针对目前未有定向注浆浆液扩散过程的模拟试验现状，本文研制了区域定向注浆三维模拟试验系统，解决了注浆模拟试验不能实现不同分支孔布设、区域化注浆等方面的功能性不足，通过多系统协调配合，实现了对水平多分支定向注浆过程的模拟，研究了不同空间位置布设注浆孔进行注浆后浆液的扩散情况和相互影响规律，提供了动/静水环境模拟的研究思路，探究了注浆区域化的浆液扩散特性。同时，围绕自主研制的定向注浆三维模拟试验系统，研究了不同钻探裸孔长度条件下浆液的扩散范围，得出了注浆裸孔越长，浆液在裸孔两端扩散范围的差值越大的结果，验证了该试验系统的合理性和科学性。
陈军涛1,2,3，朱君1,2，刘磊 4，李文昕1,2，李光强1，张毅1，李昊1
1.山东科技大学 能源与矿业工程学院
2.煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点试验室
3.山东科技大学 矿业工程国家级实验教学示范中心
4.山东能源新汶矿业集团有限责任公司 邱集煤矿
定向区域注浆改造含水层是矿井水害防治的有效途径之一。为研究定向区域注浆浆液扩散规律，自主研制了定向区域注浆三维模拟试验系统。该系统主要由试验台、注浆系统、注水系统及数据监测等子系统组成，可实现定向钻孔注浆模拟、浆液三维扩散模拟、高承压水模拟和区域化注浆模拟等功能。系统可独立控制注浆孔单元，实现多孔、多序次注浆，借助6个注浆孔，模拟不同注浆压力、浆液黏度、注浆速率、水灰比等多种参数影响下的浆液流动过程，可实现动/静（高）水压环境下浆液扩散过程的实时监测。以200、250、300mm模拟裸孔长度为研究对象，初步探究了定向注浆作用下裸孔浆液扩散特征及其效果。研究发现：在仅有裸孔长度为变量的情况下，浆液扩散范围不会随裸孔长度的线性增加而同步线性增加；短裸孔的浆液结石体呈现以钻探裸孔为轴心的圆柱状，长裸孔的浆液结石体呈现以钻探裸孔为轴心的圆台状；裸孔越长，浆液在裸孔两端扩散范围的差值越大，同时压力损失越多，浆液扩散距离越小。将试验所得浆液扩散半径与Maag公式计算所得浆液扩散半径对比，注浆裸孔长度为200mm时，两数值仅相差2.8%，试验结果符合Maag球形扩散理论规律，验证了本试验系统的科学性与合理性。
副教授
硕士生导师
陈军涛，男，1985年2月生，山东潍坊人，中共党员，工学博士，中国矿业大学（北京）博士后，副教授，硕士生导师，现任山东科技大学矿业工程国家级试验教学示范中心执行主任，山东岩石力学与工程学会理事、陕西省能源局专家、山东省能源局专家、青岛市科技专家、第一批煤炭工程技术共享平台专家、学生创新优秀指导教师。
长期从事岩体力学、矿井水害防治及地下水资源保护利用、特殊开采等方面的教学和研究工作。主持和参与国家自然科学基金项目等纵向科研课题24项，发表学术论文43篇，其中SCI/EI收录25篇，出版学术专著3部，授权发明专利22项，软件著作权2项；获得中国产学研合作创新成果一等奖、中国煤炭工业协会科学技术二等奖1项和三等奖2项、山东省教学成果一等奖1项、全国煤炭行业教育教学成果三等奖1项；注重学生科研创新能力培养，获得全国高等学校采矿工程专业学生实践作品大赛二等奖2项、全国高校商业精英挑战赛创新创业竞赛山东省总决赛一等奖1项、全国电子商务创新创意创业大赛山东赛区二等奖2项、山东省高等学校科学技术三等奖1项，完成企事业委托课题17项。
陈军涛，朱 君，刘 磊，等. 定向区域注浆三维模拟试验系统研制及应用[J]. 煤炭科学技术，2023，51（7）：179−186
CHEN Juntao，ZHU Jun，LIU Lei，et al. Development and application of a three-dimensional simulation test system for directional regional grouting[J]. Coal Science and Technology，2023，51（7）：179−186
END 责任编辑：宫在芹
整 理：冯春晖
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整 理：冯春晖
