深埋岩溶隧道掌子面突水灾害可靠性上限分析

旨在研究高地应力、高压富水条件下深埋岩溶隧道掌子面突水灾害的可靠性问题。基于已有研究成果,考虑高地应力以及高压富水地质条件,采用极限分析上限法构建了以剪切破坏为主的深埋岩溶隧道掌子面三维防突机制。根据虚功率原理建立突水破坏过程中的能量方程,利用Hoek-Brown强度准则求解了高地应力以及高压富水条件下防止掌子面突水所需要的支护力上限解。在极限破坏状态下,根据掌子面上施加的支护力与突水破坏时的围岩压力构建极限状态方程,建立了深埋岩溶隧道掌子面防突可靠度模型,并采用响应面法计算了掌子面发生突水灾害的失效概率。分析了水平地应力、溶腔水压力、岩体强度参数以及隧道洞径对支护力、潜在破坏长度的影响规律,给出了满足不同容许失效概率下深埋岩溶隧道预防突水灾害所需要的最小支护力以及在有限支护效应下能抵抗的最大破坏长度。将研究成果应用于实际工程案例中,与已有研究、现场结果相比较,验证了本文计算结果的有效性,可为今后类似深埋岩溶隧道的防突问题提供理论指导和参考。

高地应力断层破碎带富水段隧道帷幕注浆效果及注浆圈参数研究

周边超前预注浆加固是改变裂隙岩体物理力学性能和渗透性能的有效方法,以鸡心岭隧道工程为例,通过数值模拟分析了周边预注浆加固前后、不同注浆圈厚度和注浆圈渗透系数对围岩渗流场、位移场、塑性区及支护受力的影响规律。结果表明:1)周边超前预注浆加固能有效降低初期支护静水压力,减小围岩塑性破坏范围和洞周位移,并使得隧道涌水集中发生在拱脚位置;2)注浆圈厚度超过8 m后,继续增大注浆圈厚度对围岩位移的影响较小;3)降低注浆圈渗透系数可有效降低隧道涌水量,但会增大围岩变形。

高原隧道高地(水)温段热害防控技术分析

我国云南、西藏、四川等省地热资源丰富,在隧道和地下工程施工中常遇到高温热害问题。在XB隧道建设中遇到了高达70.0~96.3℃的水温和50.0~81.5℃的岩温段,给施工带来了极大风险,给保障工程结构性能增加了困难。文章阐述了热害对工程质量和工作效率的影响,通过工程实践与应用研究,比选了放置冰块、通风降温、局部机械制冷、喷雾洒水、炮孔冷却、减少热源等措施的降温效果,研发了超高温环境下注浆堵水材料和机械设备,并提出带水作业四条件,旨在实现安全快速施工,为类似工程施工提供参考。

深井高应力浸水孤立煤体蠕变失稳型冲击地压机理研究

以赵楼煤矿七采区南部水仓联络巷冲击显现为背景,采用理论分析、数值模拟、现场实测等方法,研究了高应力浸水孤立煤体蠕变失稳型冲击地压机理。浸水孤立煤体承载应力主要呈现从“双峰”形到“马鞍”形再到“平台”形最后到“单峰”形的蠕变演化规律;基于burgers模型,引入了含水损伤变量,建立了孤立煤体弹性区集中应力估算力学模型,揭示了高应力浸水孤立煤体蠕变失稳型冲击机理:孤立煤体在水仓积水的不断弱化作用下,强度逐渐降低直至残余强度,其承载能力也随之下降,导致应力集中由塑性区向弹性区转移,当弹性区承载集中应力超过其失稳阈值时,容易诱发冲击地压;提出了高应力浸水孤立煤体蠕变失稳型冲击的防治对策:降低孤立煤体平均承载应力,增加孤立煤体综合抗压强度,必要时针对孤立煤体附近的巷道进行充填处理。

陈四楼煤矿地面定向钻孔超前区域治理底板岩溶水害技术

为了进一步提高极复杂地质构造下矿井底板岩溶水害区域治理技术的有效性,降低底板突水的危险性,解决矿井区域水害治理过程中面临的太原组上段灰岩含水层岩溶裂隙发育、水压高、富水性强、井下钻孔工程量大、施工工期长等安全技术难题,通过分析矿井近年来区域治理后工作面底板出水案例及特征,提出了地面定向钻孔超前区域治理底板岩溶水害技术。以陈四楼煤矿南翼九采区2901、2903试验工作面开采为背景,选取了L8灰岩含水层作为目标层位,设计了地面定向孔组的技术参数,并通过现场试验测试分析了治理前后的二2煤底板水压和各钻孔的吸水率。结果表明:注浆后各钻孔的吸水率呈现明显的下降趋势,Z2和Z3孔组钻孔平均吸水率分别下降97%和94%,经过定向钻孔超前注浆加固底板太原组上段灰岩后,岩溶裂隙得到了有效充填;治理后区内太原组上段L8灰岩内水压下降至1.2~4.2 MPa,且水压分布不再与地层埋深吻合,多呈孤岛状,太原组上段L8灰被改造为等效隔水层,底板突水系数下降至0.023~0.057 MPa/m。技术成功应用实现了极复杂地质构造下强突水危险性工作面的安全高效回采,为同类矿井相似型综采面的底板岩溶水害防治,探索出了一套新的方法。

井-孔联合疏排高填方滑坡地下水典型案例分析

以攀枝花机场13#滑坡治理工程为例,在简述滑坡基本概况的基础上,着重论述了研究区水文地质条件。研究区雨季降水量占全年降水量的95%,中−大暴雨、3 d及以上降雨天数出现次数集中于7—9月,占总数的95%以上。研究区降雨具有雨季降水量强度大且集中的特点。物探及钻探揭示,滑坡后缘场坪填方区地下水丰富,具有“窝”状不连续分布特征,有明显的成层性;含水层具有黏土含量高、赋水性较好、孔隙连通性差、径流不畅,坡内地下水难以快速消散等特点。基于该滑坡地下水丰富的突出特点,提出了抗滑桩支挡与集水井联合井内仰斜排水孔疏排地下水并重的治理方案。治理工程竣工后,评估了井孔联合疏排地下水措施的排水效果,证明排水效果良好。

高水位软土公路路基土石方填筑施工技术研究

由于土石方填筑施工缺乏与实际工况的结合,导致存在高水位软土公路填筑路基沉降值超标的情况,为此,文中对高水位软土公路路基土石方填筑施工技术进行研究。收集高水位软土公路路基各土层的厚度、力学参数(压缩模量、抗剪强度等)等基本地质信息,结合水位分布以及高度,确定其对地基沉降情况的影响,计算高水位软土公路路基沉降状态。在土石方填筑施工阶段,结合计算结果,针对不同土层的具体情况,从填筑松铺厚度、填料粒径、碾压速度、碾压次数,以及特殊工况的施工基础进行针对性设计。应用路基填筑技术后,60 d的最大沉降值仅为0.66 mm,在沉降值允许范围(≤1.0 mm)内,且在50 d后,沉降逐渐收敛,10 d内,沉降值变化幅度仅为0.03 mm。

大埋深综采工作面高水充填沿空留巷矿压显现规律研究

为揭示大埋深综采工作面高水充填沿空留巷矿压显现规律,以梧桐庄矿182605下工作面为工程背景,通过理论分析、方案设计和现场监测相结合的方法进行研究。根据现场巷道围岩变形量及速率变化规律分析可知,沿空留巷采用加强支护+超前切顶卸压+高水充填联合支护后,累计变形量和变形速率先缓慢增大再显著增大之后保持稳定,其中变形速率呈“几”型状。依据规律将沿空巷道的围岩变形划分成3个区域,分别是缓慢变形区、显著变形区和稳定变形区。工作面周期来压步距为35~40 m,对巷道围岩起到有效的控制作用。矿井现场试验表明,充填体完好,强度满足实际需求,巷道变化较小,达到预期目标。

Applications of FBG-based sensors to ground stability monitoring

The four diversion tunnels at Jinping Ⅱ hydropower station represent the deepest underground project yet conducted in China, with an overburden depth of 1500-2000 m and a maximum depth of 2525 m.The tunnel structure was subjected to a maximum external water pressure of 10.22 MPa and the maximum single-point groundwater inflow of 7.3 m^3/s. The success of the project construction was related to numerous challenging issues such as the stability of the rock mass surrounding the deep tunnels, strong rockburst prevention and control, and the treatment of high-pressure, large-volume groundwater infiltration. During the construction period, a series of new technologies was developed for the purpose of risk control in the deep tunnel project. Nondestructive sampling and in-situ measurement technologies were employed to fully characterize the formation and development of excavation damaged zones（EDZs）, and to evaluate the mechanical behaviors of deep rocks. The time effect of marble fracture propagation, the brittleeductileeplastic transition of marble, and the temporal development of rock mass fracture and damage induced by high geostress were characterized. The safe construction of deep tunnels was achieved under a high risk of strong rockburst using active measures, a support system comprised of lining, grouting, and external water pressure reduction techniques that addressed the coupled effect of high geostress, high external water pressure, and a comprehensive early-warning system. A complete set of technologies for the treatment of high-pressure and large-volume groundwater infiltration was developed. Monitoring results indicated that the Jinping II hydropower station has been generally stable since it was put into operation in 2014.

空气反循环钻探技术在超高海拔地区的应用

空气反循环钻探与传统的钻探工艺相比,具有成本低、钻速快、场地要求低、样品可靠无污染等优点。因其以压缩空气为主要循环介质,遇水、冰容易造成淤堵,应用于超高海拔地区空气稀薄、永冻层较厚、地下水丰富等复杂环境一直以来都是难题。为验证空气反循环钻探工艺应用于超高海拔复杂环境的可行性,本文依托西藏巨龙铜矿空气反循环钻探项目,通过选取高功率设备、防水工艺改进以及防冻材料应用等多项举措,成功研究出克服复杂环境因素的整套施工工艺,使其综合效率与平原地区相近,证明了空气反循环钻探技术可以应用于超高海拔地区。

基于陆基遥感研究降雨过程对人民渠水质影响

利用监测频率为1min的陆基高光谱水质遥感监测仪于2021年9月24日~11月18日在四川德阳人民渠对浊度、悬浮物、总磷等关键水质参数开展连续监测,精细刻画了水质分钟级的动态变化特征,并结合逐时降水数据探究了不同雨强对人民渠水质的影响.结果显示:降雨量与浊度(r=0.82,P<0.001)、悬浮物(r=0.88,P<0.001)和总磷浓度(r=0.81,P<0.001)均存在极显著正相关,而降雨量与总氮浓度(r=0.39,P=0.07)存在正相关但相关性不显著.当小雨时,降雨量少,没有形成明显的地表径流,河流水质几乎不受影响;大雨及暴雨时,地表径流的形成造成浊度、悬浮物和总磷浓度显著增加,总氮浓度增长幅度则较为平缓.通过高频水质数据可以精细刻画从高强度降雨发生到引发流域氮磷污染物大通量、脉冲式输入再到水质短期剧烈变化这一关键流域污染过程,研究结果为高强度降雨频发地区和未来极端降雨增加情景下流域的污染物控制和综合治理措施提供科学依据.

矿井掘进工作面富水区多点电源高分辨电法探测

为准确探查矿井掘进工作面富水区空间分布,提出了多点电源高分辨电法探测技术。在掘进工作面后方一次布置多道电极观测系统,从掘进工作面向后1/4测线电极依次作为供电点电源电极,采用单极−偶极装置采集数据,得到的视电阻率值视为多点电源电测深数据。利用多点电源电测深成像结果,快速判别掘进工作面是否存在相对富水区,判断富水区是在掘进工作面前方还是后方;将探测范围划分出一系列目标单元,对多点源电测深数据,采用异常目标匹配滤波处理方法,得到探测范围相关度成像结果,其中高相关度值范围准确地反映了掘进工作面前后富水区的分布位置;利用实测多点电源电测深数据拟合一条理论模板曲线,采用比值法校正得到的多点电源测深比值数据能够有效消除巷道空腔及层状地层等因素的影响。在淮南矿业集团潘三矿掘进工作面探测实例表明,多点电源高分辨电法能够准确探查出掘进工作面富水区的位置,有效指导巷道掘进水害防治工作。

高地应力软岩大变形输水隧洞处理措施研究

隧洞在穿越高地应力引起的软岩大变形问题是隧洞建设施工中的难点,给隧洞建设的施工安全和进度带来了很大的影响。结合高地应力软岩大变形段地质情况和变形原因分析,采取三台阶开挖、双锁脚锚管、让压锚杆、双层支护和开挖预留变形量等措施。通过收敛监测点、锚杆应力计、钢板计安全监测分析,研究结果表明,除开挖落下台阶时变化相对较大外,其余收敛监测断面收敛测值及变化量较小,锚杆应力、锚杆支护应力以及钢板计实测钢拱架应变的发展趋势也相对稳定,未见异常情况,抑制围岩变形,围岩稳定,采取三台阶开挖、双锁脚锚管、让压锚杆、双层支护和开挖预留变形量等措施是合理的。

煤矿深部巷道群穿灰岩推覆体水害超前治理技术

煤矿深部巷道高水压和高地应力下掘进,水害和破碎围岩是面临的主要水文和工程地质问题,以淮北邹庄煤矿87采区系统大巷群穿推覆体高压灰岩含水层和F25断层为研究对象,提出利用地面定向多分支孔顺巷探查和分段高压注浆技术,对巷道群穿含水层和断层破碎带进行超前区域治理。查明了太原组灰岩和断层破碎带的空间位置和形态。通过分段高压注浆在巷道周边形成了隔水圈带,含水层有效改造范围大于30m,改造后验证钻孔出水率降低约50%,单孔最大涌水量小于2m^(3)/h。高压劈裂注浆固结了断层破碎岩体,巷道在断层带掘进未发生片帮、掉顶,采用锚喷支护即顺利穿过。地面定向多分支孔注浆技术是解决深埋巷道掘进面临的破碎围岩和水害问题的有效手段,实现了由井下治理到地面治理,边掘边治到掘前治理,逐段治理到区域治理的治灾理念转变,可广泛应用在巷道穿深大断裂或高承压含水层的超前治理。

盛鑫煤业地面灌注老巷充填技术研究与应用

为实现盛鑫煤业42201工作面的安全生产,开展了老巷充填技术研究。在对比不同老巷处理方式、不同注浆材料的基础上,确定采用高水材料地面灌注充填技术。在地面施工定向充填钻孔11个,采用化学材料对老巷进行密闭。对老巷进行充填后,工作面回采过程中工作阻力保持稳定,未发生明显的片帮、冒顶,取得了理想的充填效果。

高潜水位煤矿区生态风险识别与评价

生态风险评价是生态环境保护与管理的重要研究内容,并广泛运用于流域与较大范围的区域尺度的研究。以区域生态风险评价理论为基础,结合高潜水位煤矿区生态环境以及煤炭开采对生态系统造成的危害的特点,通过分析风险源、风险受体、生态终点以及暴露—响应过程,对高潜水位煤矿区生态风险的识别与评价方法进行了研究,构建了典型高潜水位煤矿区的生态风险识别与评价概念模型与空间分析框架,分析了煤矿区生态风险识别的主要技术手段与方法,并构建了以缓冲为主要手段的综合生态风险评价方法。选择山东东滩煤矿作为研究对象,针对研究区内存在的采煤塌陷、洪涝、污染、景观及社会等生态风险类型,定量评价其空间差异,并提出相应的风险防范措施。案例分析结果表明,研究区综合生态风险重度、中度、一般、轻度分别占到研究区的4.70%,64.00%,24.09%,7.20%。生态风险较高的区域主要位于矿区中西部,为煤矸石山、裸露煤炭堆积与发电厂分布区域;中度风险是研究区主要的风险类型。从降低生态风险保障矿区生态安全角度,在未来矿区规划与生态治理过程中,提出了具体的应对措施,包括:(1)注重源头控制;(2)建立高生态风险区域阻隔带;(3)加强污染的监测与控制;(4)采用边开采边治理技术。建议加强生态风险高区域的阻隔,建立生态缓冲带,减缓对整个矿区的综合影响,构建东滩煤矿生态风险防范的空间结构。

高潜水位采煤沉陷区人居环境与生态重构关键技术:以安徽淮北绿金湖为例

以两淮高潜水位矿区为代表的我国东部大量采煤沉陷积水区的形成,严重影响了煤炭资源型城市的可持续发展,特别是城中采煤沉陷区水土资源撂荒、生态系统紊乱、人居环境恶化已成为制约城市建设的三大瓶颈,严重阻碍了经济社会发展和生态文明建设。为解决煤炭资源型城市生态修复与可持续发展问题,通过分析高潜水位采煤沉陷区地表沉陷积水演化规律和生态损害特征,基于开采沉陷原理和“采复一体化”理论,提出了地表沉陷积水动态预测方法,构建了沉陷区地形改造分区重构数学模型;研发了沉陷区边采边复施工、水循环与水资源调控、建筑分区设计、水土流失控制与基质改良、水陆复合生态系统重构等关键技术;探索了城中采煤沉陷区人居环境与生态一体化治理新模式,并以淮北绿金湖沉陷区为工程背景,开展了工程实践。研究表明:①融合Knothe时间函数和水量平衡模型参数,可实现开采任意时刻地表沉陷积水深度、积水面积、积水体积和最大库容的精准预测,最大相对误差为9.7%;②依据土方量平衡条件,建立了采前地形重构数学模型,将沉陷治理区划分为以地表沉陷盆地中央为中心、两侧对称的中央挖深、边界垫浅4个特征区域,土地闲置时间由14个月缩短至8个月,为高潜水位采煤沉陷区“挖深垫浅”超前治理提供了理论依据;③研发了环保疏浚退水及人工湿地尾水处理系统、底泥一体化机械深度干化系统、高填筑围埝多级装配式退水系统等成套施工关键技术,退水效率提高了17%,节约排泥场面积5260 m^(2);④提出了“平整地建筑-斜坡地水土保持-浅水区水生植被-深水区生态渔业”沉陷区分区治理技术,实现了沉陷区水土资源的100%高效利用;⑤与引江济淮、生态走廊、绿金城市等重大民生工程相结合,探索了集市场运作、科学修复、可持续运营于一体的沉陷区综合治理新模式,为城中采煤沉陷区生态环境治理和可持续发展提供了理论依据和技术参考。

中国主要地方病区地质环境研究进展与展望

地方性砷中毒、氟中毒和大骨节病是中国目前流行的主要地方病病种,严重威胁着群众的身体健康。本文总结了中国北方主要盆地高砷水、高氟水分布规律及形成机理和中国大骨节病区地质环境的特点及其相互关系研究的进展,并就其研究方向进行了展望。

基于无人机影像的采煤沉陷区玉米生物量反演与分析

为了探索运用无人机多光谱遥感技术监测高潜水位矿区采煤扰动下原有生态系统破坏及地表耕地损毁程度的方法,以高潜水位矿区开采沉陷导致地面积水所引起的农作物渍害影响为例,基于无人机多光谱影像,在传统植被指数的基础上引入红边波段进行扩展,优选了22种植被指数,结合田间同步实测生物量数据,采用经验模型法分别构建了一元回归、基于最小二乘法的多元逐步回归(Multivariable linear regression,MLR)、反向传播神经网络(Back propagation neural networks,BPNN)的生物量反演模型,通过决定系数(R2)、均方根误差(RMSE)和估测精度(EA)3个指标筛选出最佳模型。最后,基于最佳模型进行研究区玉米生物量的空间分布反演和分析,结果显示,所选的植被指数均与生物量显著相关,其中,BP神经网络模型的估算精度最高,其决定系数R2为0.83,比其他模型增加了0.10~0.17,预测均方根误差RMSE为178.72 g/m2,比其他模型减少了29.65~60.23 g/m2,估测精度EA可达到79.4%,比其他模型提高了3.3%~7.1%。这说明红边波段更适于采煤沉陷区作物生物量的估算,引入红边波段构建生物量反演模型,可以显著提高采煤沉陷影响下玉米生物量无人机遥感反演模型的精度。研究结果表明:采煤沉陷盆地内玉米生物量主要分布于592~1 050 g/m2,其面积占研究区的74.4%,地表生物量低于352 g/m2的作物面积达到14.1%,玉米整体长势受采煤扰动影响较为严重,玉米生物量呈现从沉陷盆地边缘往中心逐渐降低的趋势。本文研究为同类型其他高潜水位矿区土地损毁监测与评价、土地复垦与生态修复等提供基础数据与理论支撑。

平原老城区污水处理提质增效实施策略分析

以华东地区某城市老城区污水处理厂服务片区为研究对象进行分析,发现采取防倒灌措施后,污水处理厂污染物进水浓度提升明显。平原高地下水位地区污水处理厂进水浓度影响因素由大到小分别为:地下水入渗、管道沉积和降解、河水倒灌、降雨,对污染物进水浓度影响程度(以BOD5计)分别为:25%~34%、17%~26%、13%~18%、7%~10%。在平原老城区实施"清污分流",建议优先采取的措施为防治河水倒灌、管网修复,管网系统相对完备后可采取降低管网运行水位的措施,雨污分流需伴随着老城区改造循序渐进。通过多项措施的逐步实施,最终实现提高污水处理厂进水浓度的目标。