千米凿井工作面注浆堵水三维数值模拟研究

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1、★煤矿安全★千米凿井工作面注浆堵水三维数值模拟研究徐波王世华孔德森(1．济宁矿业集团安居煤矿，山东省济宁市，272000；2．山东科技大学，山东省青岛市，266000)摘要针对安居煤矿井筒工作面涌水量大的问题，采用ABAQUS软件建立工作面注浆三维数值模型，利用有限元计算对注浆前后的孔隙水压力、孔隙水渗流速度以及井筒涌水量进行研究分析，结果表明，工作面注浆有效地封堵了破碎围岩中的孔隙，从而封堵了水力通道，降低了围岩的渗透能力，使围岩孔隙水压力基本保持原有的状态，减小了对围岩初始状态扰动，对井壁受力及地层稳定具有积极作用。关键词工作面堵水注浆数值模拟渗流速度中图分类号TD262．62文

2、献标识码B3DnumericalsimulationresearchonblockingupwatergroutingatonethousandmetersundergroundshaftsinkingworkingfaceXuBo。WangShihua，KongDesen(1．AnjuCoalMine，JiningCoalMingingGroupCo．，Ltd，Jining，Shandongprovince272000，China；2．ShandongUniversityofScienceandTechnology，Qingdao，Shandongprovince266000，Ch

3、ina)AbstractInviewoftheissueofbigvolumeofwaterinrushatshaftsinkingworkingfaceofAnjtlcoalmine，a3DnumericalmodelisestablishedbyusingofABAQUSsoftware．Calculatedbyusingfiniteelement，researchandanalysisaremadeonporewaterpressure，seepingspeed，andwaterinrushvolumeintheshaftbeforeandaftergrouting．There

4、sultindicatesthat，work—ingfacegroutingcouldblockupporesamongthefragmentedsurroundingrockseffectively，andhenceblockupwaterpassages，reducewaterinfiltrationcapacitytothesurroundingrocks，maketheporewaterpressureinthesurroundingrockskeepingatitsoriginalstateroughlyandreducedisturbingtoit．Thesecouldp

5、layapositiveroleonstabilizingshaftwallandstratum．Keywordswaterblockingupatworkingface，grouting，numericalsimulation，seepingspeed势能作用下发生渗流。井筒注浆过程中，围岩、注1工程概况浆圈、井壁是3种不同性质的材料，三者力学参数工作面注浆技术被广泛应用于立井井筒施工建具有较大差异，渗透性相差悬殊，流体在三者孔隙设，特别是在含水层厚度大、含水丰富、水压大的中流动的规律截然不同。利用ABAQUS软件，建基岩地层中。济宁矿业集团安居煤矿副井设计深度立安居煤矿工作面注浆

6、三维数值模型。为1008m，施工掘至井深630m处出现大量涌水2．1基本假设(约110m。／h)。在井筒掘进工作面进行注浆堵水，(1)含水层是均质各向同性的，顶部和底部隔本文结合注浆实践对其进行三维数值研究分析。水层水平，受承压水作用，模型顶部水头50FI1，模型外围有常水头补给地下水。2三维数值模型的建立(2)渗流引起孔隙介质应力和变形不予考虑，岩土材料是非连续的，在岩土孔隙中存在着不考虑井筒开挖引起的变形。气、液相介质，当孑L隙连通时，流体可在不平衡的(3)围岩、注浆圈、井壁渗透系数为常数，不88中国煤炭第37卷第1期2011年1月随时间、位置而发生变化。成果确定围岩及支护结构的

7、力学参数，力学参数采2．2材料参数用加权平均法进行确定，见表1。根据安居煤矿地层特征以及注浆前后压水试验表1材料力学参数表2．3本构模型面水头为500kPa，下表面水头为2000kPa。在井考虑井筒工作面注浆堵水能够影响到的区域特壁内侧和井筒工作面设置水头为零的边界来模拟渗性，本次数值分析采用两种本构模型。流内边界的排水条件。(1)线弹性模型。线弹性模型的本构方程为：一D￡(1)式中：——应力分量，MPa；￡——应变分量，MPa；D——弹性矩阵。注浆圈及井