倾斜裂隙中宾汉姆流体非稳定浆液运移机理

作     者：徐斌 董书宁 尹尚先 戴振学 李树霞 张润畦 XU Bin;DONG Shuning;YIN Shangxian;DAI Zhenxue;LI Shuxia;ZHANG Runqi

作者机构：华北科技学院河北省矿井灾害防治重点实验室北京101601 中煤科工西安研究院(集团)有限公司陕西西安710054 吉林大学建设工程学院吉林长春130026 中国矿业大学(北京)地球科学与测绘学院北京100083 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(51974126,51774136) 中央高校基本科研业务费资助项目(3142020002) 

出 版 物：《煤炭学报》 (Journal of China Coal Society)

年 卷 期：2022年第47卷第11期

页      码：4083-4093页

摘      要：水泥基宾汉姆流体浆液在倾斜裂隙中的扩散范围确定直接影响注浆工程参数的选择。为研究宾汉姆流体浆液扩散半径计算理论,根据宾汉姆流体浆液运移过程中具有“浆-水”分离的非稳定特性,建立宾汉姆流体浆液改进的分层充填物理模型,并使用物理模拟方法验证分层充填假设的可靠性;基于以上改进的物理模型,提出“有效扩散半径”和“无效扩散半径”的概念;利用改进的分层充填物理模型和N-S方程推导了宾汉姆流体浆液在粗糙倾斜裂隙中的有效扩散半径理论公式,该理论模型考虑了注浆压差、裂隙倾角、裂隙隙宽、裂隙粗糙程度4个主控因子对浆液扩散半径的影响;考虑到注浆工程中通常将沿裂隙走向“有效扩散半径”作为设计依据,进一步推导了对宾汉姆流体浆液方位角θ=90°时“有效扩散半径”的解析解;为了验证改进的分层充填物理模型和方位角θ=90°时“浆液扩散半径”的解析解的可靠性,将其与常规理论模型进行比较,并使用数值模拟的方法对“有效扩散半径”的计算值进行验证。室内浆液扩散试验表明,水泥基宾汉姆浆液运移时确实有分层分区运移的现象,浆液在平面上的分布可分为3个区域:浆液混合区、分层扩散区、分层扩散前锋面区,这一现象与数值模拟中浆液在最后一层充填时有明显的密度分区现象比较一致;裂隙中有效扩散半径取决于最后一层充填时裂隙宽度、注浆压差、裂隙粗糙度等参数,而非注浆参数和裂隙介质参数的初始值;与现有常用模型相比,改进后的宾汉姆流体浆液沿裂隙走向“最大有效扩散半径”的理论计算值与注浆工程现场经验值更加吻合。

主 题 词：倾斜裂隙 宾汉姆流体 非稳定浆液 有效扩散半径 

学科分类：0819[工学-海洋工程类] 081903[081903] 08[工学] 

核心收录：

D　O　I：10.13225/j.cnki.jccs.2021.1667

馆 藏 号：203115654...