随着煤炭的大量开采,各采煤大省都存在着大量采空区。目前采空区最常见的治理方式是压力注浆充填法,该方法通过钻孔向采空区内注入充填材料,其凝结后形成的结石体会对上覆岩层及其地表起到支撑作用,以达到治理目的。空洞型采空区采用该方法治理时,常规浆液因流动性较大、流动范围不可控容易造成材料浪费;浆液结石率低、析水率大容易造成充填密实性差和大面积空顶等问题。本文依托国家自然科学青年基金项目(51404295)和陕西省自然科学基础研究计划项目(2015JQ5185),针对空洞型采空区治理问题,从石油固井常用的触变性水泥浆液中得到启发,利用触变特性,采用室内试验、模型试验等方法研究出了一种适用于空洞型采空区的新型注浆材料。该材料利用触变性浆液静置时粘度增加,剪切时粘度减小的特性,使其在注浆管道、钻孔和孔隙裂隙中始终保持流动状态,输送至采空区或孔隙裂隙预定位置后,剪切作用迅速减弱,粘度快速增加,充填材料快速堆积在一定范围内。触变性浆液克服了常规注浆材料流动性难以控制且不易堆积的缺点,并且浆液具有较高的结石率,其结石体抗压强度可满足采空区治理的要求。取得了以下成果:(1)从常见触变剂中选出膨润土、硫酸钙、硫酸铝与硫酸亚铁、混合层金属氢氧化物正电胶(MMH)四种触变剂,与水泥浆混合得到不同的触变性水泥浆体系。对四种体系进行触变性能试验,筛选出适合于注浆所用的触变剂为混合层金属氢氧化物正电胶(MMH)。(2)结合空洞型采空区治理要求,作者对静切力法进行改进,提出了评价触变性浆液触变性能的新方法-触变系数法,解决了传统触变性评价方法未考虑时间因素的问题。依据触变性浆液性能试验现象和试验结果,作者定义了高触变性:即触变性浆液初始时刻的静切力值小于100Pa,静置10min后的静切力值大于200Pa,符合这一条件的触变性浆液称为高触变性浆液。(3)利用微分的思想,设计了模拟浆液在采空区内堆积流动的模型试验,结果表明触变性浆液能在有限的流动距离内快速堆积起足够的高度,并且随着浆液堆积高度的持续增加,浆液的流动距离逐渐变缓,对注浆时间、堆积高度、流动距离的曲线进行拟合,获得了三者的函数关系。综上所述,本文研究的触变性浆液能够满足空洞型采空区充填要求,为空洞型采空区处治提供指导并开辟了新的思路。