冻结立井井筒机械化掘进现状及发展趋势

针对我国“富煤贫油少气”的能源赋存结构及煤炭未来一段时间将长期占据能源消耗主导地位的特点,回顾了我国煤炭井工开采领域冻结立井井筒机械化掘进发展历程。钻爆法凿井作为我国立井井筒施工的主要工法,炸药的应用大幅提高了冻结井筒的掘进效率,配套的伞钻打孔、抓岩机装岩、大型井架及设备提升、大模板砌壁等大型机械化设备的应用,大幅提高了井筒成井速度;竖井钻机、反井钻机及竖井掘进机作为特殊地层条件下立井井筒特殊凿井方式,也有各自应用范围。面对我国西部富水弱胶结地层特点及智慧矿山发展趋势,采用冻结+钻爆法施工难以满足千米级弱胶结岩层立井井筒智能化无人化的建设需求,而采用冻结+竖井掘进机钻井是未来超深立井井筒技术发展方向之一。结合国外冻结+竖井掘进机凿井工程案例,针对我国西部富水弱胶结岩层立井井筒建设,提出了冻结+竖井掘进机凿井在冻结壁厚度和强度设计理论、双层钢筋混凝土井壁永久支护、低温环境下竖井掘进机掘进破岩形式以及分级上排渣方式等冻-掘-支-运协同作业方面提出了合理化建议;明确了井壁结构与弱胶结围岩相互作用机理,优化双层井壁结构方法,构建竖井掘进机掘-支-运同步作业模式等,提升井筒建设综合效率,提高信息化水平,推动立井井筒向机械化、绿色化和智能化发展。

空间管件自由弯曲成形工艺策略研究

基于空间管件自由弯曲成形原理,将成形管件划分为稳定段和过渡段部分,并分别对两部分进行成形工艺分析,以获得空间管件自由弯曲成形工艺策略。针对稳定段,分析了空间螺旋管的底圆半径和螺距与弯曲模偏移量和夹钳扭转速度之间的映射关系,并使用BP神经网络对空间螺旋管的成形工艺参数进行了预测,通过测试发现弯曲模偏移量的预测值与数值仿真试验的最大相对误差为1.08%,夹钳扭转速度的预测值与数值仿真试验的最大相对误差为3.4%;针对过渡段,采用正交设计试验研究了空间管件成形过渡时的弯曲模偏移量和夹钳扭转的加载模式对管件成形的影响,得到过渡段弯曲模和夹钳扭转的加载时间为0.9s。结合以上分析,建立了基于一次等效逼近、二次优化的管件自由弯曲成形工艺获取策略,并通过实例成形验证其可行性和有效性。

西部矿区弱胶结地层工程围岩稳定性控制研究进展

我国西部矿区开采地层主要由侏罗系、白垩系地层构成,该地层岩石总体表现为强度低、胶结性差、易崩解等特性,属于弱胶结岩石。弱胶结地层工程围岩与中东部矿区地层岩石差异性较大,工作面顶板控制、巷道围岩控制等采用传统的控制技术很难有效保障工程的安全性,常出现巷道大变形失稳、工作面压架、突水、溃沙、冲击地压等灾害。通过大量的调研和室内试验,获得弱胶结岩石抗拉、抗压等力学指标远小于中东部矿区同类岩石力学指标,建立了多因素耦合作用下的弱胶结岩石的变异程度评估指标体系,初步获得了典型矿区弱胶结岩石的变异性程度。以红庆河煤矿弱胶结岩石为例,发现了弱胶结岩石在力、水等载荷作用下,具有“类相变”现象,分析了胶结度对类相变现象的影响,给出了弱胶结粗粒砂岩的“类相变”状态特征及其敏感性参数。分析了导致工作面支架压架、突水溃沙灾害发生的覆岩垮落带、断裂带动态发育规律以及巷道围岩大变形规律,推演了弱胶结地层大采高工作面不同开采阶段垮落带动态变化表达式,建立了支架-围岩相互作用模型,给出了工作面来压和非来压期间支架工作阻力;针对弱胶结地层的松散弱特性,提出了巷道围岩双壳加固技术,可为工作面安全开采和巷道围岩控制提供保障。

西藏高寒草原湿润度梯度下植物群落特征空间格局及其驱动因子

西藏高原是中国高寒生态系统类型和生物多样性均聚集的区域之一,其中以高寒典型草原和高寒草甸草原为主生态系统类型,但其系统活力、组织力和恢复力均较弱,容易受到全球气候变化的影响,表现出极强的脆弱性。目前青藏高原草地生态系统植物群落分布状况与其变化规律以及对各种环境因子的反应研究多集中于站点尺度或样带尺度,但研究结果尚有较大的不确定性。研究于西藏地区沿着不同的湿润度梯度选择14处高寒草原区样地,通过植物群落调查、土壤理化性质分析,探索草本植被群落空间格局对气候因子响应特征及其主要驱动因子,其结果为青藏高原天然草地保护和可持续利用提供基础科学数据支撑。结果表明:(1)研究区内依据湿润度分区可分为干旱区、微干区、微润区和湿润区4类;研究区1971—2021年的气候数据分析发现,北部的干旱程度在逐渐减轻,而南部在1991—2010阶段干旱化趋势逐渐加强,整个研究区的湿润度指数均在下降;(2)植物群落调查发现不同植物功能群的变化各有差异,莎草科地上生物量随湿润度增加而增加,杂类草地上生物量呈现单峰趋势,而其他植物功能群无明显规律;湿润度较高的微润区间植物群落的Shannon-Wiener指数、Simpson指数、丰富度指数、均匀度指数均高于其他湿润度区间;(3)土壤理化性质分析发现高湿润度区域的土壤含水量、全氮、硝态氮、铵态氮、速效磷含量均为最高;对各环境因子与植物群落特征指标进行相关性、主成分分析后构建结构方程模型,发现直接影响西藏高寒草原植物群落特征变化因子为湿润度,土壤含水量和土壤pH,且都表现为显著的负效应(P<0.05),同时湿润度对土壤含水量和土壤全量养分产生了显著的正向影响(P<0.05),进而影响着西藏高原高寒草原不同植物功能群的分布、多样性、地上生物量。

不同钻进参数下反井钻机扩孔钻进速率与岩渣特征试验研究

通过不同钻进参数下反井钻机扩孔钻进斜井的现场工程测试与室内岩渣筛分试验,分析了不同钻进参数下扩孔钻头破岩钻进速率及其岩渣特征。结果表明:在单轴平均抗压强度41.6 MPa的砂岩地层中,获得了斜井反井钻机扩孔钻压、转速、扭矩等钻进参数与钻进效率之间相关关系;在试验范围内随钻压增加,扩孔钻进速率不断提高;在钻压为14 MPa、转速为9 r/min时,获得的最大扩孔钻进速率为1.41 m/h;在相同转速条件下,随着钻压增加,扭矩也同步升高,而扭矩与钻进速率之间呈线性正相关关系;通过筛分岩渣分析,扩孔钻头破岩形成的岩渣形态分为<0.50 mm的粉末状、0.50~<5.00 mm的颗粒状、5.00~40.00 mm的薄片状和>40.00 mm的大块板状或肋条状4类,岩渣粒度在10.00~20.00 mm范围内占比相对较高。研究成果可为快速判识反井钻机扩孔钻进效果和围岩稳定状态提供理论支撑。

全尺寸滚刀破岩试验重塑大体积弱胶结岩石制备方法及评价

为实现室内全尺寸滚刀破碎弱胶结岩石试验,获取滚刀破岩试验用的大体积岩样是首要且关键技术之一。由于弱胶结岩石的颗粒胶结程度低、易风化、易水解、扰动敏感等特性,用于室内滚刀破岩试验的大体积原状岩石不可能直接现场取样加工而成,亦无法满足滚刀破岩试验中大体岩石的需要。基于以颗粒物质为主的弱胶结岩石在沉积压实、泥质胶结和蚀变作用下的成岩特性,在一定压力和胶结作用下可塑性强的特点,提出了全尺寸滚刀破岩试验重塑大体积弱胶结岩石制备方法,确定了滚刀破岩试验用重塑大体积弱胶结岩样制备的配比参数,对成型的岩样进行了物理力学测试与评价,并阐明了重塑弱胶结大体积岩样的形成机制。结果表明,采用不同的配比和分级加载力方案,可获得重塑弱胶结岩样的单轴抗压强度范围为1.2~43.0 MPa,重塑岩样与原岩的单轴压缩破坏特征相似,均属于脆性破坏;测试单轴抗压强度为12 MPa和43 MPa的重塑大体积弱胶结岩石的纵波波速,分别为1.42 km/s和3.14 km/s,而实际西部侏罗系地层取样测得波速范围为1.36~3.21 km/s;通过与原岩物理力学特性的对比分析,试验制备的重塑大体积弱胶结岩样在单轴抗压强度、波速和破坏形态方面,均属于弱胶结岩石范畴,解决了滚刀破岩试验弱胶结大体积岩样缺乏的难题。

煤矿矿井建设技术与装备70余年创新发展及推广实践

比较全面地总结了新中国成立70余年来,我国煤矿矿井建设技术从引进吸收、自主发展到再创新的历程,以及在基础研究、工艺创新、技术突破、装备研制和成果转化方面取得的重要成果,涉及钻爆法、冻结法、注浆法、钻井法、沉井法等凿井技术以及煤矿岩巷掘进技术。目前,以钻爆破岩为主的凿井配套装备机械化、自动化水平显著提高,煤矿千米级深井短段掘砌综合凿井技术趋于成熟,竖井凿井最大深度达到1 341.6 m。冻结法、注浆法等凿井地质保障技术水平显著提升,逐步代替了帷幕法、板桩法和降水法等凿井技术,竖井最大冻结深度达990 m,斜井最大冻结段斜长达681 m,采用工作面注浆建成煤矿最长斜井为5 875 m,竖井地面预注浆加固深度达1 355 m。机械破岩井巷掘进技术取得突破性进展,反井钻机最大钻井直径达6 m,最大钻井深度达562 m;竖井钻机钻井法实现了最大钻井直径10.8 m,最大钻井深度660 m,且应用范围逐步扩大;竖井掘进机钻井法实现了零的突破,为煤矿竖井智能化凿井奠定了基础;煤矿岩巷机掘法作业线已经形成,岩巷全断面掘进机平均成巷速度超400 m/月。综上,70余年来我国煤矿矿井建设技术与装备创新发展,显著提升了煤矿井巷掘进作业环境、施工效率和安全水平,实现了井巷掘进工作面无人化、自动化、全机械化作业,解决了我国煤炭开发各阶段井巷建设的难题,保障了煤矿基础建设及开采接续建设。同时,从煤矿矿井建设发展起来的技术装备和取得的成功经验,在水力发电、市政轨道交通、山岭交通隧道、引水隧道等地下工程领域得到了推广实践,为国家重点工程建设和国民经济发展做出了贡献。

新工科背景下文件检验学课程教学改革构想

文件检验学是一门理论和实践并重的课程,当前的文件检验学课程存在课程教学创新性不足、新工具应用较少、实践教学不够充分、学科交叉融合不够深入等一系列问题,难以满足新工科背景下对于实用型和创新型人才培养的需求。针对这些问题,文章提出一系列课程教学改革方案,旨在完善课程体系,以满足新工科背景下人才培养的需求。

烧结脱硫脱硝技术在工程项目中的优化研究

工业排放控制中,烧结脱硫脱硝技术的优化对提升空气质量具有关键作用。采用选择性催化还原和非催化还原技术能够高效消除烟气中的氮氧化物。文章融合了烧结脱硝技术的基本原理、操作流程和所需设备,探讨了该技术在实际工程项目中的应用现状和面临的挑战,并提出了具体的改进策略。这些策略涉及技术方案的比较、设备的选取和布局优化、运行参数的调整优化、安全与环保的考量,以及经济性评估和成本控制。

基于力-构-能模型的钻井法凿井钻进参数设计思路与方法

竖井钻机钻井法是实现井筒机械化、无人化和智能化建设的重要技术之一。西部弱胶结地层钻井法凿井基岩破碎难、刀具损坏率高、糊齿和吸渣口堵塞等现象突出,高钻压、排渣不及时、泥包钻头易导致钻头憋死,而大扭矩钻进又发生了钻杆断裂、钻具掉落等事故,进尺缓慢和反复提钻维修、钻具打捞导致钻井工效极低,主要原因是钻头结构及其刀具布置不合理、钻进参数与岩石条件不匹配、破岩与排渣效率不协调。为解决弱胶结地层钻井法凿井“破不掉、排不出、进尺慢、能耗高”的现实难题,梳理了竖井钻机钻头破岩钻进技术现状及存在的问题,以“系统”和“过程”为基本观点,提出了基于力-构-能协调模型的钻进参数设计思路与方法,应重点围绕弱胶结地层钻井法凿井钻头结构设计及其力学特征、基于钻头滚刀运动轨迹的滚刀布置、基于气-液-固耦合流场的排渣效率优化以及基于能量转化机制的钻进参数优化4个主要方面开展研究,进而形成融合钻头结构、滚刀布置、洗井排渣和能量消耗等多因素的钻头高效钻进参数设计方法,为西部弱胶结地层钻井法凿井低能耗破岩、高效率排渣和破-排效率协调作业提供支撑,推动竖井钻机钻井法在西部弱胶结地层凿井中的应用。

煤矿冻结立井井筒机械破岩智能化建设工艺及关键技术分析

目前以钻爆法为主的短段掘砌综合凿井技术逐步成熟,煤矿立井建设深度已突破1000 m,逼近1500 m。然而钻爆法凿井依然存在下井作业人员多、作业环境恶劣、作业风险高和设备智能化程度低等现实难题,井筒非爆破破岩智能化建设技术已成为煤矿井筒建设技术发展的重要方向。为探索西部富水软弱地层井筒机械破岩高效智能化建设技术新思路,从井筒建设工艺、地质保障技术、智能钻井装备、协同作业技术4个方面,开展了煤矿冻结井筒机械破岩智能化建设工艺及关键技术分析。基于多工序平行作业快速建井的理念,以地层冻结技术解决地层涌水和软弱地层易失稳的难题,以反井钻机和竖井掘进机为机械破岩钻进的核心装备,提出了冻结井筒机械破岩智能化建设新工艺;提出“冻结+反井钻机钻井+永久支护”的建井工艺,分析了冻结地层反井钻机钻井装备可行性,剖析了冻结地层反井钻机钻井冻结壁控制、扩孔钻进、快速支护等方面的9项关键技术;提出“冻结+竖井掘进机钻井+钻-支平行作业”的建井工艺,分析了冻结地层竖井掘进机钻井装备可行性,剖析了冻结地层竖井掘进机钻井井帮稳定控制、破岩智能钻进和钻支协同作业等方面的9项关键技术,以期推动井筒安全、快速、绿色、智能化建设技术的发展。

金属矿开采天井机械破岩钻进工艺及关键技术分析

金属矿开采天井机械化、绿色化和智能化建设已成为技术发展的主要趋势,也是推动金属矿山开发高质量发展的重点任务之一。随着金属矿山开采逐步走向深部,高地压、高地温、高水压等地质条件的复杂性和恶劣作业环境的不确定性愈发突出,给服务矿井生产的各类天井工程建设带来很大难度和挑战。全面梳理了金属矿开采天井类型,分析了垂直天井、倾斜天井、切割槽(盲天井)的现有机械破岩钻进工艺;通过分析现有切割井钻机与反井钻机钻井技术装备现状及面临的难题,从高效钻进、智能控制、围岩控制和智能装备等方面,开展了切割井钻机与反井钻机智能化钻井关键技术分析;针对大直径、高中段天井现有反井钻机一次钻进能力不足,以及围岩破碎段高、软弱围岩变形量较大,易发生井帮失稳坍塌等问题,提出了不良地层大直径天井掘进机掘支一体化的建设新工艺,围绕机械破岩正掘工艺、全断面装备智能掘进、装备配套与安全悬吊、掘进机始发与拆机等关键技术,分析了天井掘进机钻井技术的研发方向,以期为金属矿开采天井安全、高效、绿色和智能化建设技术发展提供参考。

超大城市供排水管网系统韧性能力建设实践与思考

韧性建设是提升城市防灾减灾能力的重要内容。随着气候极端性和不确定性的加剧,提升超大城市管网系统的韧性能力愈发紧迫。围绕原水管渠、供水管网和排水干线三类管网系统,从五个方面介绍上海在管网韧性能力建设方面的主要实践,包括原水管渠强韧互备能力提升、老旧供水管网改造、供水管网态势感知平台建设、老旧排水干线改造、污水片区连通性建设。基于此,提出了供排水管网韧性建设的一般性技术路线,包括灾害防范、灾害响应、韧性评估和韧性提升四个维度。最后从数字化赋能、管网韧性与管理韧性结合、韧性与效率的平衡三方面对未来的发展趋势进行展望。

煤矿超长斜井破碎地层敞开式TBM掘进技术与应对方法研究

TBM因施工安全、自动化程度高、掘进速度快等特点,已成为斜井机械化、自动化和智能化建设的重要掘进装备。西部弱胶结地层围岩强度低、承载能力差,TBM在穿越破碎地层时发生塌方、卡机、栽头和掘进偏斜等风险概率较高,为此开展了西部煤矿超长斜井破碎地层敞开式TBM掘进技术与应对方法研究。基于可可盖煤矿斜井穿越地层和工程条件,制定了适应地层条件的TBM掘进参数调整方案,提出了刀盘转速、撑靴压力、刀盘扭矩、推进速度等掘进参数的控制方法,最大限度发挥了TBM高效掘进的性能;提出了斜井穿越破碎地层时,钢拱架、超前注浆、锚网支护等综合围岩加固方法;优化了辅助作业设备的配置方案及掘进作业流程,形成了注浆加固、围岩强支护、设备随掘协同的破碎地层安全施工技术,保障了可可盖煤矿斜井破碎地层敞开式TBM的安全与快速掘进。

吴茱萸碱对小鼠免疫功能的调节作用

目的:研究吴茱萸碱对小鼠胸腺、脾淋巴细胞增殖、凋亡及生物功能的影响。方法:处死8周龄雄性C57BL/6小鼠,取胸腺、脾组织研磨过滤为单细胞悬液,MTT法测定ConA诱导的脾和胸腺淋巴细胞增殖活性,ELISA法测定培养上清液IL-2、IL-12活性,RT-PCR法检测0.75μmol/L吴茱萸碱处理细胞的Bcl-2和CDK2基因mRNA水平,流式细胞仪检测细胞周期、细胞凋亡率、死亡率和细胞内ROS水平,荧光显微镜检测Bcl-2、CDK2、Bax蛋白表达率。结果:MTT显示当浓度≥0.5μmol/L时,吴茱萸碱在24、48和72 h均明显抑制小鼠ConA诱导的胸腺、脾淋巴细胞增殖(P<0.05);ELISA结果显示吴茱萸碱处理的小鼠脾和胸腺细胞释放IL-2、IL-12的功能较对照组明显减低(P<0.05);RT-PCR显示0.75μmol/L的吴茱萸碱处理后细胞Bcl-2和CDK2的mRNA水平较对照组明显升高。与对照组相比,0.75μmol/L吴茱萸碱在6、12、24 h均可诱导小鼠胸腺细胞、脾细胞明显凋亡(P<0.05)。12 h双氢二绿荧光黄(DCF)阳性的细胞百分比明显高于对照组,但24和48 h药物组罗丹明阳性的细胞百分比与对照组无明显差异,但药物处理组细胞出现大小不一的两群细胞,直方图呈双峰,其中一群细胞DCF呈阴性。结论:吴茱萸碱可通过Bcl-2、CDK2上调,抑制小鼠体外培养的脾和胸腺淋巴细胞增殖诱导其凋亡,同时细胞分泌IL-2和IL-12的生物活性亦明显下降,细胞内ROS水平增高,但随着药物处理时间的延长,细胞死亡率升高,死亡细胞内ROS水平明显降低。

高密度电法探测堤防隐患研究

为掌握堤防安全状况,保障堤防安全运行,采用高密度电法对堤防进行隐患探测。电法探测通常建立在半无限空间理论基础上,而堤防断面并不满足半无限空间这个条件。为降低堤防地形条件对电法探测结果的影响,提高高密度电法探测分辨率,从电法装置选择和电极距选取的角度出发,通过建立梯形堤防断面进行数值模拟,对比不同电法装置和电极距的数值模拟结果,并通过模型试验进行了验证。结果表明:在梯形堤防隐患探测中宜选用施伦伯格装置;为保证电法探测分辨率,电极距不宜大于1.0 m。

露天转地下挂帮矿开采边坡稳定性及失稳模式研究

为研究露天转地下挂帮矿的开采工作面倾角的布置方式对工作面上覆岩体应力与边坡失稳破坏模式的影响,以海南矿业公司露天边坡挂帮矿井采为例,采用理论计算和数值模拟相结合的方法对其进行了分析。结果表明:露天边坡下开采时工作面倾角的布置对边坡稳定性影响显著;工作面倾角由30°到-30°逐渐减小的过程中,工作面上覆岩体及露天边坡台阶变形量越大,边坡内上覆岩体内剪切应力集中程度和最大主应力集中程度越来越高,边坡失稳破坏的趋势增强;边坡围岩上部压力拱成拱机制较弱,开采工作面右端位移临界区域岩体的抗剪强度对边坡整体稳定性起到关键作用;露天边坡下开采边坡岩体不同区域可能发生的失稳破坏模式主要为张拉破坏—垮落破坏—剪切滑移破坏—剪切错动破坏—挤压鼓胀破坏。

煤岩冲击倾向性指标试验研究进展

系统地总结了煤岩冲击倾向性研究新进展,主要内容包括:煤岩冲击倾向性的概念、冲击倾向指标的建立及其物理意义、冲击倾向性指标的宏细观研究、煤岩组合模型的冲击倾向性、煤岩水理特性对煤岩冲击倾向性的影响、不同冲击倾向性煤岩的声热电磁波效应的研究及其煤岩冲击破坏的前兆信息识别的探讨,以及对煤岩冲击倾向性的一些新认识。分析得出目前的研究新进展主要建立在试验与唯象认识,下一步研究要转变思路,建立从唯象描述到机理分析及理论构建,并运用物理模型和数学模型表征煤岩冲击机理将成为重中之重。并提炼出煤炭开采中冲击倾向性研究需要解决的5个方面的科学问题:全面衡量煤岩冲击能力,建立考虑地质赋存环境的宏观冲击倾向性指标并进行定量分析;建立基于煤岩矿物成分、细观结构的冲击倾向性细观评价指标体系及判别准则;组合煤岩模型的冲击倾向性试验的合理创新;探求地球物理信息变化与冲击倾向性之间的关系及量化分析方法;建立基于冲击危险前兆信息的多参量综合监测预警及防治体系,指出煤岩冲击倾向性研究方面仍然需进行大量的基础试验、现场实测及理论研究工作。

连铸机设备的检修技术及减排策略探讨

文章探讨了连铸机设备的检修技术及减排策略。在连铸工艺中,设备的可靠性和效率至关重要,而有效的检修与减排策略可以显著提升设备的运行效率和环境友好性。文章首先介绍了连铸机的组成与工作原理,然后分析了常见的故障类型及其原因,接着深入讨论了检修技术的关键步骤,包括设备拆解与组装技术、零部件检测与更换技术、润滑与密封技术以及安全与环保技术。最后,提出了针对连铸机设备的减排策略,包括减少能源消耗、废气排放和废水排放的具体措施。通过研究分析,助力于推动钢铁产业向绿色制造和可持续发展转型,实现环境保护和可持续发展的目标。

城市供水管网极端寒潮灾害影响特征与设防标准

近年来随着全球气候变化,城市遭遇极端寒潮灾害频发,经常对城市关键基础设施大型供水管网造成破坏。为此,以上海市为例,研究城市供水系统寒潮灾害影响规律及设防标准,通过对上海市2020年底到2021年初的极端寒潮事件进行研究,分析寒潮过程中供水系统压力、流量、管道维修以及其他供水设施功能受损情况。结合近60年的气象资料,对上海市历年气象寒潮事件进行统计分析,给出当日最低温度、24h降温、48h降温、72h降温、过程最低温度及持续时间6个寒潮特征指标的分布规律。同时,利用泊松分布计算了上海市年最低温度的重现期和超越概率,提出了水表等外露设施的温度设防建议标准,并针对气温数据和管道维修数据进行关联性分析,从维修率的角度识别对管道运行造成不利影响的温度基准。研究结果可为长三角地区城市供水行业安全运行与灾害防控提供理论和技术参考。