孟巴矿高地温环境煤孔隙及氧化动力学特征

为预防高地温煤层开采条件下煤自燃灾害,明确煤的自燃特性,以孟巴矿Ⅵ煤层1306工作面煤样为例,将煤样分别置于40、50、60℃控温炉中恒温处理30天,采用全自动比表面积和孔径分布分析仪测试煤的孔隙结构,利用同步热分析仪测试原煤样和高温预处理煤样的氧化动力学参数。结果表明:孟巴矿煤样经高地温作用后,煤的小孔比例减小,中孔和大孔比例增大,煤样经60℃处理后比表面积由原煤的2.351 m^(2)/g增至3.285 m^(2)/g,总孔容由原煤的0.00788 mL/g增至0.01001 mL/g;与原煤相比,高地温处理后煤样点火温度和燃尽温度显著降低,最大失重量、最大失重速率分别提高6.1%和23.3%;高温处理后煤样的活化能和指前因子均小于原煤,说明高地温环境显著提高孟巴矿煤样的氧化反应活性,增大煤自燃的危险性。

压入式通风条件下高地温隧道降温效果研究

为分析压入式通风对高地温隧道的降温效果,基于典型双线铁路隧道建立三维计算模型,重点研究风速、风温、岩温、风管出风口与掌子面间距及风管布置对降温效果的影响,并与理论计算结果进行了对比。结果表明:掌子面附近存在涡流现象,有利于局部温度降低,随着风流远离掌子面,逐渐向层流过渡,隧道平均温度也逐渐升高;风速越高,隧道内温度越低,温度场越均匀,越能快速达到温度稳态;风温越低,隧道温度也随之降低,且降温效果较提高风速更显著;围岩温度越高,隧道内空气温度越高,且通风对围岩温度场的影响深度十分有限;风管与掌子面间距越大,通风后隧道温度越高,施工中应及时跟进风管,以最大程度降低隧道温度,而风管布置对降温效果影响不大;理论分析较数值计算得到的温度场沿隧道纵向温度分布均匀性更差;总体来看,采用压入式通风可有效降低隧道内温度,风速20m/s、风温14℃时,降温率可达66%。

高地温对超细复合掺合料胶凝体系的影响

通过实验室近似模拟高海拔地区高地温环境,研究超细复合掺合料对水泥基胶凝材料力学性能、体积稳定性、孔结构的影响,分析在不同温度下超细复合掺合料对水泥的最优取代率,结合微观手段分析超细复合掺合料最优掺量时胶凝体系的反应机理。结果表明:掺加超细复合掺合料能提高水泥基胶凝材料的力学性能,随着养护龄期的延长,最优取代率的抗压强度能够提高10%~21%,在高温下强度增长缓慢;超细复合掺合料体系的收缩率表现优于纯水泥体系,在适当高温环境下可保持体系稳定,但80℃的养护温度会增大体系的体积收缩率;超细复合掺合料能降低体系的平均孔径,提高密实度,生成更多钙矾石、水化硅酸钙等水化产物。

高地温对水工隧道围岩内力及变形的影响

为研究高地温对水工隧道围岩内力及变形影响。文章基于数值模拟研究了不同路径、不同围岩深度及侧压力系数等因素对水工隧道稳定性的影响。结果表明:隧道围岩位移在拱顶和拱底处达到最大值,洞壁环向应力在边墙处最大,洞壁位移在边墙处达到最小。侧压力系数不同工况下,边墙处的洞壁环向应力最大,位移在边墙处最小。实际工程中应加强薄弱处的施工质量,加强监控预警,保障施工安全。

考虑喷射混凝土耐热性能的高地温隧道支护结构研究

为获得适用于高地温隧道的支护特征曲线,依托某隧道,模拟高地温环境,通过材料组配设计、室内试验等手段,对喷射混凝土耐热性能进行研究。结果表明:配合比为0.45,使用无碱速凝剂、单掺20%矿粉的喷射混凝土,在35℃养护下性能较好。与标准养护条件相比,28 d抗压强度提高了10%,劈拉强度提高了14%。对岩石表面湿润后的干热环境下,其与岩石的黏结强度较高,较标准条件下,强度提高了44%。单掺矿粉替代水泥可降低水化热,在高温环境中能略微提升混凝土的各项性能。喷射混凝土具有明显的时变特性,考虑其时变特性可有助于合理支护时机的选取。研究成果有助于解决高地温隧道的热害问题,亦可为工程中相似热害环境支护问题提供参考。

不同通风方式对高地温施工隧道通风降温效果影响研究

为了对比不同的通风条件下高地温隧道施工通风降温的效果,利用Fluent建立侧壁压入式通风和混合式通风模型,进行了数值模拟。同时研究了高地温隧道在两种通风方式下隧道内温度和降温速度的分布规律,对比两种通风方式的优缺点,得出降温效果较好的通风方式。结果表明:对于高地温隧道施工,风流速度越大降温效果越明显,且相比于混合式通风,侧壁压入式通风更能有效降低掌子面附近温度,提高施工的安全性和效率,而混合式通风能同时对掌子面和隧道进口附近降温。

高地温环境条件下超细粉掺量对隧道衬砌混凝土抗压及抗渗性能的影响

通过模拟隧道衬砌混凝土高地温服役环境,研究隧道衬砌混凝土在环境温度20、60和80℃下3、7和28 d的抗压及抗渗性能,分析高地温环境条件下隧道衬砌混凝土抗压及抗渗性能变化规律,以为高地温环境条件下隧道衬砌混凝土的施工提供理论支持和经验借鉴。研究结果表明:高温养护环境能够提高隧道衬砌混凝土3和7 d抗压强度,但80℃高温养护环境会降低隧道衬砌混凝土28 d抗压强度;随着超细粉掺量的增加隧道衬砌混凝土抗压强度先增强后降低,当掺量为30%时,混凝土的抗压强度最大;随着温度的升高和超细粉掺量的增加,隧道衬砌混凝土的电通量总体呈下降趋势;同一个配合中,混凝土试件的模态弦长随养护温度的升高没有出现明显变化,但平均弦长随养护温度的升高而降低。

基于不同通风参数的高地温隧道降温效果研究

高地温隧道的封闭性使热量和空气污染物难以及时排出,导致作业环境恶化、工作效率下降,并增加了施工发生故障的风险,通风降温是解决隧道内高地温问题的关键措施.采用Fluent数值模拟软件,以高地温隧道为研究对象建立仿真模型,比较拱顶压入式和侧壁压入式两种通风方式的降温效果.结果表明,拱顶压入式通风在降温效果上优于侧壁压入式通风,其低温风流利用率更高,能够更有效地改善隧道内的高温环境.

高地温隧道施工环境温度特征及通风参数优化研究

对高地温隧道施工期环境温度分布展开实地调研,在量化隧道内热源后建立高地温隧道独头通风三维数值模型,并通过监测数据与模拟结果验证了模型可靠性,进而展开隧道环境温度分布特征及通风参数优化研究,结果表明:(1)隧道沿程环境温度分布可分为2个区段,掌子面20 m范围内呈骤增再降低趋势,掌子面20 m后至洞口段随入口风温降低或风量增大呈现出先增大后降低再持续增大趋势;(2)入口风温降低使隧道环境温度峰值呈线性降低特征,风量增大使隧道环境温度峰值呈二次函数降低特征,表明入口风温较风量对隧道环境温度峰值影响更显著;(3)利用多元函数建立风量-风温因素耦合的隧道环境温度预测模型,表明当入口风温≤15℃时,风量>40 m^(3)/s即可满足隧道环境施工要求,入口风温高于20℃,需要额外采取其他降温措施。

高地温水工隧洞节理围岩温度场及塑性区特性研究

高温效应及其围岩节理结构特征对隧洞稳定的影响是高地温隧洞设计的关键问题。文章基于高地温隧洞现场温度及位移数据,分析高地温隧洞节理围岩温度变化特性。同时采用离散元方法模拟不同高温、不同节理结构特征隧洞围岩温度场、位移场规律及塑性区分布范围。结果表明:相对于完整围岩,节理围岩减少了隧洞围岩变温区的面积,并且节理倾角越靠近水平方向或竖直方向对温度场的影响越大。节理围岩在一定程度上可阻止变形位移量。热力耦合作用下节理围岩塑性区面积仅是地应力作用下塑性区面积的2倍左右,且节理倾角与竖直方向夹角越小,节理围岩的塑性区面积越大。当节理倾角为90°时,节理围岩的塑性区面积最大。

深井煤矿高地温高瓦斯浓度下TBM安全掘进关键技术研究

本文以陕西高家堡矿井西区辅助运输大巷项目为背景,对高地温高瓦斯浓度下巷道安全掘进施工展开了深入研究。文中针对高地温提出了考虑多条件的掘进工作面需风量计算方法,并为局部通风机的选型提供了指导;针对高瓦斯浓度问题,提出了可快速安装的施工监控系统;针对潜在的冲压问题,制定了微震监控系统和冲压防治措施,确保TBM在高温高瓦斯环境下实现安全高效施工,为TBM施工积累了丰富的经验,可以为未来类似工程提供有益参考。

高地温对煤层孔隙结构影响的实验研究

为研究煤在不同温度影响下孔隙的变化规律,以某矿4煤层为实验背景,利用压汞法,即不同压力下压入多孔材料的水银的体积,得出煤样孔隙特征参数。结果表明:预处理温度为40℃的煤样小孔数量最多,与30℃和50℃预处理的煤样相比,40℃预处理的煤样产生的中孔和大孔数量更多,40℃煤样总孔容和平均孔径最小,总空隙面积和孔隙度较大,更容易使氧气与煤体表面接触,发生蓄热氧化,导致煤自燃。

齐热哈塔尔水电站引水隧洞高地温表现与对策

齐热哈塔尔水电站引水隧洞位于中国西部喀喇—昆仑山区,工程区构造活动强烈。施工过程中揭露的高地温洞段超过2 km,洞段空气温度一般在40℃以上,沿断层喷出的蒸汽温度超过170℃,严重影响工程的施工进度与人员设备的安全。介绍引水隧洞施工过程中高地温的表现形式,对施工的影响和高温洞段的施工措施,对其他地下工程高地温条件下的施工有一定的指导意义。

川藏铁路高地温隧道降温技术及效果分析

为改善位于青藏高原的高地温深埋特长隧道工作环境,防止高温热害发生,以川藏铁路桑珠岭隧道为工程依托,分析高地温的特征及其对工程的影响;考虑洞周围岩和掌子面的散热,以及人、机和炮碴释热等因素,给出通风降温时需风量和通风管数量的理论计算公式;在此基础上进一步提出综合立体降温技术,并分析降温效果。结果表明:桑珠岭隧道是典型的干热岩高地温隧道,通过地温测试数据反演得出隧道地温梯度为5.5℃·(100m)^-1,隧道埋深越大地温越高;理论计算得到隧道工作面需风量为324.10m3·s^-1,其中洞周岩壁散热需风量占86.21%,其余13.79%风量主要为人、机和炮碴释热所需;仅采用通风措施,持续通风3h后,洞周壁面温度降幅可达47%,但最低仍为32℃;再采用冷水喷洒和冰墙等辅助降温措施,可消减7.9×10^7kJ的热量。因此,对于高地温隧道,可采用以通风为主,结合喷洒冷水、设置冰墙等的综合立体降温技术。

高地温高应力隧道岩爆特征及机制研究

为探明高地温高应力隧道岩爆的破坏形式、时空分布特征以及岩爆高发段初始地应力、洞周二次应力和温度分布变化等特征,以川藏铁路拉林段桑珠岭隧道为依托,通过岩爆实录统计分析、现场测试和数值计算,探讨高地温高应力隧道岩爆机制。研究结果表明:高地温高应力隧道主要为即时型岩爆,在不同埋深段分别以剪切断裂型岩爆、应变型岩爆和断层滑移型岩爆为主;隧道拱顶、掌子面和边墙处岩爆形迹和破坏分别呈现不同特征,围岩降温区与剥落岩片厚度接近,开挖卸荷及降温耦合作用加剧了板裂化结构面的形成并加速了岩爆的发生。研究成果有助于准确预测类似高地温高地应力隧道的岩爆发生,并对制定有效的防治措施提供依据。

高地温隧道干热环境中喷射混凝土与岩石黏结强度

采用改进的钻芯拉拔法测试模拟高地温隧道干热环境中喷射混凝土(C25,C30)与岩石的7,28d黏结强度,并通过三维视频显微镜观察喷射混凝土与岩石黏结界面的微观形貌,探讨高地温热害对喷射混凝土与岩石黏结强度的影响规律及影响机理.结果表明:由于改进的钻芯拉拔法是在传统钻芯拉拔法基础上增加了可转动的铰接设置,减少了因加载偏心引起的黏结界面的撕裂破坏,从而保证了黏结强度测定结果更加准确和稳定;与20℃标准养护工况相比,干热养护工况下喷射混凝土与岩石黏结强度严重倒缩,甚至有的喷射混凝土与岩石脱黏开裂;热害使喷射混凝土与岩石28d黏结强度倒缩比7d黏结强度更加严重.干热下水分散发快,水泥水化中止早,水化产物不致密,混凝土强度发展不够,再加上干热下混凝土干缩大,因此干热下喷射混凝土与岩石黏结强度降低.

高地温隧道温度与热应力场的弹性理论解

随着地下工程的发展,对于埋置较深和地质环境较为复杂的隧道工程,高地温问题已经成为一个重要的工程问题并引起了国内外学者的广泛关注。研究隧道的温度场分布问题对于解决寒区隧道冻融问题、高温隧道问题、隧道火灾灾害等是十分必要的。针对高地温环境中的圆形隧道,假定其具有一定长度且承受轴对称的温度荷载和地应力作用,建立两端简支的二维稳态的热传导方程和平衡方程。利用无量纲化和微分方程级数求解的方法,得到了包含温度场、位移场及应力场的热弹性理论解。依据上述研究结果,以某包含衬砌的圆形断面隧道为例进行了热弹性分析,并得到了由于隧道开挖而引起的围岩的温度变化范围。研究所得结论可为隧道施工及运营过程中隧道的保温隔热提供重要的理论依据。

高地温隧道温度场的数值解

解决高地温隧道热害问题的前提是掌握隧道结构与高温围岩及隧道内空气间的传热规律。根据能量守恒定律,建立隧道空气-隧道衬砌-高温围岩的二维非稳态传热有限差分方程,分析季节性风温、不同程度高地温和铺设隔热层等对高地温隧道传热的影响。得到了隧道开挖后,围岩温度随自然风变化的规律、调热圈厚度变化规律和隔热层厚度对高地温隧道降温的影响等结果。研究所得结论可为高地温隧道施工及运营过程中的降温技术提供理论依据。

高地温环境对煤自燃极限参数的影响研究

针对深井高地温环境对煤自燃极限参数的影响问题,利用程序升温实验研究的方法,进行煤样恒温40℃处理后程序升温和常温条件下程序升温的实验设计,研究煤样的自燃特性,计算两组煤样的耗氧速率、CO产生率、CO2产生率和放热强度,得出煤自燃极限参数的变化规律,实验结果显示:处理后升温的煤样耗氧速率、CO产生率、CO2产生率和放热强度均高于常温条件下升温的煤样,煤自燃极限参数中最小浮煤厚度和下限氧浓度值均减小,上限漏风强度值增大,并且变化率随煤温近似呈线性增长趋势,说明高地温导致煤体的氧化放热性增强,更容易蓄热升温,自燃危险性增大。

高地温对隧道岩爆发生的影响性研究

新建拉林铁路桑珠岭隧道高地应力、高地温隧道开挖过程中岩爆灾害突出。考虑开挖卸荷与温降共同耦合作用,对隧道开挖过程中不同温度时洞周应力释放过程进行数值模拟,同时对隧道开挖后的二次应力进行现场实测,就高地温对隧道洞周应力的影响进行了比较分析,最后就不同岩爆判据下高地温对岩爆发生的影响性进行了讨论。研究结果表明,采用应力释放率和温降指标反映开挖卸荷与温降共同耦合作用能合理描述高地应力高地温段开挖过程中的应力特征和岩爆发生规律。当温降超过55℃,应力释放率大于40%以后,σ_θ及σ_1量值随应力释放率增大而线性增长,当应力释放率达到100%时达到最大,不同位置洞周应力拱脚处增长最快,拱顶次之,其他位置较低。在开挖中受高地温影响岩爆发生时间提前,岩爆发生等级亦不断增加。