矿井溃砂地质灾害化学注浆治理机制与过程监控

矿井溃砂地质灾害对煤矿井筒、巷道、采场等安全构成了严重威胁，本项目以近松散层采煤水砂突涌机制及开采上限决策模型研究（国家自然科学基金，已结题）取得的矿井水砂灾害认识为新起点，在水土相互作用理论指导下，通过模拟实验、现场监测和理论分析，研究化学注浆在治理矿井溃砂地质灾害时浆液与水砂耦合作用的渗流场、化学场、温度场的特征，获得可注性与含水砂层工程地质及赋存环境之间的关系，建立溃砂灾害产生及治理的工程地质模式，明确化学浆液在不同工程地质特性的含水砂层中劈裂、扩散、渗透的机理及预聚脲醛树脂等注浆材料在含水砂层突涌环境下的凝固机理、主要性能与调控机制以及温度、压力、水动力条件等对凝固时间和强度的影响，采用现代传感和信息采集技术对注浆压力、注浆量、浆液扩散情况实施全程监控；研究浆液扩散的微观机理并发展注浆效果微观检验手段，为有效防治矿井溃砂重大安全事故奠定理论基础。 2100433B

2021年，地质灾害调查与治理施工列入《职业教育专业目录（2021年）》。 2100433B

注浆成型过程空心注浆

空心注浆是将泥浆注入模型，待泥浆在模型中停留一段时间形成所需的注件后，倒出多余的泥浆而形成空心注件的注浆方法。空心注浆利用石膏模型单面吸浆，所以也称单面注浆。模型工作面的形状决定坯件的外形，坯体厚度取决于泥浆在模型中的停留时间。一般适用于浇注壶、罐、瓶等空心器皿及艺术陶瓷制品。图1为空心注浆花瓶的操作示意图。

空心注浆用的泥浆，其密度一般都比实心注浆时要小些，为1.65~1.8g/cm³。泥浆的稳定性要求高，含水率在31%~34%，触变性不宜过高，细度较细，万孔筛筛余量为0.50~1%。在注浆操作时，首先应将模型工作面清扫干净，不得留有干泥或灰尘。装配好的模型如有较大缝隙，应用软泥将合缝处的缝隙堵死，以免漏浆。模型的含水率应保持在5%左右。适当加热模型可以加快水分的扩散，对吸浆有利，但有一个限度，否则适得其反。进浆时，浇注速度和泥浆压力不宜过大，以免注件表面产生缺陷，并应使模型中的空气随泥浆的注入而排走，适合脱模的坯体含水率由实际情况来定，一般在18%左右。

注浆成型过程实心注浆

实心注浆是泥浆注入两石膏模面之间（模型与模芯）的空穴中，泥浆被模型与模芯的工作面吸水，由于泥浆中水分不断被吸收而形成坯泥，注入的泥浆面就会不断下降，因此注浆时必须陆续补充泥浆，直到空穴中的泥浆全部变为坯件为止。显然坯体厚度由模型与模芯之间的距离来决定，因此，它没有多余的余浆被倒出，如图2所示。

实心注浆所用的泥浆相对密度较高，触变性较大，细度可稍粗，万孔筛筛余量1%~2%，与空心注浆所用泥浆的具体性能比较见图3。

实心注浆可以缩短坯体的形成过程，制品的壁厚也可以得到控制，更可以制造两面有花纹及尺寸大而外形比较复杂的制品。但是，实心注浆的模型比较复杂，而且与空心注浆一样，注件的均匀性并不理想，远离模面处致密度小。实心注浆操作时，为了得到致密的坯体，当泥浆注入模型后，必须振荡几下，使泥浆填充模型空穴各处，同时也有利于气泡的逸出。另外，必须预留排出空气的通路。

土石坝与堰塞坝溃决机理与溃坝过程模拟是一门涉及岩土力学、水力学与泥沙运动理论的新兴学科，近年来日益频繁发生的极端气候现象和地震，促进了该学科的快速发展。陈生水编著的《土石坝溃决机理与溃坝过程模拟》首先根据国内外典型溃坝案例调查资料，总结分析了土石坝的溃决原因及溃坝特征；重点介绍了国内外在土石坝与堰塞坝形成和溃决机理及溃坝过程模拟领域的研究进展，特别是作者在土石坝三种主要坝型和堰塞坝溃坝离心模型试验和漫顶与渗透破坏溃坝过程数值模拟方面的最新研究成果；最后介绍了国内外溃坝洪水演进数值模拟方法及常用计算机软件，给出了研究成果在水库大坝溃坝洪水风险图编制中的应用实例。

《土石坝溃决机理与溃坝过程模拟》可供从事土石坝工程安全专业的研究和管理人员参考，也可作为水利工程等相关专业本科生、研究生的教材或参考书。