定向区域注浆三维模拟试验系统研制及应用

• Published in: 煤炭科学技术 Vol. 51; no. 7; pp. 179 - 186
• Main Authors: 陈军涛, 朱君, 刘磊, 李文昕, 李光强, 张毅, 李昊
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点试验室,北京 100013%山东能源新汶矿业集团有限责任公司邱集煤矿,山东德州 251105%山东科技大学能源与矿业工程学院,山东青岛 266590 01.07.2023; 山东科技大学矿业工程国家级试验教学示范中心,山东青岛 266590%山东科技大学能源与矿业工程学院,山东青岛 266590; 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点试验室,北京 100013; 山东科技大学能源与矿业工程学院,山东青岛 266590
• Subjects: 浆液扩散; three-dimensional simulation test system; slurry diffusion; regionalization simulation; 三维模拟试验系统; 定向注浆; 区域化模拟; slurry-water displacement; 浆液-水驱替; directional grouting
• ISSN: 0253-2336
• DOI: 10.13199/j.cnki.cst.2023-0349

TD745; 定向区域注浆改造含水层是矿井水害防治的有效途径之一.为研究定向区域注浆浆液扩散规律,自主研制了定向区域注浆三维模拟试验系统.该系统主要由试验台、注浆系统、注水系统及数据监测等子系统组成,可实现定向钻孔注浆模拟、浆液三维扩散模拟、高承压水模拟和区域化注浆模拟等功能.系统可独立控制注浆孔单元,实现多孔、多序次注浆,借助 6个注浆孔模拟不同注浆压力、浆液黏度、注浆速率、水灰比等多种参数影响下的浆液流动过程,并可实现动/静(高)水压环境下浆液扩散过程的实时监测.以 200、250、300 mm模拟裸孔长度为研究对象,初步探究了定向注浆作用下裸孔注浆浆液扩散的特征及其效果.研究发现:在仅有裸孔长度为变量的情况下,浆液扩散范围不会随裸孔长度的线性增加而同步线性增加;短裸孔的浆液结石体呈现以钻探裸孔为轴心的圆柱状,长裸孔的浆液结石体呈现以钻探裸孔为轴心的圆台状;裸孔增加相同的长度,裸孔越长,浆液在裸孔两端的扩散范围差值越大,同时压力损失越多,浆液扩散的距离越小.将试验所得浆液扩散半径与Maag公式计算所得浆液扩散半径进行对比,发现注浆裸孔长度为 200 mm时,两数值仅相差2.8%,试验结果符合Maag球形扩散理论规律,验证了本试验系统的科学性与合理性.