最新成果丨张平松教授：厚松散层下区域注浆改造地层扰动变形特征研究

本论文创新点

（1）通过数值模拟与现场监测相结合，阐明区域高压注浆“充填—扩散—扰动”三阶段作用机制。研究发现，不同阶段对地层的扰动模式具有显著的差异性：充填期基本无扰动、扩散期以水平扰动为主、扰动期则以垂向位移为主，并建立注浆扰动与地层响应的Logistic曲线增长模型。

（2）构建长深钻孔分布式光纤感测全断面监测系统，实现了注浆全过程地层形变的精细化定位与动态捕捉，发现松散层变形量随深度呈现非协调性分布特征，并进一步识别出砂质黏土层与粉砂层为关键的形变贡献层，为注浆工程安全控制提供高精度监测手段。

（3）基于多源数据融合解释，揭示注浆压力与地层变形的非线性关系，发现松散层压缩变形存在压力阈值效应，在注浆中后期注浆压力超过阈值后地层变形趋于稳定状态，提出相对隔水层段竖向拱起与含水层段层内压缩的差异化变形机理，为东部矿区厚松散层下高压注浆对地层扰动影响提供了定量化分析依据。

厚松散层下区域注浆改造地层扰动变形特征研究

作者

张平松¹, 程晋全¹, 许时昂^1,2, 吴海波¹

单位

1. 安徽理工大学地球与环境学院；
2. 煤炭无人化开采数智技术全国重点实验室

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摘要

通过地面高压注浆实施区域治理是厚松散承压含水层下煤炭安全开采的主要防治措施之一，然而高压注浆过程造成上覆地层移动变形，诱发地表局部隆起、矿区建（构）筑物偏斜等问题，是区域注浆改造安全施工备受关注的重点。以安徽某矿120501工作面上覆顶板富水砂岩层注浆改造为工程背景，基于COMSOL Multiphysics有限元方法开展数值模拟，研究高压注浆前后对上覆地层作用过程及其时序演化特征，同时构建了分布式光纤全断面监测系统，获得了上覆地层不同深度地层形变响应特征及对地表扰动影响。结果表明：区域高压注浆过程可划分为“充填—扩散—扰动”3个阶段，充填过程对上覆地层基本无扰动影响，扩散过程对上覆地层影响主要表现为水平扰动，进入扰动阶段对上覆地层影响则表现为垂向位移变化。注浆改造过程对地层扰动影响呈现Logistic曲线增长趋势，其扰动影响主要作用在厚松散层下部，在相对隔水层段以竖向拱起为主，在相对含水层段表现为层内压缩。全断面监测结果表明注浆全过程地层形变特征为非线性分布，砂质黏土层与粉砂层为其主要形变贡献层。全断面监测结果与数值模拟结果具备较好的一致性，成果可为东部厚松散层覆盖矿区煤矿安全开采以及区域注浆诱发次生灾害防治工作开展提供思路和实践参考。

作者简介

张平松

教授、博士生导师

张平松，男，1971年生，安徽六安人，博士，二级教授，博士生导师，安徽省学术和技术带头人，安徽省教学名师，兼任中国煤炭学会矿井地质专业委员会副主任、安徽省地质学会副理事长、安徽省地球物理学会副理事长等职务。

研究方向

综合地球物理勘探、矿山透明地质及工程多灾害源探测监测等。

主要成果

主持负责国家重点研发计划项目课题任务、国家自然科学基金面上项目、安徽省科技重大专项、安徽省重点研发计划项目及企业科技攻关项目等课题50余项。完成“智能开采‘钻掘采’物探一体化技术与装备”等科技成果10余项，在井巷地质勘探中广泛应用，并取得显著经济效益。负责完成KDZ系列矿井地质探测仪、YCS40(A)型矿井瞬变电磁仪等多款仪器设备研发，以及震波自动解析系统、地球物理CT处理系统等多套软件开发。先后获得省部级科技进步奖特等、一、二等奖6项，三等奖7项；省级教学成果特等奖1项、一等奖3项、二等奖2项。授权国家发明、实用新型等专利60余件、国际专利10余件；发表各类学术论文80余篇，其中SCI、EI收录50余篇；出版教材、专著10余部；软件著作权12项；参编国家能源行业标准2部。

引用格式

张平松，程晋全，许时昂，等.厚松散层下区域注浆改造地层扰动变形特征研究[J].煤炭科学技术，2025，53（1）：246−258.
ZHANG Pingsong，CHENG Jinquan，XU Shiang，et al. Study on characteristics of disturbance and deformation of formation altered by grouting in the region below thick loose layers[J]. Coal Science and Technology，2025，53（1）：246−258.

策划：朱恩光

责编：宫在芹

编辑：李莎

审核：常琛