塞尔维亚Sirine隧道断面方案比选

为解决明挖隧道结构形式单一(多采用矩形结构)、方案研究偏少、断面形式创新不足的问题,以塞尔维亚Sirine隧道为例,引入2种国外采用的异形断面,并与传统折板拱、矩形断面进行受力特性和经济性等对比分析。研究结果表明:1)“平底+圆拱”断面方案的拱形部分受力特性良好,通行视觉效果好,但底板受力较差,经济性较差;2)组合断面方案经济性最优,各构件受力明确,但结构的防水效果和整体性较差;3)折板拱断面与矩形断面类似,两者虽然受力特性一般,经济性一般,但具有基坑规模小、空间利用率高、防水效果好、施工简单等优点。经对比,引入的国外新型断面相比传统断面虽然并不具有绝对优势,但可为明挖隧道断面形式选择提供参考,并为断面方案创新提供借鉴。

松软破碎厚顶煤大跨度切眼变形破坏特征与控制技术

安阳主焦煤矿大断面切眼常采用被动支架沿顶布置,围岩变形量大、易漏冒,工人劳动强度大。针对上述问题,采用数值模拟方法研究了裂隙发育、位移和应力分布与切眼跨度之间的关系,提出了围岩控制策略和支护方案。结果表明,随着切眼跨度的增大,围岩塑性区范围逐渐增加,顶板以剪切滑移或拉剪破坏为主,两帮以泊松效应膨胀拉伸—剪切破坏为主;顶板下沉量、巷帮内挤和底鼓量均逐渐增大;顶煤、直接顶和基本顶部分岩层逐层渐次移动,顶板部分区域出现较大的裂隙,冒落拱以上深部顶板发生整体移动;巷道顶底板中有害拉伸应力区域范围呈现拱形分布,且逐渐增大。根据切眼围岩变形破坏特征,提出了高强度、高刚度、高预紧力的强力支护和被动单体液压支柱补强的主被动联合支护方法。现场工业性试验表明,切眼围岩得到了有效控制,可为类似裂隙发育托顶煤大断面切眼围岩控制提供参考。

近距离采空区下大断面切眼支护技术应用

以9101采煤工作面为工程实例,该采面切眼跨度为8 m,且上覆为8^(#)煤层采空区及煤柱。切眼拟采用分次掘进方法施工,首先掘进巷道宽度4.5 m,后刷扩3.5 m;在掘进期间,通过探测切眼顶板与上覆8^(#)煤层采空区层间距,再设计切眼顶板支护方案;现场应用后,切眼顶底板、巷帮变形量分别为60 mm、73 mm,实现了近距离采空区下大断面切眼围岩变形有效控制。

上行开采条件下巷道修复时机和开切眼位置研究

为避免煤矿开采过程中上部采区巷道的重复返修问题,采用理论分析、数值模拟和工程测量相结合的方法,对下伏煤层开采过程中覆岩破坏特征和巷道塑性区演化特征进行了研究,揭示了下伏煤层开采对煤层完整性和巷道稳定性的影响规律,确定了上煤层巷道的修复时机和下煤层工作面开切眼的合理位置。煤矿开采期间,由于受下伏煤层工作面开采的影响,上采岩层塑性破坏严重,虽未出现阶错,但出现整体沉陷,上煤层巷道的修复时机应在塑性区范围趋于稳定后;开切眼位置应综合考虑围岩变形幅度最小及煤炭资源充分利用等情况。现场工程应用表明,采取上述措施后,巷道围岩变形满足煤矿生产要求,避免了巷道围岩变形的多次修复。

基于薄煤层开切眼的锚网索联合支护研究与应用

为提高薄煤层工作面回撤速度,更加安全高效地实现薄煤层工作面的开采。以平煤二矿己17-23010开切眼为对象,研究该开切眼开采前后顶板的破坏机理,并探索锚网索联合支护下开切眼巷道的支护效果。研究表明,开切眼顶板岩体的失稳源于开采扰动的影响,在轴向力和岩体自重的双重影响下发生失稳破坏;与传统的棚式支护相比,锚网索联合支护能极大提高薄煤层开切眼的安全性并提高开采效率,因此建议在薄煤层开切眼中推广采用该种支护。

特厚煤层短壁综放大断面切眼巷道围岩控制研究

以山阴金海洋南阳坡煤矿特厚煤层短壁综放工作面为研究对象,针对跨度达8.7 m的综放大断面切眼支护设计,既要满足有效控制切眼巷道围岩变形,又要尽可能减少支护材料浪费和支护成本偏高的问题,利用数值模拟软件FLAC3D研究了不同支护方案下顶板预应力场分布特征,确定了大跨度切眼的支护形式为锚杆、金属菱形网、锚索+W钢带以及单体支柱等的联合支护形式,通过校核支护参数,支护设计均能够满足要求,最后对围岩变形量进行了现场观测,浅部、深部基点离层值分别为9 mm、12 mm,巷道顶板下沉量约为140 mm,煤壁侧巷道变形量约为105 mm,老塘侧巷道变形量约为98 mm,围岩变形量小,说明大断面切眼巷道得到了有效控制,能够满足安全生产使用要求,为其他类似工程条件的大断面切眼支护问题提供了借鉴。

自行式跨钢支撑三步台车在高铁明挖隧道中的应用研究

近些年,高铁明挖隧道设计在平原地区被广泛应用,深基坑结构施工过程受力体系转化可通过设置临时倒撑解决的,但其限制了常规模板台车的使用。通苏嘉甬高铁汾湖隧道出口明挖段设计有1~2道倒撑,实际施工中通过与台车生产厂家联合设计自行式跨钢支撑三步台车,解决了明挖深基坑隧道不能使用台车的局限性。研究结合工程实际情况,从成本、进度、质量、安全、环保等方面综合考虑后,通过应用自行式跨钢支撑三步台车,使施工工序简单、便捷,结构施工功效高,提高了混凝土外观质量,减少了搭设、拆除满堂脚手架时间,减少了周转材料用量,同时也节约了施工成本。经实践证明,该施工技术可行、可靠,并达到了预期的效果,以期为类似工程提供借鉴。

城市建成区密贴既有线深大基坑施工周边环境变形控制

随着城市地铁建设的发展,在城市建成区采用十字换乘的密贴既有线建设方案逐渐增多。面对乘客及运营管理单位对运营质量的高标准要求,如何在新建车站顺利建设的同时高标准实现周边环境的变形控制,也成为城市轨道交通发展必须要面对的问题。依托北京地铁13号线扩能提升工程中密贴既有地铁车站新建某十字换乘明挖车站工程,从基坑围护结构和支护结构的设计与施工角度,指出该工程依照既有类似工程案例提出的初始方案存在的问题,而后结合该工程的特点总结凝练优化后实际采用的方案,通过方案优化前后的对比,结合数值模拟、建设过程中现场实际监测数据等证明优化后的方案切实可行,并在既有车站等周边环境变形控制方面取得了良好效果,对类似城市建成区密贴既有线深大基坑施工具有一定的实际参考价值。

厚煤层工作面切眼支护设计与应用分析

以古城矿N1306工作面切眼为工程背景进行支护系统研究分析;基于围岩自稳平衡拱理论和悬吊理论分别确定切眼巷道顶板和两帮破坏深度分别为2.28 m和2.39 m,计算确定锚杆和锚索有效支护长度分别2.4 m和10.3 m,并确定支护系统的有效性。得到数值模拟得到,在两帮位置应力较为集中,应力集中系数1.92,底板变形较大,最大变形量为140 mm。设计的支护系统通过工业性试验确定切眼巷道围岩变形快速增长周期为60天,其中两帮变形量和顶板下沉量最大值分别为162 mm和200 mm,说明支护系统能有效控制切眼巷道围岩变形要求。

明挖下穿隧道横穿既有道路施工技术要点研究

旨在研究明挖下穿隧道横穿既有道路的施工技术。采用了文献综述法和案例分析法,对相关施工技术进行了系统阐述。在具体施工中,基坑施工、模板工程和大体积混凝土施工是三大关键环节,需严格按照技术规范和质量标准实施。做好施工现场勘察、周围情况调查、施工技术考量、材料确定和施工图纸设计等准备工作是顺利实施明挖下穿隧道施工的前提。研究结果表明,明挖下穿隧道施工虽然难度大、风险高,但只要前期准备充分、施工组织科学合理、现场管理严格规范,就能够确保工程安全、质量、进度和成本目标的实现。

松藻煤矿快速石门揭煤技术研究

针对松藻煤矿煤层松软,透气性差,现有石门揭煤技术工程量大,揭煤时间长等问题,采用深孔预裂爆破和高压水力割缝快速石门揭煤技术,分别对深孔预裂爆破的钻孔布置方式和爆破参数,高压水力割缝的钻孔布置方式和水力学参数进行了研究。应用结果表明,深孔预裂爆破快速石门揭煤技术可使钻孔平均进尺数下降806.7 m,且石门揭煤时间由72.3 d下降为32 d,揭煤时间缩短55.3%;高压水力割缝快速石门揭煤技术使钻孔平均进尺数下降905.7 m,且石门揭煤时间由72.3 d下降为27.7 d,揭煤时间缩短61.2%。上述2种方法都可解决揭煤时间长,工程量大的问题,其中高压水力割缝石门揭煤技术效果更好。

高瓦斯低透气性煤层石门揭煤卸压爆破试验

针对高瓦斯低透气性突出煤层石门揭煤过程中,采用传统的密集排放钻孔防突措施的消突效果较差,钻孔工程量大等问题,提出了用深孔控制爆破以释放煤体所积聚的弹性能,从而达到增透卸压强化抽放的目的。从断裂力学和爆炸力学的角度,分析了深孔控制爆破的防突作用机理,论述了控制爆破的施工工艺与技术参数的确定原则和方法。试验结果表明,在低透气性高瓦斯煤层中采用深孔控制爆破局部措施,能够提高煤层透气性,大幅度改善预抽瓦斯效果,对应力集中的煤体起到卸压作用,从而有效避免煤与瓦斯突出或降低煤层突出危险性,达到安全、高效揭煤的效果和缩短揭煤工期的目的。

综放工作面大断面切眼锚网索支护技术研究

根据现场工程地质条件调查分析、岩石物理力学特性和超厚坚硬高瓦斯大断面综放切眼围岩力学变形机制及其转化研究 ,提出了超厚坚硬高瓦斯综放工作面巷道锚网锚索耦合支护设计方案。根据试验结果 ,证明在白芨沟矿采用锚网锚索耦合支护技术在技术上是可行的、安全上是可靠的 。

特厚煤层综放工作面大断面切眼支护技术

为了解决塔山煤矿综放工作面跨度10 m切眼的支护难题,采用理论分析、数值计算方法确定了大跨度切眼的支护形式为高强度锚杆、组合锚索、W钢带、金属网、混凝土联合支护,以形成群锚封闭效应,维护切眼巷道围岩的稳定性和安全性。试验中锚索锚固力达140~160 kN,锚固区内顶板最大离层值7 mm,顶底板移近量最大值38 mm,试验结果表明,设计提出的锚杆-组合锚索-混凝土支护提高了支护结构的整体承载力,有效控制了切眼巷道围岩的变形,保证了大断面切眼的安全使用。

注液冻结法在石门揭煤中防突作用的可行性研究

根据人工冻结工程实践和注液冻结法的防突原理,通过冻结成型煤样力学实验,获取冻结煤层抗压强度等力学参数,定量分析了突出煤层注液冻结后力学性能和卸压区安全宽度的变化。根据煤层瓦斯含量公式,计算出不同冻结温度下煤层瓦斯压力。从降低煤层瓦斯压力、提高煤层力学性能、增大卸压区强度及减小瓦斯突出危险系数等方面论证了注液冻结法作为石门揭煤防突方法的可行性。

不同原岩应力方向下石门揭煤时应力与位移演化特征

为了研究石门揭煤突出危险性与原岩应力的关系,采用理论分析与数值模拟的方法,研究了石门巷道与最大水平主应力呈不同夹角情况下,揭煤全过程的应力、位移演化特征。结果表明:白龙山煤矿属于典型的σ_H型构造应力场,当石门掘进至煤岩交界面处,围岩出现显著应力集中,突出危险性强;过煤门阶段,煤体变形、破坏严重;随着石门与最大主应力夹角的增大,应力集中系数及位移变化梯度逐渐增大,石门稳定性降低,突出危险性增强;夹角在15°~75°时,应力集中偏向一帮。揭煤石门应尽量平行于最大水平主应力掘进,夹角较大时,应在实施超前卸压的同时强化煤体、加固巷帮。

石门揭构造软煤消突与快速成巷技术研究

分析了石门揭开构造软煤带诱发煤体突出机理,针对石门揭煤发生突出的危险性大和强度高的问题,提出了构造软煤带深孔控制预裂爆破消突和快速成巷技术,并在芦岭矿进行了现场试验。结果表明:采取深孔爆破后24 h内,抽采瓦斯的体积分数和纯流量长时间保持为原来的2～3倍;采用大断面U型钢棚快速成巷技术,巷道断面增加41%,保证了安全生产。在石门揭煤期间,有效杜绝了瓦斯超限和突出事故,也未出现片帮、漏顶和冒顶事故,揭煤时间缩短5～8 d。

近距离煤层大断面切眼支护稳定周期分析

在近距离煤层群的下行开采中，上位煤层的回采直接影响到下位煤层开切眼围岩的应力分布、破坏规律以及围岩的运移规律，从而影响到切眼的支护方式。为了分析下位煤层工作面切眼锚杆支护的稳定周期，利用基于三维显式有限差分法的计算工具Flac3D，以矿井近距离煤层工作面10603的切眼支护为工程实例，对比分析了上位煤层开采后，切眼围岩在支护前和支护后的应力分布、破坏规律和运移规律。结果表明，切眼进行锚杆支护后，应力集中带及影响范围都减少了50％，围岩剪应力由支护前的2.5 MPa降低到支护后的0.6 MPa，围岩塑性区域比支护前减少了40％，有效地控制了围岩的破坏，且切眼顶底板稳定周期为26天，两帮稳定周期为28～30天。

石门揭煤过程中煤与瓦斯延时突出及防治技术研究

在综述煤与瓦斯延时突出机理及其影响因素的基础上,详细地分析石门揭煤过程中煤与瓦斯延时突出时各种因素在延时突出中的作用,并从空间和时间的角度,对石门揭煤过程中巷道煤与瓦斯延时突出整个过程进行详细描述。根据掘进工作面附近暴露煤体的"三区"分布规律及其与延时突出的关系;提出先采用钻孔抽放石门突出煤层瓦斯等措施分阶段释放煤与瓦斯突出动力源;再用注液冻结技术增强揭开煤体的强度、增加集中应力区和卸压区的长度来防止被揭开煤体发生流变而导致延时突出的防突技术;以及在揭煤后采取迅速支护防止空顶和冒落等防治措施。研究成果为开发技术可行、经济合理的快速安全揭煤技术提供理论基础。

近距离煤层群水射流割缝卸压石门快速揭煤技术分析

针对西南地区高瓦斯近距离突出煤层群层间距小于7m时,石门揭煤工作面前方多层煤层需统一消突管理,常规超前钻孔工程量大,严重制约了煤矿安全生产和采掘工作面接替等问题,提出采用穿层钻孔水射流割缝防突技术,一次性对石门工作面前方煤层群统一卸压增透,快速安全揭煤的思路。以贵州雷公山煤矿为例,采用FLAC3D模拟了不同缝槽布置方式以及缝槽间距对煤层群卸压效果的影响。研究表明:多煤层煤孔中部均布置一个缝槽,同一煤层内缝槽间距为4m,可使石门揭煤工作面前方控制范围内煤体整体卸压。现场应用证明:采用水射流割缝技术,预抽达标时间缩短约39d,钻孔工程量减少610m,钻孔数量减少30个,可实现快速安全揭煤。