自膨胀高聚物注浆材料在充水裂隙中的扩散机理研究

自膨胀高聚物注浆材料已广泛应用于岩体工程防渗加固，但关于其扩散机制尚缺乏深入认识。本项目采取模型试验、理论分析和数值模拟相结合的方法研究自膨胀高聚物注浆材料在充水裂隙中的扩散机理，取得的主要成果如下： 1、研制了充水裂隙高聚物注浆模型试验装置，开展了高聚物模拟注浆系列试验，测试了不同注浆量、裂隙开度、静水压力等条件下浆液的扩散行为；试验研究了高聚物浆液流变特性和不同水压力下的膨胀特性，为开展理论分析、研究浆液扩散机制提供了实测依据。 2、以已知密度随时间变化规律的理想自膨胀浆液为对象，基于黏性流体力学理论，考虑浆液初始充填范围、裂隙开度、时间、膨胀系数等因素，推导了浆液在平面单裂隙中的径向扩散模型，并对其合理性和正确性进行了数值验证，该模型的提出对于自膨胀浆液裂隙注浆理论研究具有参考价值。 3、基于计算流体动力学理论，综合运用现代流场计算方法和移动界面追踪技术，建立了一种变密度浆液在充水裂隙中流动扩散仿真分析方法。该方法采用FVM离散浆液-水两相流动系统控制方程，用Youngs方法追踪浆液-水两相流体移动界面，用SIMPLE算法迭代求解动量离散方程和压力、速度修正方程，实现了对浆液-水两相流动系统的数值求解，为深入研究自膨胀高聚物注浆材料在裂隙岩体中的扩散机制奠定了基础。 4、结合模型试验结果，修正仿真模型参数，在此基础上模拟分析了不同条件下高聚物膨胀扩散过程，剖析了不同因素（水压力、裂隙开度、注浆量、时间）对浆液扩散行为的影响，分析了浆液运移过程和流场分布特征，探明了浆液与水的相互作用，揭示了高聚物在充水裂隙中的扩散机制。 本项目成果填补了高聚物裂隙注浆机理研究的空白，丰富了现代注浆理论，对于发展裂隙岩体水害防治高聚物注浆技术具有指导作用，在地下工程安全防护领域具有广阔的应用前景。 2100433B

本项目定位于裂隙岩体水害防治这一地下工程安全防护领域较为突出的热点问题，针对高聚物注浆理论匮乏的现状，拟采用模型试验、理论分析和数值模拟相结合的方法研究自膨胀高聚物注浆材料在充水裂隙中的扩散机理。通过开展注浆模型试验，研究水压力、裂隙开度、注浆量、时间等因素对浆液扩散形态、范围的影响；以试验结果为依据，基于聚合反应机理和粘性流体力学理论，建立高聚物在充水裂隙中的扩散模型；基于计算流体动力学理论，采用FVM离散高聚物-水两相流动系统的控制方程，用Levelset方法追踪两相流体移动界面，用SIMPLER算法迭代求解动量离散方程及压力、速度修正方程，建立高聚物在充水裂隙中膨胀扩散的仿真分析方法；以试验数据为基准，修正仿真模型参数和边界条件；通过对高聚物流动填充过程的模拟再现，研究流场分布特征，探讨浆液与水的相互作用，剖析各因素对浆液扩散行为的影响规律，揭示高聚物在充水裂隙中的运移机制。

中文名称

裂隙充水矿床

英文名称

fissure water filling deposit

定　　义

以裂隙含水层为主要充水水源的矿床。

应用学科

煤炭科技（一级学科），煤田地质与勘探（二级学科），矿床水文地质（三级学科）

《围岩孔裂隙充水承压爆破控制机理》围绕围岩孔裂隙充水承压爆破控制机理，开展了系列实验研究、理论分析及现场实践工作。介绍了承压爆破的技术内涵与优点，分析了承压水作用下的煤岩爆破和增裂过程，建立了承压爆破力学机制模型，揭示了波动传载先导破岩联合传爆介质后续膨胀挤压增裂原理，研究了承压定向爆破机理与技术，应用于坚硬煤岩预裂控制现场实践，取得了良好效果。

《围岩孔裂隙充水承压爆破控制机理》可供从事矿山开采、石油气开采、坚硬顶板控制、冲击矿压防治、低透煤岩增裂增透等研究的科技工作者、工程技术人员和高等院校相关专业师生参考使用。

自灌充水：将离心泵顶设于最低水位标高以下，启动时水靠重力充入泵体的引水方式。2100433B