帷幕注浆能有效保障大水矿床的安全高效开采,然而如何保障注浆堵水隔障带的稳定性是近年来研究的前沿课题。本文研究以岩溶水矿山谷家台铁矿为示范应用矿山,通过收集相关地质资料以及室内岩石物理力学性能试验,运用岩石力学、基于多元联系数的集对分析理论以及三维数值模拟等技术方法,对近矿体顶板帷幕注浆堵水隔障带稳定性和监测方法进行了深入系统的研究,得到以下主要研究结论:(1)近矿体顶板注浆帷幕厚度研究。根据示范矿区的水文地质条件和地下水补给途径,矿体顶板含水层的分布状态及隔水层的空间分布等条件,按照注浆帷幕体抗压强和矿体开采后空区上覆岩层形成的“三带”理论对近矿体顶板注浆帷幕厚度进行了研究,确定了近矿体顶板注浆帷幕体的厚度。(2)帷幕注浆参数研究和堵水效果评价。分析探讨了近矿体顶板帷幕注浆堵水工艺,合理选择了注浆压力,浆液有效扩散半径,注浆时间和浆液总注入量等注浆参数。并对围岩充填体进行钻孔验证和注浆前后矿区涌水量的变化,评价了帷幕注浆效果。(3)矿岩的物理力学性质研究。通过室内试验,对示范应用矿山的矿岩物理性质(密度)和力学性质(抗拉强度、抗压强度、抗剪强度)进行了测试。帷幕注浆加固后的矿岩样品试件的强度都有不同程度的变化,注浆加固后的轴向应力-应变曲线呈现出近似直线形,围岩体变形趋向协调。(4)堵水隔障带稳定性定性评价研究。分析了堵水隔障带稳定性的影响因素,建立了区域工程地质、注浆帷幕体物理力学性质、地下水及破碎带和采掘工程布置因素四个一级指标、16个二级指标的隔障带稳定性评价指标分析层次模型。并基于多元联系数的集对分析理论对堵水隔障带的稳定性进行了定性评价。(5)注浆帷幕稳定性三维数值模拟研究。运用三维固流耦合数值模拟分析,系统地分析和研究了矿体开采过程中围岩、点柱以及间柱内应力场的分布、破坏场的发展、位移场的变化。(6)矿柱内的应力—应变说明开采过程中矿柱对支撑上部围岩的稳定性起到重要的作用。矿柱的破坏性质为沿矿体倾向的拉剪复合破坏。随着开采影响,间柱的稳定性有所减弱。(7)研制和开发了光纤岩移监测系统。该系统具有监测岩石应力-应变、位移和拾取岩石破裂发出的振动信号的功能,可以实时监测井下开采对注浆帷幕堵水隔障带岩体应力活动和变形影响,获取隔障带的位移、应力状态信息。