瓦斯隧道施工安全控制措施探讨

随着我国基础交通的建设和发展,瓦斯隧道修建的数量也将增多,瓦斯灾害是隧道工程建设的重大灾害之一。本文以某隧道施工实践为例,探讨了瓦斯隧道的界定和划分、瓦斯的危害,并提出了加强通风管理、加强瓦斯监测、施工设备防爆改型、超前地质预报等安全控制措施,可为类似瓦斯隧道的安全管理提供参考和借鉴。

近距离保护层开采对被保护层防突效果分析

开采保护层是防治煤与瓦斯突出重要的区域性措施之一,也是最经济、最有效的手段。以王行庄煤矿保护层开采试验为例,进行保护层开采的理论分析和现场试验结果的对比分析。对11051工作面受保护前后和保护范围内外的预测指标进行了对比分析,得出保护层开采后受保护工作面的预测指标均降到临界值以下,取得了良好的防突效果,同时也建立了一套可行的、普遍适用的对被保护层突出危险性进行评价的方法。

我国煤矿安全工作存在的问题及出路分析

煤炭是我国最主要的能源,随着我国经济的飞速发展,对煤炭工业的发展提出了更高的要求。然而煤矿所面临的重大灾害事故是相当严峻的,煤矿安全生产工作也面临着重大考验。分析了当前我国煤矿安全工作中存在的主要问题,并针对这些问题,提出了相应的解决方法,为我国煤炭工业的安全、稳定发展提供了一条出路。

考虑矿山边坡稳定性和经济效益的坡态控制参数敏感性研究

坡态控制参数的确定是露天开采设计的重要环节,为明确各参数发生波动时边坡稳定性和剥离量的变化程度,以广东省某矿山为研究对象,对露天矿山边坡结构设计中的台阶高度h、安全平台宽度l_(1)、清扫平台宽度l_(2)和台阶坡面角α四个坡态控制参数影响因子进行敏感性分析。采用极限平衡法计算了108组不同坡态控制参数下边坡的稳定性系数,通过相关系数矩阵以及多元线性回归建模,进一步结合基于剥离量的经济效益计算,定义了综合效益权重δ_(i),并以此定量分析了各坡态控制参数因子对边坡稳定性与经济效益的影响程度。结果表明:综合效益权重排序为α≫h>l_(1)>l_(2),当设计方案稳定性系数不满足安全系数时应优先增大清扫平台的宽度与安全平台的宽度,反之则应该优先考虑增大台阶坡的面角,并据此原则确定了最优方案为台阶坡面角70°、台阶高度12 m、安全平台宽度6 m、清扫平台14 m。

郑州地区煤矿事故特征及对策

文章统计了郑州地区自2000年至2003年发生的煤矿各类事故,得出该地区各类事故中瓦斯事故最严重,顶板事故发生次数最多,一次死亡10人以上的事故虽然次数不多,但死亡人数的比例却很高。同时,对发生事故的原因进行了系统分析,并提出了相应的对策及解决方法。

完整岩块辐射流剪切盒中含压流体密封方法研究

为提升岩石剪切渗流试验系统中辐射渗流剪切盒的流体密封性能,基于自主研发的新型岩石剪切渗流试验装置提出3种辐射渗流密封装置的结构设计方案:密封圈横向预压缩密封、硅胶垫法向压缩密封以及密封圈法向预压缩密封,并分别对其进行大变形数值模拟和试验验证。结果表明:(1)密封圈横向预压缩密封的密封效果与施加的法向荷载大小无关,而与岩样上端面平整度和平行度密切相关,流体密封压力较为稳定,密封水压力在0.72 MPa上下波动;(2)硅胶垫法向压缩密封的密封效果与施加的法向荷载大小呈正相关,在法向荷载允许范围内密封垫客观上具有密封压力阈值,在3.3 MPa法向荷载作用下密封水压力最大值可达到1.62 MPa;(3)密封圈法向预压缩密封既具备硅胶垫法向压缩密封的优点,还克服了硅胶垫密封性能依赖法向荷载大小的缺陷,可在较低的法向荷载状态下实现相对较好的密封效果,最大密封压力可达到2.45 MPa。数值仿真结果表明,对于密封圈法向预压缩密封,扩大密封圈直径并不能明显提高密封性能,而改变密封圈材料对密封性能影响较大。研究结果可为突破目前剪切渗流试验设备5 MPa水压力密封的极限及优化剪切盒密封装置结构设计提供了理论参考和研发借鉴。

酸蚀作用下红砂岩的非线性蠕变损伤本构模型研究

为探究红砂岩在酸蚀作用下的蠕变特性,根据损伤力学理论,将红砂岩中氧化钙在单位时间内的损失量作为化学损伤的依据;通过化学动力学中的表观反应速率理论,考虑浸泡红砂岩的化学溶液初始pH值和浸泡时间,推导出氧化钙损失量随时间变化的表达式,从而实现化学损伤因子的定量化。针对红砂岩在蠕变过程中的应力损伤,提出了应力损伤演化方程及加速蠕变时间阈值。在传统蠕变本构模型的基础上串并联基本元件,并将化学损伤因子与应力损伤因子引入蠕变本构模型中,建立了酸蚀作用下红砂岩的非线性蠕变损伤本构模型。最后,通过分析酸性溶液浸泡后红砂岩的三轴压缩蠕变试验数据,对所建模型进行参数辨识及验证,结果表明,本文所提出的蠕变模型能较好地描述红砂岩在酸蚀作用下的蠕变特性,具有一定的合理性与可靠性。

渗透压作用下黄山石灰石矿区炭质泥页岩剪切蠕变特性分析

针对西南地区二叠系软弱夹层在降雨反复作用下蠕变效应明显等问题,以四川省黄山石灰石矿区炭质泥页岩为研究对象进行渗透压作用下的剪切蠕变试验,得到其剪切蠕变试验曲线,通过分析其蠕变特性以及非线性破环规律,基于传统的西原模型,提出了一种能同时描述炭质泥页岩黏弹塑性特性的非线性蠕变模型,并利用该模型进行剪切蠕变参数辨识,结合FLAC3D数值模拟计算,研究了炭质泥页岩变形破坏特征,对比分析了室内试验结果和数值模拟结果,数值模拟结果证实了室内试验的可靠性以及本构模型和参数选取的合理性。研究结果表明:在渗透压、法向压力以及剪切应力的作用下,炭质泥页岩试样经历了完整的蠕变三阶段;改进的西原模型能够很好地拟合炭质泥页岩蠕变的三个阶段,对加速蠕变阶段的拟合效果也很好;运用FLAC3D软件对室内剪切蠕变试验进行计算得到的数值模拟结果与实际结果相吻合。

松软煤层及砂岩顶板水力挠动卸压增透效果对比分析

为了考察水力挠动措施对软煤及砂岩的卸压增透效果,克服采取高压注水进行煤层瓦斯增浓提效的盲目性。采用自行设计改造的"真三轴水力挠动-瓦斯渗流实验装置"对正方体砂岩及松软煤样试件进行了水力挠动实验。根据泵注压力实时演化曲线分析掌握了2种试件注水过程中裂隙发育、延展规律:泵注过程中砂岩试件经历压裂—多次压裂—完全破裂,最终被高压水完全压裂,其内部裂隙得到充分扩张、衍生,最终相互贯通的裂隙网形成;相反,软煤样试件则经过压裂—压实—闭合,最终被压实闭缝,内部裂隙网络未能展开连通。基于挠动前后渗透率分析对比的基础上实验验证了水力挠动措施对2种试件的适用性:挠动后砂岩试件的渗透率成百倍增加,而软煤试件的渗透能力几乎丧失。与模拟实验相对应,在试验井松软煤层及顶板砂岩中分别布置钻孔进行高压水挠动,措施后采用相关指标对挠动后的瓦斯抽采效果进行了考察:砂岩挠动钻孔措施后的抽采流量、浓度及纯量大幅增加,衰减系数急剧下降;而煤层挠动钻孔相应指标则呈相反趋势。实验结果及现场工程实践均表明:水力挠动作用下砂岩内部发生脆性变形,持续高水压作用下裂隙较好地发育、延展、贯通,较发育的网络系统形成,为下部煤体瓦斯解吸、扩散和运移提供了畅通的流动通道。相反,尽管挠动初期松软煤体内部出现裂隙,但随着注水持续,煤体发生塑性变形,水与煤体形成的煤泥堵塞了天然及人造裂缝(隙),软煤逐渐被压实,瓦斯流动性弱化,渗透性降低。研究成果表明转移挠动对象松软煤体至其坚硬顶板是松软煤层卸压增透的有效途径之一,应用于不适宜采用水力挠动的低透气性突出煤层有望取得较理想的瓦斯治理效果。

上保护层开采保护范围确定及数值模拟

针对传统保护层开采保护范围确定方法的局限性,结合某矿井保护层开采的实际情况,提出了一种新的保护层开采保护范围的确定方法(包括沿工作面布置方向和工作面推进方向的保护范围),即现场流量观测分析和含量对比法.通过流量观测分析和含量对比,结合工程实际情况进行计算机数值模拟来确定上保护层开采的"两向"保护范围;在含量测试取样过程中,采取了"大孔口钻杆扩孔,小孔口钻杆接岩芯管"的定点取样方法.研究结果表明:确定的保护范围符合现场实际情况;定点取样方法基本上保证了含量测值的准确性.

松软煤层煤巷掘进卸压槽防突技术

煤与瓦斯突出事故是煤矿灾害中的主要事故之一,煤与瓦斯突出往往发生在煤巷掘进工作面或石门揭煤掘进工作面。特别在瓦斯含量高且松软的煤层,掘进工作面的防突工作更为艰巨。论述了通过对掘进工作面施工卸压钻孔,利用其对煤体的卸压作用产生的裂隙,进而进行瓦斯抽放和煤层注水的卸压槽技术。通过对各种预测指标的考察,证明了在松软煤层煤巷掘进工作面利用卸压槽技术能起到很好的消突作用。

长大隧道快速施工技术探讨

为寻求长大隧道快速施工的途径,以某隧道工程实践为例,探讨了加强施工组织管理、施工技术改进和创新等措施,工程实践证明,该长大隧道快速施工措施效果相当显著,取得了日进尺11.2 m和月进度216 m的好成绩,为同类长大隧道快速施工提供了借鉴和参考。

基于煤与瓦斯突出能量理论的钻孔造穴诱突技术及工程实践

基于煤与瓦斯突出能量理论,建立了突出煤体三维结构应力模型,并利用弹塑性力学相关知识和数学求解方法推导了突出煤体的瓦斯弹性势能和瓦斯内能方程,为钻孔造穴诱突技术应用提供理论依据和实现路径。现场试验了钻孔水力造穴诱突、爆破诱突2种诱突技术措施,结果表明,钻孔造穴诱突过程的能量耗散机制符合推导的瓦斯能量方程和结构应力模型。针对试验矿井实际条件,2种诱突技术措施应用时存在一个阈值,当试验矿井煤层瓦斯含量大于9 m^(3)/t时宜采用水力造穴诱突技术,反之宜采用爆破诱突技术。实践表明,2种诱突技术措施均能使试验矿井瓦斯治理效果显著提高。

多级加卸载下层理裂隙煤体瓦斯渗流轴向效应及应用

为了获取工作面采动影响下煤体平行层理及垂直层理裂隙方向的瓦斯渗流规律,采用真三轴瓦斯渗透实验装置对层理裂隙煤样进行多级加卸载路径下轴向瓦斯渗流实验。实验表明:煤样在多级加载过程中经历压实、弹性变形和塑性变形3个阶段,2个轴向的瓦斯渗透率均随应力的增加而降低;卸载过程中,2个轴向的瓦斯渗透率均有部分恢复;加卸载下平行层理x轴向的瓦斯渗透率始终大于垂直层理y轴向。实践中在回采工作面前方布置了垂直层理和平行层理方向的2种钻孔考察瓦斯抽采量。实践表明:加卸载条件下层理裂隙煤样2个轴向的瓦斯渗透特性能真实反映受采动影响的煤体内瓦斯渗透规律;但煤样的加卸载过程不完全等同于回采工作面煤层应力"三区"变化过程,回采工作面充分卸压后的煤体各向渗透率均有较大提高。

MZ900S移动模架预压试验分析

移动模架预压试验对于检验移动模架的性能和预拱度的设置具有十分重要的意义。以某简支箱梁移动模架施工实践为例,介绍了预压程序、预压荷载的计算、沉降观测试验等。通过对试验结果进行分析,得出荷载—挠度曲线大约呈现出"二次抛物线",可以指导移动模架预拱度的设置,同时可以进一步验证移动模架整体结构的安全状况。

考虑损伤的软弱夹层剪切流变模型及程序实现

自然界中岩体破坏的主要形式是沿着滑面的剪切破坏,且主要表现为剪切流变损伤特征。根据软弱夹层不同剪切应力水平下的试验数据分析,引入可以表征其流变过程中参数损伤的变量D,提出了一个基于D的可以反映软弱夹层加速流变特性的黏弹塑性非线性流变模型,与伯格斯模型串联构成了一个能全面反映3个流变阶段的新的软弱夹层剪切流变损伤模型。基于FLAC3D使用C++语言对该流变损伤模型进行了二次开发,与室内流变试验进行了对比验证。结果表明:(1)每级剪应力下,其瞬时应变均较为接近,且经过相同时间的应力加载后,无论是稳定后的应变值还是加速阶段的应变值也均较为接近。(2)数值模拟试验中,当施加的剪切荷载未达到屈服应力时,其减速阶段历时较室内试验的历时短,即更快地达到稳定流变阶段;而当施加的剪切荷载超过屈服应力阈值时,其加速流变阶段位移变化速率大于室内试验的,且最终的位移比室内试验位移稍大。

矿山滑坡危岩体定向拆除抛掷爆破应急排险方法

矿山滑坡危岩体在极限状态下极易发生二次滑坡灾害,如何实现应急排险以及排险方法的安全有效性验证一直是困扰矿山企业的实际难题。以磨环凼西侧滑坡危岩体为研究对象,根据城市高层建筑定向拆除爆破的技术思路,提出一种定向拆除抛掷爆破应急排险方法,采用自下而上、由坡面向内逐孔毫秒微差爆破的方式,将滑坡危岩体定向抛掷到指定位置,以达到应急排险治理和方便采装运输的目的。考虑现场排险试验的不可逆性,采用离散元方法,建立等比例矿山危岩体爆破动力分析模型,利用炸点颗粒膨胀法模拟爆破作用,设置无反射边界,并对最终爆破排险效果进行分析,以提前验证该方法的可靠性。结果表明:以50 ms的起爆时差,由740 m—760 m—780 m平台、自坡面向内依次起爆时,大块率小,无根底,可将滑坡危岩体全部清除;危岩体最远抛掷距离为186 m,符合《爆破安全规程》(GB 6722—2014)的飞石安全距离规定,最大爆堆高度为22 m,主要堆积在坡脚685 m平台,可实现危岩体的安全快速采装运输。研究成果为该类“摇摇欲坠”的滑坡危岩体的安全快速治理提供了一种新的方法,具有一定的工程应用价值。

动力扰动效应影响下软岩蠕变损伤模型研究

动力扰动效应严重影响着边坡工程和地下岩土工程的安全稳定性,为描述动力扰动效应影响下软岩蠕变损伤变形的演化规律,基于动力扰动效应影响下软岩蠕变损伤过程中黏度系数的演化规律,采用新型协同损伤计算方法,实现蠕变损伤各阶段黏度系数演化的定量化表达。基于协同损伤效应影响下软岩蠕变各阶段黏度系数的新型演化方程和改进的牛顿体元件,采用元件模型的方法,建立软岩一维蠕变损伤模型。在此基础上,引入塑性流动法则,建立协同损伤效应影响下软岩的三维蠕变损伤模型。依据动力扰动效应影响下软岩的蠕变试验数据,采用Levenberg-Marquardt优化算法,验证所建一维和三维蠕变损伤模型的正确性,并确定模型参数。结果表明:所建一维和三维蠕变损伤模型均能较好地描述动力扰动效应影响下软岩的时变变形,尤其是加速蠕变阶段。并对蠕变损伤模型的关键参数进行了敏感性分析,详细分析所建蠕变损伤模型的正确性和适用范围。

冲击扰动下泥页岩块剪切蠕变损伤特性研究

矿体爆破是大多数露天矿山开采作业中的必要环节,然而持续爆破作业产生的冲击扰动作用会降低露天边坡的长期稳定性,甚至促使滑坡灾害的发生.为研究冲击扰动效应对边坡岩体蠕变特性的影响,以露天石灰石矿山二叠系软弱夹层中的炭质泥页岩为研究对象,利用自主研发的岩石冲击-剪切蠕变试验系统开展了不同冲击能量扰动下的剪切蠕变试验.试验结果表明:(1)冲击扰动对软岩剪切蠕变破坏具有明显的促进作用,随着冲击扰动能量的增加,软岩进入加速蠕变历时缩短,蠕变破坏总时长与剪切蠕变破坏强度亦随之降低.(2)冲击能量可改变泥页岩剪切破坏面的发育特征,冲击扰动能量越大,剪切面裂隙发育越充分且岩样结构形态越破碎.(3)岩样总体变形量与冲击能量呈正相关关系,随着冲击能量的增加,其造成的总变形中塑性永久变形占比越大而弹性变形占比越小,当冲击能量为7.09 J时两次冲击后的塑形永久变形占比均不小于73.1%.根据试验结果,引入基于冲击能量的损伤因子D,建立了考虑冲击扰动效应的软岩剪切蠕变损伤模型.采用BFGS算法和1stOpt通用全局优化数学软件进行了模型参数辨识,采用损伤模型对试验结果进行拟合后发现,所建立模型能够较好地描述冲击扰动下泥页岩剪切蠕变变形的全过程,可为爆破扰动效应下的矿山边坡长期稳定性研究提供一定的理论基础.