[發明專利]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

• 申請號: 202111038205.5
• 申請日: 2021-09-06
• 公開（公告）號: CN113914908B
• 公開（公告）日: 2023-01-17
• 發明（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）人: 中國礦業大學（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: 北京冠榆知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11666
• 代理人: 朱亞琦

本發明公開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，利用室內高應力三軸加卸載模擬系統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；利用壓水試驗系統進行深部高水壓條件下注漿帷幕有效堵水帷幕厚度確定，進行千米深豎井基巖含水層注漿堵水帷幕設計。采用物理模型試驗和數值模擬試驗研究豎井注漿帷幕損傷劣化范圍，確定開挖卸荷破壞深度；通過室內1:1高壓壓水試驗確定有效堵水帷幕厚度；最后，基于有效堵水帷幕厚度、帷幕開挖卸荷破壞深度、總注漿量最小的原則，進行深豎井注漿帷幕設計，明確地面預注漿布孔圈徑、布孔孔間距，注漿壓力等核心工藝參數。

技術領域

本發明涉及深部開采高應力條件下豎井基巖段井筒防治水技術領域。具體地說是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。

背景技術

我國礦產資源開采已進入深部開采階段。未來十年，我國將加快深井建設速度，預計超過一半的煤礦和近三分之一的金屬礦開采深度將達到或超過1000米。深部開采，建井先行。深部惡劣地質環境造成千米深豎井基巖段水害防治形式極為嚴峻。地面預注漿技術通過地面鉆孔將漿液注入含水層并驅排地下水，漿液凝固后充填封堵地層導水通道，形成注漿帷幕，避免鑿井過程中深部高壓地下水涌入井筒，豎井注漿帷幕是封堵基巖段含水層的重要防治水結構。深部“高應力、高水壓、強開挖卸荷擾動”等因素對漿液擴散范圍、注漿帷幕開挖卸荷破壞深度存在明顯影響，目前，傳統豎井注漿帷幕設計主要依靠工程經驗，忽略了開挖卸荷對注漿帷幕的損傷劣化效應，是千米深豎井潛在的水害隱患。

發明內容

為此，本發明所要解決的技術問題在于提供一種可以實現高應力、強開挖卸荷擾動條件下的豎井基巖裂隙型含水層注漿堵水帷幕設計方法。

為解決上述技術問題，本發明提供如下技術方案：

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，包括如下步驟：

(A)利用室內高應力三軸加卸載模擬系統和有限離散元數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。

上述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，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)室內高應力條件下，利用室內高應力三軸加卸載模擬系統進行豎井注漿帷幕開挖卸荷物理模型進行試驗：通過制取厚壁圓筒形豎井裂隙注漿帷幕試樣(1)，采用室內高應力三軸加卸載模擬系統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)室內條件下數值模擬分析：用有限離散元模擬方法，建立室內試驗工況下厚壁圓筒型豎井注漿帷幕數值模型，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；根據室內試驗結果校核有限離散元模擬分析方法和模型參數；

(A-3)實際地質條件下數值模擬分析：根據現場實際地質條件建立豎井注漿帷幕數值模型，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，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。

上述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，在步驟(A-1)中，厚壁圓筒形豎井裂隙注漿帷幕試樣為厚壁圓筒形，內徑Φ20mm，外徑Φ200mm，高270mm；