随着我国煤矿等资源全面进入深部开采阶段,涌水突泥问题已经成为制约深埋资源开发的一大阻碍,尤其是深部空间的高水压、大流量、高固体颗粒含量的涌水事故,一旦发生极有可能造成灾难性后果,以目前的技术手段难以应对。为应对此类涌水事故,本文提出囊内注浆井巷应急封堵技术,将气囊安装到井筒内,发生涌水事故后迅速将砂浆灌注到气囊内固结形成稳定的止水塞,可以将涌水阻隔在塞体的一侧,具有施工灵活、反应迅速、对地下空间的形状适应性强、稳定可靠等优势。首先,配制出一种具备早强性、高膨胀率的水泥砂浆,可应用于实际工程及模型试验中。以砂浆的截锥流动度、凝结时间、早期强度、竖向膨胀率作为主要的技术指标,通过单因素分析得到了掺合料、早强剂、膨胀剂含量对砂浆性能的影响规律,并得到了合适的配和比,可通过调整膨胀率的掺量调控砂浆的竖向膨胀率。砂浆24h抗压强度达25MPa,24h竖向膨胀率最高达2180×10-6。其次,通过数值模拟,对塞体浇筑及养护过程的温度场、结构场进行计算分析。先计算得到典型参数下的温度场结果,最高温升为36.7℃,又得到塞体自膨胀及温度应力双重作用下的应力场,时间历程为48h时,塞体与井壁的接触面压力达到13MPa,其中,塞体热胀作用导致的接触面压力约为2.46MPa,塞体自膨胀作用产生的接触面压力为10.54MPa。然后,对封堵水压,塞体与井壁的摩擦系数,塞体的膨胀量、弹性模量,岩土体弹性模量进行单因素分析,得到这些因素对接触面压力、塞体位移等的影响规律,典型参数下极限封堵水压达20MPa。通过数值模拟的计算结果,得到塞体膨胀率—封堵能力的经验公式。最后,以相似理论为指导,设计了气囊注浆封堵试验。经过多次注浆测试,完善了囊内稳压注浆工艺。共进行了3次囊内注浆试验,第三次囊内注浆试验,实现囊内稳压注浆。第一次注浆试验监测得到塞体的温度场分布随时间的变化趋势,塞体最高温升达到27℃。第三次注浆试验,通过TJP压力传感器监测得到塞体与井壁的接触面压力随时间的变化趋势,砂浆龄期为60h时,接触面压力达到最大值（平均3.63MPa）。通过封堵试验检验了系统的堵水能力,封堵水压为1.63MPa时,平均渗水流量为0.28L/min,塞体的极限封堵能力为2.2MPa。建立模型试验的数值计算模型,数值计算的最大温升比实测值低26.7%,模型与原型的温度时空分布较为一致,数值计算的接触面压力较实测值相比偏大,48h时二者的比值为1.74。本文验证了囊内注浆应急封堵技术的技术可行性。模型试验结果表明,其封堵水压的能力较当前的技术手段提升了很大,填补了井筒高水压应急封堵技术的空白。根据试验结果提出数值计算的改进方案,同时数值模拟结果表明,通过改进砂浆配方及气囊结构,封堵能力仍具备非常大的增长潜力。本文共有图140张,表29个,参考文献104篇。