采动地基注浆加固机理研究

摘要

近些年来，随着我国煤炭工业生产和矿区经济的发展，土地资源开发利用不断向深度和广度发展。充分、合理的开发利用废弃采煤塌陷区土地，对提高矿区土地利用率、缓解矿区土地资源紧张局势和确保矿区经济可持续发展有着重要的现实意义和长远意义。本文主要针对采煤沉陷区作为建筑用地开发利用时所涉及到的采动区覆岩破坏情况、采动地基活化、注浆加固机理及效果等亟待解决的问题开展研究。
　　本文在总结吸收前人研究成果的前提下以大量实验数据和现场观测资料为基础，将理论分析、数值模拟和工程实践相结合，从多个角度对采动区的覆岩破坏规律、活化机理、注浆前地基变形、不同注浆模型下地基变形以及新增建筑荷载后地基变形进行深入研究，进而探讨采动地基注浆加固机理，研究结果表明:
　　(1)上覆岩层的破坏特征及规律与开采方法、顶板管理方法、地质构造、覆岩岩性存在密切关联，在研究某一矿区覆岩破坏情况时应在参考邻近矿区地质采矿资料的前提下，有针对性的对覆岩破坏情况进行勘察与分析。
　　(2)建立了采空区注浆模型，不同的模型有不同的适用条件，采空区注浆加固在机理方面主要是通过浆液的充填、渗透、劈裂作用，将不稳定岩体胶结成稳定的结实体，从而达到抵抗外来应力的效果。
　　(3)运用数值模拟的手段对不同注浆模型进行了研究，数据结果表明，在合理选择注浆工艺的前提下，注浆可以有效地控制覆岩移动变形。
　　(4)注浆孔位、注浆压力、注浆范围等参数的确定具有一定的科学性，采用实地勘探与室内、现场试验相结合的方法对其进行了确定。
　　(5)注浆结束后，结合物探、钻探等多种手段进行检测，合理分析注浆效果，对于注浆效果较差的部分必要时应及时进行追加注浆。
　　(6)注浆结束后存在一定的不密实范围在所难免，注浆加固只是减轻了覆岩的移动变形，采空区上方的建（构）筑物也应采取适当措施以确保安全使用。
　　研究成果对采煤塌陷区工程建设利用具有重要的理论意义与实际应用价值。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 论文研究的目的和意义

1．2 采空区活化机理研究现状

1．3 注浆技术研究现状

1．3．1 注浆技术发展史

1．3．2 注浆机理、方法及材料研究现状

1．3．3 注浆技术应用研究现状

1．4 问题的提出与主要研究内容

1．4．1 问题的提出

1．4．2 本文主要研究内容

1．5 研究方法和技术路线

1．5．1 研究方法

1．5．2 技术路线

2 采空区覆岩破坏特征分析

2．1 覆岩破坏类型分析

2．2 采空区覆岩破坏高度计算

2．3 采空区覆岩破坏特征研究

2．4 娘子关电厂采空区覆岩破坏分析

2．4．1 勘探区工程概况

2．4．2 采空区覆岩特征分析

2．5 焦作中站工业集聚区采空区覆岩破坏分析

2．5．1 勘探区工程概况

2．5．2 采空区覆岩特征分析

2．6 本章小结

3 采空区活化机理及防治措施

3．1 采空区分布类型

3．1．1 长壁开采形成的采空区

3．1．2 短壁开采形成的采空区

3．2 采空区活化机理

3．2．1 长壁开采形成的采空区的活化机理

3．2．2 房柱式开采形成的采空区的活化机理

3．3 采空区活化影响因素分析

3．3．1 采空区活化内在因素分析

3．3．2 采空区活化外在因素分析

3．4 新增建筑荷载对采空区的影响分析

3．5 采动地基处理措施

3．6 本章小结

4 采动地基注浆加固机理理论研究

4．1 注浆适宜性研究

4．2 充填理论在采动地基注浆加固中的应用

4．2．1 支护作用

4．2．2 共同作用

4．2．3 充填作用

4．2．4 综合作用机理

4．3 渗透理论在采动地基注浆加固中的应用

4．4 劈裂理论在采动地基注浆加固中的应用

4．5 浆液加固机理

4．6 采动地基注浆加固模型

4．6．1 采空区全部充填注浆加固

4．6．2 裂隙带注浆加固

4．6．3 弯曲带基岩注浆加固

4．6．4 采空区带状注浆加固

4．6．5 采空区点柱式注浆加固

4．7 本章小结

5 采动地基注浆加固数值模拟研究

5．1 有限差分软件(FLAC3D)简介

5．2 模拟方法选择及流程确定

5．2．1 模拟方法的选择

5．2．2 模拟流程的确定

5．3 采空区未注浆处理时数值模拟研究

5．3．1 模型建立及参数的选取

5．3．2 数值模拟计算结果

5．3．3 计算结果分析

5．4 全部充填注浆数值模拟研究

5．4．1 模型建立及方案确定

5．4．2 数值模拟计算结果

5．4．3 计算结果分析

5．5 裂隙带注浆加固数值模拟研究

5．5．1 模型建立及方案确定

5．5．2 数值模拟计算结果

5．5．3 计算结果分析

5．6 带状注浆加固数值模拟研究

5．6．1 模型建立及方案确定

5．6．2 数值模拟计算结果

5．6．3 计算结果分析

5．7 本章小结

6 工程实例分析

6．1 项目区工程概况及地质条件

6．1．1 工程概况

6．1．2 工程地质条件

6．1．3 采空区覆岩稳定性分析

6．2 注浆工程设计及施工

6．2．1 工程目的

6．2．2 治理方案

6．2．3 治理范围确定

6．2．4 注浆参数

6．2．5 注浆施工工艺

6．3 注浆效果检测

6．3．1 注浆效果钻孔电视检测

6．3．2 注浆效果物探检测

6．4 不稳定区追加注浆及检测

6．5 本章小结

7 结论与展望

7．1 本文主要结论

7．2 展望

参考文献

致谢

作者简介