奥陶系灰岩顶部劈裂注浆裂隙起裂机制PFC数值分析

作者：柳昭星; 张旗

来源：煤田地质与勘探, 2023, 51(10): 72-85.

• 底板区域治理
• 奥陶系灰岩顶部
• 劈裂注浆
• 裂隙起裂机制
• PFC数值分析

超前区域注浆是煤层底板灰岩水害防治的有效手段，而注浆工程中的劈裂注浆过程是决定注浆效果的关键环节，但由于对受注灰岩地层裂隙起裂机制认识不清，致使劈裂注浆过程中注浆压力、浆液水灰比等参数缺少有效控制，难以保证注浆效果。针对上述问题，利用颗粒元(Particle Flow Code,PFC)数值模拟软件，考虑浆液水灰比、地应力水平、弱面和裂隙的倾角和宽度等因素，开展奥陶系灰岩顶部劈裂注浆数值模拟计算。结果表明：在弱面和裂隙条件下起裂压力均随浆液水灰比(1∶1、2∶1、3∶1)的增大而减小，随最大主应力与最小主应力差值(9、12、15 MPa)的减小而增大，随弱面或裂隙宽度(3、8、15 mm)及其与最大主应力夹角(30°、60°、90°)的增大而减小；起裂裂隙沿平行于最大主应力方向延展；起裂压力值随弱面与基质强度比(0.30、0.03)的减小而减小，当弱面强度较高时，起裂压力大于裂隙条件下的起裂压力，而且沿着基质起裂；当注浆孔置于弱面两端或裂隙中间时，起裂裂隙沿弱面或裂隙的两端起裂，当注浆孔置于弱面中间位置时，起裂裂隙沿中间位置的基质起裂。研究结果有助于底板水害超前区域改造劈裂注浆的有效控制，指导注浆参数的选取，为解放深部煤炭资源提供技术支撑。

• 单位
  中煤科工集团西安研究院有限公司; 建筑工程学院; 武汉大学