高应力条件竖井基岩裂隙型含水层注浆堵水帷幕设计方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113914908A(43)申请公布日2022.01.11(21)申请号202111038205.5(22)申请日2021.09.06(71)申请人中国矿业大学（北京）地址100083北京市海淀区学院路丁11号申请人北京中煤矿山工程有限公司(72)发明人周禹良李生生侯公羽贺文袁东锋陈振国(74)专利代理机构北京冠榆知识产权代理事务所(特殊普通合伙)11666代理人朱亚琦(51)Int.Cl.E21D11/38(2006.01)E21D11/10(2006.01)E21F17/00(2006.01)E21F17/18(2006.01)权利要求书3页说明书6页附图3页(54)发明名称高应力条件竖井基岩裂隙型含水层注浆堵水帷幕设计方法(57)摘要本发明公开高应力条件竖井基岩裂隙型含水层注浆堵水帷幕设计方法，利用室内高应力三轴加卸载模拟系统进行高应力条件下竖井裂隙型注浆帷幕开挖卸荷破坏范围模拟分析；利用压水试验系统进行深部高水压条件下注浆帷幕有效堵水帷幕厚度确定，进行千米深竖井基岩含水层注浆堵水帷幕设计。采用物理模型试验和数值模拟试验研究竖井注浆帷幕损伤劣化范围，确定开挖卸荷破坏深度；通过室内1:1高压压水试验确定有效堵水帷幕厚度；最后，基于有效堵水帷幕厚度、帷幕开挖卸荷破坏深度、总注浆量最小的原则，进行深竖井注浆帷幕设计，明确地面预注浆布孔圈径、布孔孔间距，注浆压力等核心工艺参数。CN113914908ACN113914908A权利要求书1/3页1.高应力条件竖井基岩裂隙型含水层注浆堵水帷幕设计方法，其特征在于，包括如下步骤：(A)利用室内高应力三轴加卸载模拟系统和有限离散元数值方法进行高应力条件下竖井裂隙型注浆帷幕开挖卸荷破坏范围模拟分析；(B)利用压水试验系统进行深部高水压条件下注浆帷幕有效堵水帷幕厚度确定；(C)利用步骤(A)和步骤(B)的试验成果，进行千米深竖井基岩含水层注浆堵水帷幕设计。2.根据权利要求1所述的高应力条件竖井基岩裂隙型含水层注浆堵水帷幕设计方法，其特征在于，在步骤(A)中，采用竖井注浆帷幕开挖卸荷物理模型试验和数值模拟的方法，分析竖井注浆帷幕高应力开挖卸荷破坏范围；具体包括如下步骤：(A‑1)室内高应力条件下，利用室内高应力三轴加卸载模拟系统进行竖井注浆帷幕开挖卸荷物理模型进行试验：通过制取厚壁圆筒形竖井裂隙注浆帷幕试样(1)，采用室内高应力三轴加卸载模拟系统研究高应力开挖卸荷条件下，竖井注浆帷幕损伤劣化深度和范围；(A‑2)室内条件下数值模拟分析：用有限离散元模拟方法，建立室内试验工况下厚壁圆筒型竖井注浆帷幕数值模型，采用与实验室工况对应的初始和边界条件，模拟分析高应力开挖卸荷条件下，厚壁圆筒形竖井注浆帷幕试样的损伤劣化深度和范围；根据室内试验结果校核有限离散元模拟分析方法和模型参数；(A‑3)实际地质条件下数值模拟分析：根据现场实际地质条件建立竖井注浆帷幕数值模型，采用步骤(A‑2)中得到的校核后的有限离散元模拟分析方法和模型参数，施加实际的初始和边界条件，模拟分析高应力开挖卸荷条件下，竖井裂隙型注浆帷幕损伤劣化深度和范围。3.根据权利要求2所述的高应力条件竖井基岩裂隙型含水层注浆堵水帷幕设计方法，其特征在于，在步骤(A‑1)中，厚壁圆筒形竖井裂隙注浆帷幕试样(1)为厚壁圆筒形，内径Φ20mm，外径Φ200mm，高270mm；室内高应力三轴加卸载模拟系统：包括刚性加载腔侧壁(2)、底座(3)、轴压伺服系统(6)、上压板(5)、下压板(4)，所述底座(3)与所述刚性加载腔侧壁(2)的下部连接；所述下压板(4)安装在所述底座(3)的上表面，所述轴压伺服系统(6)安装在所述刚性加载腔侧壁(2)的顶部；所述底座(3)、所述刚性加载腔侧壁(2)和所述轴压伺服系统(6)围成的空间为高压加载腔(12)；所述轴压伺服系统(6)的动力输出端与所述上压板(5)固定连接，且所述上压板(5)位于所述下压板(4)的正上方；所述上压板(5)与所述下压板(4)之间放置厚壁圆筒形竖井裂隙注浆帷幕试样(1)；外油压伺服系统通过穿过所述底座(3)的外油压管(9)与厚壁圆筒形竖井裂隙注浆帷幕试样(1)的外壁和所述高压加载腔(12)构成的空间导通；内油压伺服系统通过穿过所述底座(3)和下压板(4)、并自所述高压加载腔(12)内穿过所述上压板(5)侧壁、自所述上压板(5)的下底壁中心处穿出的内油压管(7)与所述厚壁圆筒形竖井裂隙注浆帷幕试样(1)的内腔导通。4.根据权利要求3所述的高应力条件竖井基岩裂隙型含水层注浆堵水帷幕设计方法，其特征在于，将所制备的厚壁圆筒形竖井裂隙注浆帷幕试样(1)置于室内高应力三轴加卸载模拟系统的上压板(5)和下压板(4)之间的高压加载腔(1