迭代求解動(dòng)量離散方程和壓力、速度修正方程，實(shí)現(xiàn)了對(duì)漿液-水兩相流動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)值求解，為深入研究自膨脹高聚物注漿材料在裂隙巖體中的擴(kuò)散機(jī)制奠定了基礎(chǔ)。 4、結(jié)合模型試驗(yàn)結(jié)果，修正仿真模型參數(shù)，在此基礎(chǔ)上模擬分析了不同條件下高聚物膨脹擴(kuò)散過程，剖析了不同因素（水壓力、裂隙開度、注漿量、時(shí)間）對(duì)漿液擴(kuò)散行為的影響，分析了漿液運(yùn)移過程和流場(chǎng)分布特征，探明了漿液與水的相互作用，揭示了高聚物在充水裂隙中的擴(kuò)散機(jī)制。 本項(xiàng)目成果填補(bǔ)了高聚物裂隙注漿機(jī)理研究的空白，豐富了現(xiàn)代注漿理論，對(duì)于發(fā)展裂隙巖體水害防治高聚物注漿技術(shù)具有指導(dǎo)作用，在地下工程安全防護(hù)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。 2100433B

本項(xiàng)目定位于裂隙巖體水害防治這一地下工程安全防護(hù)領(lǐng)域較為突出的熱點(diǎn)問題，針對(duì)高聚物注漿理論匱乏的現(xiàn)狀，擬采用模型試驗(yàn)、理論分析和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法研究自膨脹高聚物注漿材料在充水裂隙中的擴(kuò)散機(jī)理。通過開展注漿模型試驗(yàn)，研究水壓力、裂隙開度、注漿量、時(shí)間等因素對(duì)漿液擴(kuò)散形態(tài)、范圍的影響；以試驗(yàn)結(jié)果為依據(jù)，基于聚合反應(yīng)機(jī)理和粘性流體力學(xué)理論，建立高聚物在充水裂隙中的擴(kuò)散模型；基于計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)理論，采用FVM離散高聚物-水兩相流動(dòng)系統(tǒng)的控制方程，用Levelset方法追蹤兩相流體移動(dòng)界面，用SIMPLER算法迭代求解動(dòng)量離散方程及壓力、速度修正方程，建立高聚物在充水裂隙中膨脹擴(kuò)散的仿真分析方法；以試驗(yàn)數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，修正仿真模型參數(shù)和邊界條件；通過對(duì)高聚物流動(dòng)填充過程的模擬再現(xiàn)，研究流場(chǎng)分布特征，探討漿液與水的相互作用，剖析各因素對(duì)漿液擴(kuò)散行為的影響規(guī)律，揭示高聚物在充水裂隙中的運(yùn)移機(jī)制。

中文名稱

裂隙充水礦床

英文名稱

fissure water filling deposit

定　　義

以裂隙含水層為主要充水水源的礦床。

應(yīng)用學(xué)科

煤炭科技（一級(jí)學(xué)科），煤田地質(zhì)與勘探（二級(jí)學(xué)科），礦床水文地質(zhì)（三級(jí)學(xué)科）

《圍巖孔裂隙充水承壓爆破控制機(jī)理》圍繞圍巖孔裂隙充水承壓爆破控制機(jī)理，開展了系列實(shí)驗(yàn)研究、理論分析及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐工作。介紹了承壓爆破的技術(shù)內(nèi)涵與優(yōu)點(diǎn)，分析了承壓水作用下的煤巖爆破和增裂過程，建立了承壓爆破力學(xué)機(jī)制模型，揭示了波動(dòng)傳載先導(dǎo)破巖聯(lián)合傳爆介質(zhì)后續(xù)膨脹擠壓增裂原理，研究了承壓定向爆破機(jī)理與技術(shù)，應(yīng)用于堅(jiān)硬煤巖預(yù)裂控制現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，取得了良好效果。

《圍巖孔裂隙充水承壓爆破控制機(jī)理》可供從事礦山開采、石油氣開采、堅(jiān)硬頂板控制、沖擊礦壓防治、低透煤巖增裂增透等研究的科技工作者、工程技術(shù)人員和高等院校相關(guān)專業(yè)師生參考使用。

自灌充水：將離心泵頂設(shè)于最低水位標(biāo)高以下，啟動(dòng)時(shí)水靠重力充入泵體的引水方式。2100433B