[發(fā)明專利]高應力條件豎井基巖裂隙型含水層注漿堵水帷幕設計方法

有效

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• 申請日: 2021-09-06
• 公開（公告）號: CN113914908B
• 公開（公告）日: 2023-01-17
• 發(fā)明（設計）人: 周禹良;李生生;侯公羽;賀文;袁東鋒;陳振國
• 申請（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學（北京）;北京中煤礦山工程有限公司
• 主分類號: G06Q50/02
• 分類號: G06Q50/02;E21D11/38;E21D11/10;E21F17/00;E21F17/18
• 代理公司: 北京冠榆知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(特殊普通合伙) 11666
• 代理人: 朱亞琦

1.高應力條件豎井基巖裂隙型含水層注漿堵水帷幕設計方法，其特征在于，包括如下步驟：

（A）利用室內(nèi)高應力三軸加卸載模擬系統(tǒng)和有限離散元數(shù)值方法進行高應力條件下豎井裂隙型注漿帷幕開挖卸荷破壞范圍模擬分析；

（B）利用壓水試驗系統(tǒng)進行深部高水壓條件下注漿帷幕有效堵水帷幕厚度確定；

（C）利用步驟（A）和步驟（B）的試驗成果，進行千米深豎井基巖含水層注漿堵水帷幕設計；

在步驟（A）中，采用豎井注漿帷幕開挖卸荷物理模型試驗和數(shù)值模擬的方法，分析豎井注漿帷幕高應力開挖卸荷破壞范圍；具體包括如下步驟：

（A-1）室內(nèi)高應力條件下，利用室內(nèi)高應力三軸加卸載模擬系統(tǒng)進行豎井注漿帷幕開挖卸荷物理模型試驗：通過制取厚壁圓筒形豎井裂隙注漿帷幕試樣（1），采用室內(nèi)高應力三軸加卸載模擬系統(tǒng)研究高應力開挖卸荷條件下，豎井注漿帷幕損傷劣化深度和范圍；

（A-2）室內(nèi)條件下數(shù)值模擬分析：用有限離散元模擬方法，建立室內(nèi)試驗工況下厚壁圓筒形豎井注漿帷幕數(shù)值模型，采用與實驗室工況對應的初始和邊界條件，模擬分析高應力開挖卸荷條件下，厚壁圓筒形豎井注漿帷幕試樣的損傷劣化深度和范圍；根據(jù)室內(nèi)試驗結(jié)果校核有限離散元模擬分析方法和模型參數(shù)；

（A-3）實際地質(zhì)條件下數(shù)值模擬分析：根據(jù)現(xiàn)場實際地質(zhì)條件建立豎井注漿帷幕數(shù)值模型，采用步驟（A-2）中得到的校核后的有限離散元模擬分析方法和模型參數(shù)，施加實際的初始和邊界條件，模擬分析高應力開挖卸荷條件下，豎井裂隙型注漿帷幕損傷劣化深度和范圍；

在步驟（B）中，包括如下步驟：

（B-1）采用耐壓模具制作管狀十字交叉裂隙注漿體，并利用耐壓法蘭盤（2-2）將管狀十字交叉裂隙注漿體進行拼接成管狀裂隙注漿體（2-1）；

（B-2）高壓水試驗系統(tǒng)包括壓水泵（2-3）和水箱（2-4），水箱（2-4）內(nèi)水通過壓水泵（2-3）從管狀裂隙注漿體（2-1）的壓水端（2-5）的中心位置泵入進行高壓力壓水試驗，在每節(jié)管狀十字交叉裂隙注漿體上均設置有壓力表（2-7）；

（B-3）在壓水時間內(nèi)，管狀裂隙注漿體（2-1）的自由端（2-6）未發(fā)生明顯滲水，則從管狀裂隙注漿體（2-1）的壓水端（2-5）減少一節(jié)管狀十字交叉裂隙注漿體，記錄剩余管狀十字交叉裂隙注漿體總長度，重新連接高壓水試驗系統(tǒng)的壓水泵（2-3）壓水，直至管狀裂隙注漿體（2-1）的自由端（2-6）開始明顯滲水，則滿足現(xiàn)場高地下水壓力條件下，最小有效堵水帷幕厚度為發(fā)生明顯滲漏的上一次管狀十字交叉裂隙注漿體總長度；

壓水壓力為實際條件下豎井注漿帷幕面臨的最大地下水壓力，壓水時間為72h-120h；

在步驟（C）中，包括如下步驟：

（C-1）設計豎井井筒地面預注漿布孔圈徑，在開挖荒徑基礎(chǔ)上，考慮高應力開挖卸荷破壞深度，得到有效堵水帷幕的內(nèi)側(cè)邊界，布孔圈徑在有效堵水帷幕內(nèi)側(cè)邊界外1.0到2.0m，從而得到布孔圈徑；

（C-2）設計豎井井筒地面預注漿孔間距，根據(jù)漿液有效擴散距離和有效堵水帷幕厚度，調(diào)整鉆孔孔間距，使得有效堵水帷幕厚度得到保障，同時考慮分序施工原則，合理設置孔間距和鉆孔數(shù)目；

（C-3）確定注漿帷幕內(nèi)半徑和外半徑，并根據(jù)漿液擴散范圍設計漿液注入量；

漿液注入量根據(jù)漿液有效徑向擴散距離和注漿段平均裂隙率，應用如下公式進行計算：

Q=AV nβ/m

式中：Q為漿液注入量，m³；A為漿液超擴散消耗系數(shù)，取1.3～1.5；V為待注漿的圍巖體積，m³；m為漿液結(jié)石率，取0.5～0.85；β為漿液充填系數(shù)，取0.95；n為巖層平均裂隙率，根據(jù)地層情況確定；

待注漿的圍巖體積V近似為圍繞井筒中心的圓筒，圓筒內(nèi)徑為布孔圈徑減去漿液擴散距離，圓筒外徑為布孔圈徑加上漿液擴散距離，待注漿的圍巖體積V為：

V=π(R₂²- R₁²)H/4

R₁為注漿帷幕內(nèi)邊界半徑，m，R₁＝r－L；R₂為注漿帷幕外邊界半徑，m，R₂＝r＋L；r為注漿孔布孔半徑，m；L為漿液擴散距離 ，m，H為注漿總段高，m。