煤矿长距离斜井TBM辅助运输技术研究

目前煤矿长距离斜井TBM施工中物料运输种类多、数量大的问题已成为制约TBM快速掘进的重要因素。根据可可盖煤矿主斜井工程中每日辅助运料的需求和运输条件对运输设备进行设计,并对无轨胶轮车的运输能力进行验算,同时提出了相应的安全技术措施,其成功应用可为国内类似TBM施工煤矿斜井工程提供借鉴。

楔刀不同加载速率条件下细砂岩裂纹扩展研究

为提高西部竖井钻井法楔齿滚刀钻进细砂岩的破岩效率,开展西部弱胶结砂岩XRD与SEM试验,微观结构验证PFC2D模拟试验细观参数标定结果,探讨不同加载速度工况下弱胶结砂岩拉、剪裂纹形成,破岩阻力变化及破岩机理、破岩效率。研究结果表明:胶结物是加卸载段生成的微宏观裂纹萌生、扩展的通道,贯入速率超过0.01 m/min以上,将导致更大的动力效应、更大的应力集中(楔刀贯入)和应力波(密实核应力膨胀)传播,岩石内部的应力集中区域扩展,产生部分无效裂纹。贯入速率0.02 m/min平均贯入力是贯入速率0.01 m/min平均贯入力的1.64倍;贯入速率为0.01 m/min时取得最小胶结破坏比能耗,与可可盖矿中央回风立井施工现场钻进速率非常吻合。研究结果可为西部弱胶结砂岩楔齿滚刀破岩提供参考。

煤矿特长斜井敞开式TBM施工通风技术

对隧道(洞)及煤矿井巷工程盾构及TBM施工通风技术研究进行了系统回顾;简要介绍了可可盖煤矿主副斜井工程概况,并根据工程概况对工程通风设计原则和通风方式选择进行理论分析,基于以上分析对施工通风方案进行了多种设计和比选,决定两斜井均采用更换风机2阶段独头压入式通风方案,对所选通风方案进行理论校核,并对通风效果进行检验。现场实践表明通风效果良好。

考虑中间主应力与渗流作用的巷道稳定理论解

为了探究渗流作用下不同中间主应力对圆形巷道围岩的影响,应用弹塑性力学理论,基于Drucker-Prager屈服准则,推导得出围岩塑性区半径与孔隙水压力之间的关系式;再由极值点失稳理论,确定围岩失稳的判别准则。结合实际工程,分析中间主应力系数对临界水压力的影响,结果表明:中间主应力对临界水压力有较大影响,采用D-P准则时中间主应力系数与临界水压力的关系曲线表现为类抛物线形式。当中间主应力系数取0.8时临界水压力达到最大值10.0 MPa;与基于MC准则的计算结果做对比,发现考虑中间主应力时D-P准则的临界水压力计算结果更能反映岩石多轴力学性能,可应用于较为完整的含水岩层支护设计优化。

地面L型定向分支孔注浆加固煤层顶板厚风氧化带技术研究

针对薄基岩、厚风氧化带下综采工作面顶板压力大,易形成出水、压架事故的工程问题,采用一种新型L型定向分支孔结构对顶板厚风氧化带进行了地面预注浆,设计了合理的注浆参数和施工技术措施。工程实践结果表明:采用地面多渗透源的注浆方式加固顶板风氧化带,注浆压力大,改善了上覆围岩结构的力学行为,封堵了砂岩裂隙水和上部含水层的导水通道,配套高强液压支架,实现了安全回采,为同类地质条件下工作面开采提供了一种新的技术途径。

施工扰动下深井硐室衬砌结构受力及稳定性分析

通过现场实测获得了深部矿井中央水泵房及相关硐室衬砌结构内力和变形的实时分布规律,分析了吸水井、配水井及配水巷的掘进施工对水泵房硐室衬砌结构的扰动影响。结果表明:吸水井、配水井施工扰动期间,上部衬砌结构直墙和拱底产生了竖向受拉效应,同时顶、拱部环向钢筋应力和混凝土应变急剧增长,其中顶部环向钢筋应力平均变化速率较扰动前增大约4.2倍,衬砌结构顶拱受力接近其极限状态。基于实时受力特性分析,有针对性地对围岩与支护结构进行及时加固,有效控制了围岩与支护结构的稳定。

《土木工程测试技术》课程思政设计方法

专业课程思政工作是党中央对高校教师自身学习和教学工作提出的新要求。针对专业课程思政工作中存在的内涵要求不清晰、工科与人文社会科学课程差异显著、实施方法不规范等问题,基于教学实践探索,提出专业课程思政教育应做到无形化、启发式和与时俱进要求。根据工科课程《土木工程测试技术》的教学内容和特点,提出专业知识与思政内容教学联动设计方法,总结了教学环节设计四要素,分析了工科教师实践“课程思政”的具体要领。

内衬管长度与冻结管的极限承载力关系研究

对含内衬管的坡口对焊接头冻结管抗弯承载能力与变形进行了实验和有限元计算,实验结果验证了有限元数值计算是可靠的。把"回归正交试验分析法"引入到数值计算中,用较少的计算次数,计算出不同长度内衬管对坡口对焊接头冻结管承载力的影响。计算结果表明:冻结管直径越大,增加内衬管长度对提高冻结管承载力的影响越显著;对直径小于130mm的冻结管,增加内衬管长度对提高冻结管承载力的影响很小。同时,回归出内衬管长度与坡口对焊接头冻结管承载力之间的经验公式,计算结果与试验结果误差很小,可为冻结管接头设计提供理论依据。

深井巷道围岩温度场分布规律研究

基于地质学和热力学理论,给出巷道围岩温度场受不同的风流冷却时间的无因次解析式,以淮南地区某高温矿井的实测数据作为参数,用有限元软件ANSYS计算出围岩温度场的分布。提取数值计算结果与解析解对比,结果表明解析解与数值解吻合程度较好。

深立井连接硐室群围岩稳定性分析及支护对策

针对深立井连接硐室群围岩稳定性控制和支护技术难题,在工程地质调查的基础上,结合室内岩石力学试验,基于广义的Hoek-Brown强度准则取得了岩体力学参数,进而采用数值模拟方法对硐室群在开挖过程中的围岩位移规律和塑性区范围进行了分析。根据数值模拟结果优化了硐室群的支护结构设计方案,并通过深浅孔方式的滞后注浆技术对围岩做进一步加固,围岩变形规律和支护结构受力的现场实测结果验证了优化支护结构的合理性,形成了深立井连接硐室群围岩失稳的控制对策。

深井煤矿TBM掘进巷道围岩损伤区震波CT监测

以张集煤矿TBM开挖1413A高抽巷为研究对象,通过平行于高抽巷的轨道顺槽,向高抽巷施工监测钻孔,利用震波CT监测技术,对TBM掘进过程中围岩的开挖损伤区进行原位测试。基于对一系列不同时段波速场数据的综合分析,给出岩体的结构特性,得到巷道开挖全过程中围岩损伤区的产生和发展的演化过程,分析该施工条件下的开挖损伤区范围、裂隙演化与TBM施工的关系,并探讨开挖损伤区的形成和演化机制。研究成果为现场支护设计、支护时机、围岩变形特性和地质资料分析提供直接依据。

千米深井L型钻孔地面预注浆岩体可注性研究

以千米深井巷道注浆区域岩体结构分布特征为基础,采用理论分析的方法,结合现有岩体松动压力理论和可注性理论,分析了岩体可注性的影响因素和裂隙岩体渗透的几何参数,利用现场压水试验,统计注浆段地层的单位吸水率,得到吕荣值,对信湖煤矿中央水泵房和变电所注浆加固段岩体的可注性进行评价。分析结果表明,增大岩体的凝聚力和内摩擦角可效降低支护结构承受的松动地压,当岩体的内摩擦角从10°提高到20°时支护结构承受的松动地压降低最显著;所加固段巷道周边岩体的可注性较差,若在巷道开挖施工期采用工作面注浆方法加固围岩,则很难达到预期效果,该研究表明了采用L型钻孔地面预注浆加固围岩的必要性与可行性。

动载下含预制裂纹砂岩的力学特性及破裂过程研究

深入研究缺陷岩石的动力特性对保障深部煤矿巷道等地下硐室在掘进爆破、老顶来压等强扰动作用下的长效稳定具有重要意义。该研究基于天然裂纹长度的幂律分布假设,利用颗粒流软件建立了分离式霍普金森压杆试验系统以及含不同数量分布裂纹的砂岩试件模型,研究了在冲击荷载作用下预制分布裂纹数量对砂岩试件强度、破坏等力学特性的影响。结果显示:(1)随预制裂纹数量(number of prefabricated cracks, NPC)的增加,砂岩试件强度近似呈线性减小趋势,而弹性模量降低规律更接近三次方程,并且随着NPC的增加,试件强度、弹性模量的离散性逐渐增大,试件峰后应力的降低过程也更为复杂;(2)随着NPC的增加,试件的AE事件曲线由单峰值、高极值向多峰值、低极值转变;(3)在冲击荷载作用下,试件中新生裂纹沿应力波传播方向渐进分布,由散斑形式逐渐连通扩展为片层状,并且随着NPC的增加,试件的破坏模式由四周破坏形式转变为自左至右的渐弱破坏形式;(4)试件主要沿应力波传播方向发生破裂,并且NPC越少,倾角沿应力波传播方向的新生裂纹占比越大。

深厚冲积层钢筋混凝土外层井壁结构模糊随机有限元可靠性及灵敏度分析

基于模糊随机有限元的基本原理及方法,对结构失效函数和材料本构关系作等效模糊化处理,设定输入输出模糊随机变量,建立钢筋混凝土外层井壁结构的模糊随机有限元分析模型。利用ANSYS数值计算外层井壁结构的模糊随机有限元可靠性,结果表明:由于综合考虑到各变量参数的不确定性,获得的模糊随机有限元可靠性相比常规的有限元可靠性总体偏低,其结果更能反映实际工况。此外,模糊随机有限元可靠性以区间值表征不同井段的可靠程度,较常规可靠性的定值表现方法更具工程针对性。模糊随机有限元灵敏度分析发现:影响外层井壁结构可靠性的重要因素依次是井壁冻结压力、混凝土抗压强度和厚径比。通过ANSYS灵敏度散点图可指明主要输入变量的变动对输出变量的影响程度以及变量需改动的大致区间范围。

土木工程概论课程教与学的研究

土木工程概论课程是土木类大学生跨入校园的入门类基础课程。通过该门课程的学习,可以激发新生的学习热情,厘清专业的知识体系,明确大学四年基础课程和专业课程的学习重点和方向;通过案例教学、动画教学和换位教学等改革,提高教学质量和效果;重新设计教学考核模式,将考核过程贯穿整个教学过程,提高教学目标达成度;通过该门课程的教与学,引导学生四年后成为土木工程专业的卓越工程师和设计师。

基于浆液流变性的深埋岩层纵向劈裂注浆理论研究

针对岩体劈裂注浆纵向起裂与扩散机制问题,考虑被注岩体的力学特性及地应力因素,分析浆液流变性的运动规律和裂缝的扩展形态,建立了考虑浆液流变性的纵向劈裂扩散模型,给出了纵向劈裂的起劈压力及劈裂通道扩展条件;推导了考虑裂缝几何形态及浆液流变性的纵向劈裂扩散运动方程并得到试验验证。研究表明,纵向劈裂注浆扩散时,除注浆压力与注浆速率因素外,其扩散范围亦受控于注浆段高度、被注岩体强度以及浆液流变性,三者与劈裂扩散半径均负相关,与注浆压力均正相关。岩体强度越高,液黏度越大,劈裂注浆所遇到阻力越高,裂缝扩展越加困难。研究结果可为今后基岩劈裂注浆设计提供理论参考。

冻结法凿井施工期外层井壁破裂机理及应对方法

针对冻结法凿井施工期过厚膨胀黏土层段井壁破裂问题,以淮南矿区顾桥矿东回风井-290 m破裂井壁为研究对象,分析其受力特征与致裂机理。在此基础上,提出通过短段掘砌、优化冻结减小不均匀压力等措施,可为类似条件下的冻结法凿井提供参考。

深厚砂黏分界处不同工况下多圈管冻结温度场特性

多圈管冻结壁设计方案是解决深冻结问题的有效方法,为研究深厚砂黏层分界处不同工况下多圈管冻结温度场特性,采取分界处原黏性土XRD试验结果,利用ANSYS数值模拟冻结三圈管,对比分析了细砂土与膨胀性黏土在冻结管偏斜与不偏斜工况下温度场冻结壁形成与发展特性。研究表明:多圈管不偏斜冻结,细砂层与膨胀性黏土层冻结壁温度场均呈规则、对称、有序发展,主冻结中圈管间、内圈管间、中-内圈管间、中-外圈管间、外圈管依次形成交圈过程,随着冻结时间增加,中-内圈、中-外圈管间冻结温度由抛物线型发展为梯形降温形状,且温差减少,内、外圈管外侧呈倒八字型发展形态,内圈管内侧降温效果明显好于外圈管外侧。偏斜时,冻结壁温度场交圈降温不规则,冻结冷锋交圈叠加具有随机性和离散性。膨胀性黏土冻结壁形.成时间严重滞后,偏斜、土性差异对冻结壁温度影响均较大,偏斜对膨胀性黏土影响尤其明显,与某矿冻结法凿井在地层-400 m以.上砂黏分界处发生的多根冻结管断管事件较为吻合,研究成果可以为类似深层矿井冻结施工提供参考。

淮南潘谢矿区矿井安全改建及水平延深开采方案设计

为了保证淮南潘谢矿区多个矿井可持续开采,基于矿区表土层厚、煤层多、煤层埋藏深、瓦斯含量高、透气性差、地压大的地质特征,以充分利用资源为目标,在现有的生产系统上,统筹分析给出了矿区矿井延深方式、块段及采区划分、各煤层(组)瓦斯治理模式、防治水方案以及采区系统巷道布置等设计原则,形成了一套适用于复杂地质条件下高瓦斯突出煤层群开采的矿区矿井安全改建及水平延深的设计方法,为类似矿井安全改造和水平延深提供参考。

弱胶结软岩巷道支护设计优化及现场监测研究

以泊江海孜矿+803.5 m水平辅助运输石门为研究对象,基于原巷道支护现场监测结果,剖析了锚杆(索)所受拉力出现衰减现象的原因;提出了弱胶结软岩巷道支护设计优化原则和锚梁网喷索协同支护优化方案,并采用软件FLAC^(3D)数值模拟,探究了优化后巷道支护结构的变形与受力特性,对比分析了优化前后的现场监测结果。研究表明,弱胶结岩层的自然属性是导致原支护结构锚杆(索)受力出现松弛衰减的根本原因,优化后的支护结构有效改善了支护体系与围岩的协同作用,确保了巷道围岩的稳定性,为今后类似条件巷道支护提供了有益借鉴。