煤矿开采深度进入千米,微裂隙渗水、透水成为新的堵水难题。立井井壁在高地应力、高渗透压作用下,众多小于0.1mm微裂隙渗流效应加大,成为井筒涌水量增高的主要原因。超细水泥浆液因其绿色、低成本、粒度小成为微裂隙堵水的主要注浆材料,但纯超细水泥浆液又常因粘度大、析水率高,很难达到理想的注浆效果。超细粉煤灰加入超细水泥浆液中可以增强浆液的流动性,纳米碳酸钙可以发挥纳米材料在水泥基复合材料中的晶核作用,改变其层状结构,同时能促进水泥的水化速率,和超细粉煤灰优势互补。聚羧酸减水剂具有高减水特性,可以降低浆液粘度,提高流动性。因此本论文添加超细粉煤灰、纳米碳酸钙、聚羧酸减水剂等改善纯超细水泥的性能。对超细水泥基浆液从以下几个方面进行研究:(1)基于超细水泥、超细粉煤灰、纳米碳酸钙的基本物理性质进行分析,针对深井0.1mm开度微裂隙注浆堵水条件,得到需要浆液满足的颗粒粒径、水灰比、粘度、析水率等要求。(2)对两种纯超细水泥浆液从粒度、水灰比、减水剂掺量进行试验,并对其析水率、抗压抗折强度等方面进行对比。得到水灰比和高效减水剂对超细水泥浆液初始粘度、结石体抗折抗压强度、粘度时变性的影响规律。(3)通过纳米碳酸钙的单因素试验得出纳米碳酸钙对超细水泥基复合浆液(纳米碳酸钙、超细粉煤灰、聚羧酸减水剂)在析水率、粘度、扩散尺寸、抗压抗折强度等方面的影响规律。(4)通过正交试验对浆液析水率、初始粘度、扩散尺寸、抗压抗折强度、粘度时变性等方面进行研究。使用回归分析法在充分权衡试验因素的条件下得到纳米碳酸钙改性超细水泥微裂隙注浆浆液的最佳配比为纳米碳酸钙掺量1%,超细粉煤灰掺量40%,减水剂掺量0.5%,水灰比1.5。(5)通过数值模拟进行开度为0.1mm的微裂隙注浆研究,选择不同孔隙比、不同弹性模量、不同时间进行对比。分别得到了注浆压力随扩散距离的变化,围岩受力变形及微裂隙位移变化规律,微裂隙边界位移时空变化规律。