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。

“双创”背景下能源特色高校专创融合实施路径探索——以岩石物理学基础课程为例

岩石物理学基础是能源特色高校勘查技术与工程专业最重要的专业基础课程之一。随着“双创”国家政策的提出,“双创”教育融入岩石物理学基础的教学活动中是必然趋势,也是提高勘查技术与工程专业学生综合创新能力的重要抓手。该文对“双创”背景下岩石物理学基础课程教学现状存在问题进行阐述,并对改变教育观念、丰富教学内容、改进教学方法和考核方式等方面进行课程改革的研究与探讨。

泥石浆型复杂破碎岩体非线性渗流数学模型与实验研究

断层、陷落柱是影响承压水上煤层开采的主要隐患之一,由于其具有碎石块和泥质充填物(泥石浆)构成的复杂结构,其渗透性的确定通常以定性分析为主,缺少量化模型。为了研究泥石浆型复杂破碎岩体渗透性的量化计算方法,开展了渗流实验研究破碎岩体非线性渗流规律,并基于多孔介质分形理论、非线性渗流理论,建立了考虑黏土成分及泥化充填作用的破碎岩体非线性渗流数学模型,最后与实验结果对比验证数学模型的准确性。结果表明:①陷落柱破碎带样品的粒度分布具有一定的分形规律,含有黏土颗粒的破碎带岩体遇水泥化后,分形维数增大,黏土充填封堵了大颗粒岩石碎块内部的大孔隙,降低了破碎岩体的渗透性;②随着破碎带岩体渗透率的降低,非线性开始发生时的临界压力梯度也增大,表明非线性临界压力梯度可以用来量化破碎岩体的阻隔水能力;③非线性开始发生时的临界压力梯度的实验结果与数学模型计算结果吻合,验证了模型的准确性。建立的破碎岩体非线性渗流数学模型首次尝试考虑了黏土成分及泥化充填作用对渗透性的影响,为泥石浆型复杂破碎岩体渗透性的定量计算及水体下、承压水上等特殊开采条件下地质构造的阻隔水性能研究提供了一种新的研究思路。

异形齿切削破碎页岩的试验与数值模拟研究

针对PDC钻头在页岩气钻井中破岩效率低和寿命短的问题,开展异形齿切削破碎页岩机理研究。选用凹面齿、斧形齿、三棱齿等典型异形齿开展切削页岩过程、切削载荷的试验研究,利用数值模拟分析异形齿切削过程中岩石的损伤特性。试验结果表明:切削齿切削页岩过程中,出现了镜面和“卷屑”等硬塑性特征;凹面齿切削载荷和破岩比功小于其他齿型;平面齿和三棱齿随着前倾角的增加,切削载荷呈增大趋势;凹面齿和斧形齿对前倾角的变化不敏感,且凹面齿在前倾角为10°时破岩效果最好;在相同条件下,4种齿型中凹面齿形成的岩屑最大,利于破岩效率的提高。模拟结果表明:切削过程中凹面齿以“铲削”的方式破碎岩石,三棱齿和斧形齿的棱脊对岩石产生明显的挤压效果;三棱齿沿着棱脊将岩屑一分为二向两侧排出,而斧形齿在块体岩屑的中间部分形成了明显的塑性变形。研究结果可为页岩气钻井提速增效提供基础支撑。

土岩组合地层异形深基坑支护体系优化研究

某明挖隧道基坑位于土岩组合地层,基坑大面深度约17.1 m,深挖部位约27.9 m,原设计整体基坑采用地下连续墙+4道钢筋混凝土支撑,坑中坑内侧壁采用钻孔灌注桩作为竖向支护结构,深坑部位加设2道钢管支撑。为节约工期和工程造价,综合考虑地层分布及地质条件,对原设计方案进行了系列优化。运用数值模拟对比分析了优化前后基坑支护体系和周边环境的变形特性,结果表明优化后的支护方案满足设计和规范要求。基坑按优化方案施工,并开展了现场监测工作,基坑监测结果表明:(1)基坑连续墙水平位移、地表沉降、支撑轴力、周边建筑物变形及坑底隆起等指标均小于控制要求;(2)连续墙最大水平位移发生在土岩分界面以上一定高度,最大值约为浅基坑深度的0.025%;(3)异形基坑两侧变形不对称,最大地表沉降发生在浅基坑侧,基坑外地表影响范围约为1.0H;(4)下部基岩段基坑开挖侧向变形量小,且对地表沉降槽范围影响不大。优化方案节约了工期和造价,可为类似基坑工程提供参考。

太原市基坑工程常见问题与处理实践

为确保基坑工程这一危险性较大的分部分项工程的作业安全,以山西省太原市典型基坑工程案例为研究对象,积极探究区域岩土特性条件下基坑工程设计、施工、监测等方面的相关问题与解决办法。提出了基坑工程应注重基坑侧壁水土条件、周边环境影响、基坑施工工序及周边作业条件等因素,结合岩土计算及既有工程类比完成基坑支护选型及现场作业,同时应尽可能利用现有信息化手段对基坑工程进行动态监控并反馈施工,从而确保基坑工程在达到经济与安全相协调的同时,能够顺利推进完成。

基于三维地质模型的路桥工程特殊地质岩体勘察方法研究

路桥工程施工前对其地质条件尤其是特殊地质岩体进行勘察具有积极意义,甚至影响未来的工程设计与施工。由于特殊地质岩体的复杂性和不确定性,传统勘察方式存在效率较低、精度不高、人为影响较大等弊端难以准确掌握其性质和特征。因此,需要研究新的勘察方法。基于此,文章重点针对3种三维地质模型在路桥工程中的特殊地质岩体勘察方法进行介绍,旨在为后续实践工作提供指导。

高速公路工程中针对特殊性岩土的特殊化路基设计

针对某高速公路沿线地质条件复杂、环境恶劣,施工段存在大量软弱土层的问题,开展软土路基设计方案研究。根据软土路基的特性和施工环境特点,提出高速公路软土路基设计方案和加固方案。最后对路基进行沉降监测,实测结果表明,碎石桩施工工艺可实现对软土路基的加固处理,且加固措施具有可行性与切实性,软土路基沉降量呈现逐渐减小的变化趋势。

异形煤柱条件下工作面采动冲击地压机制研究

亭南煤矿4号煤经鉴定和评价均具有强冲击危险,针对回采时受超前应力、“工作面见方”大采空区连空、巷道群等因素影响,冲击风险高、治理难度大的难题,通过开展强冲击煤层、异形煤柱条件下工作面冲击地压治理技术研究,借助断裂力学、损伤力学、突变理论及时效损伤模型,建立坚硬顶板条件下上述各种煤柱动静载叠加失稳力学模型,分析采动影响下坚硬顶板破断失稳对异形煤柱动力失稳的扰动效应,分区域、分阶梯、分等级制定有针对性的治理措施,降低冲击地压发生风险和不断优化卸压方案,提高卸压效果,保证工作面安全回采。

破碎围岩超近煤层上行开采巷道掘进与支护

介绍了煤矿破碎围岩超近距离煤层上行开采巷道掘进与支护技术,研究了特殊开采条件下无法使用机械化和智能化采矿设备的情况时的特殊掘进方法,分析了掘进及顶板控制影响因素,采用非机械化的手段进行施工,使用风镐刷掘辅助爆破掘进、金属棚+密集金属钎棍超前钎顶+金属网护顶的联合支护方式进行支护破碎顶板,创新特殊条件下巷道掘进与支护技术,成功解决了极其破碎顶板条件下的掘进问题,实现了安全高效掘进,提高了煤炭资源回收率。

脊形PDC齿的机械性能和破岩效果

以地层特性为依据有针对性地选择PDC异形齿,可以降低其失效的概率并提高其机械钻速和进尺。为了综合对比脊形PDC齿的机械性能和破岩效果,对165斧形、135斧形、三刃3种脊形PDC齿的耐磨性能和抗冲击性能进行测试,随后选择花岗岩进行3个吃入深度的单齿切削试验和不同压力下的全尺寸钻头模拟钻进试验,并与普通圆形齿的结果进行对比。结果表明:3种脊形PDC齿的耐磨性能均优于圆形齿的;165斧形齿与三刃齿的抗冲击性能优于圆形齿的,而135斧形齿的冲击点缺少材料支撑,其抗冲击性能较差。在相同吃入深度下,脊形齿的切向力与法向力均低于圆形齿的相应力,且脊角越小切削力越小。135斧形齿的机械钻速最快且适合高钻压;与165斧形齿比较,三刃齿在≤20.0 kN的低钻压下机械钻速较快,在>20.0 kN的高钻压下机械钻速较慢;圆形齿的机械钻速最慢,所适合的钻压也较低。同时,当脊形齿的脊角变化时,其冲击点的材料支撑也发生改变,进而影响其抗冲击性能;且脊角变化会改变前方岩石内部的应力集中,进而改变其破岩效果。

龙凤山气田火山岩地层个性化PDC钻头设计与应用

长岭断陷龙凤山气田主力储层主要分布在火山岩发育的营城组和火石岭组。储层岩石石英含量高、研磨性强,导致机械钻速低、单只钻头进尺短,大幅增加了起下钻换钻头等非生产时间,严重制约钻井提速。本文通过开展岩石力学实验研究,利用测井资料建立并修正岩石力学剖面,开展了异型PDC齿研发和钻头切削结构设计优化,研发出一种适合该区块火山岩地层的6刀翼异形齿PDC钻头,现场应用3井次,较其他普通PDC钻头平均进尺提高42.2%,平均机械钻速提高36%,提速降本效果显著。

顶管掘进机新型支撑推进与回拉机构的设计与应用

城市地下管道顶管施工中,通常会遇到需要将预制水泥管回收再利用的问题,同时希望顶管机施工过程中,中间换刀的空间能够更大更安全,而传统的中继间结构目前无法实现。为了解决这一施工中的难题,设计了一种带支撑调向机构的特殊中继顶进系统,该特殊中继间结构通过在传统中继间基础上增加前后撑靴结构,实现中继间系统既能向前推进又能向后回撤,从而达到将预制水泥管顶出再利用以及将刀盘回拉增大前端换刀空间的目的。

深部高应力极软岩巷道锚注支护技术研究

随着矿山开采的大规模进行和采深的加大,深部高应力极软岩巷道支护问题日益严重。基于深部高应力极软岩巷道国内外支护现状的分析,并针对其破坏特点,提出了以内注浆锚杆为核心的锚注支护体系,来解决深部高应力极软岩巷道支护难题。井下试验表明:锚注支护不仅保持了深部高应力极软岩巷道的稳定,而且提高了施工速度,节约了支护成本,技术经济效益十分显著,具有广阔的推广应用前景。

埃塞俄比亚新建铁路主要工程地质问题及对策

研究目的:通过地质测绘、勘探及室内试验,综合分析埃塞俄比亚新建铁路工程地质及水文地质特征,指出沿线不良地质及特殊岩土的分布及特点,并提出工程处理措施意见,以期对施工提供参考。研究结论:全线主要分布第三～第四纪火成岩,基本没有滑坡、泥石流及煤层采空区等重大不良地质,地质条件总体较好。地表水、地下水不发育,对工程基础影响较小;软土不发育,膨胀土及冲沟大面积分布;基岩差异风化明显,变化厚度大并且存在软弱夹层,对路堑、隧道及桥梁工程影响较大;受地形及构造影响,局部地段存在危岩落石及岩堆,但规模较小,较易于治理;受火山活动影响,局部地段地裂发育,对线路影响较大,宜作专题研究。

红层软岩结构特征与工程评价初探

通过研究红层软岩风化程度、完整性、饱和单轴抗压强度、结构灵敏性、分散性、胶结系数、崩解性、不同尺度结构类型等工程参数与岩土体结构的关系,提出了岩土"结构稳定性"的工程概念与分析思路,初步建立了由结构类型、风化系数、完整性系数、坚硬程度、崩解模式、结构灵敏度、分散度、胶结系数等工程参数组成的红层岩土结构稳定性综合判别标准,将红层岩土分为结构稳定性强、结构稳定性中等、结构稳定性差三类,为理解红层岩土工程性能、工程安全设计等提供了参考。

海拉尔盆地火山碎屑岩的成岩作用

对来自海拉尔盆地40口井的白垩系火山碎屑岩样品显微镜观察与分析显示,火山碎屑岩的成岩作用具有特殊性,表现在熔结作用、脱玻化与重结晶作用、粘土矿物形成与转变和交代作用等方面。熔结作用可以区分出熔浆/熔岩熔结、浆屑熔结和热灰熔结三种类型。脱玻化与重结晶作用常常是交织在一起,流纹质玻璃物质经脱玻化,并进一步重结晶,常具有特殊的结构,呈现一种复杂的硅质胶结样式。粘土矿物形成与转变在成岩作用早期就开始了,如蒙脱石化。一些特征性矿物如浊沸石、绿泥石的出现也不代表变质作用的开始,而是特定成岩环境的产物。碳酸盐的交代-胶结和溶解在火山碎屑岩中普遍发育,使得原岩面貌发生了严重的改变。成岩作用的特征揭示海拉尔盆地火山碎屑岩的成分和结构演变,这在测井岩性解释和孔隙度预测上具有意义。

东深供水改造工程BIII_2边坡预应力锚索加固优化设计

针对BIII2边坡的地质环境因素,讨论了该类边坡预应力锚索加固设计中的若干重要问题。在此基础上,对预应力锚索的受力特性和边坡稳定性进行了计算分析。应用优化与决策理论,对影响锚固设计参数的因素进行分析,找出影响锚索设计参数的关键因素,确定最优设计参数,并提出该边坡的预应力锚索加固优化设计方案。加固后的稳定分析表明,采用此方案进行加固设计是合理可行的,这对该边坡的及时治理起到了重要的作用。

本征值相干体技术在松辽盆地北部精细地质研究中的应用

针对松辽盆地北部中浅层岩性圈闭油气藏识别难的现状,在精细地质研究中应用本征值相干体技术开展精细构造解释及储层预测研究。对丰乐地区通过精细构造解释,在T1-1层识别出微小断层76条,大大提高了断层解释精度;在齐家北地区进行河道及特殊地质体的识别,于萨尔图油层识别出三角洲分流河道,于黑帝庙油层识别出决口扇,并在登娄库组底部识别出多个特殊地质体,提高了储层预测的精细程度。

波纹钢管涵洞在公路工程中的应用研究

通过对公路涵洞的常见破坏原因的分析,说明了多年来一直使用的钢筋混凝土圆管涵存在的一些问题。提出用波纹钢管涵代替钢筋混凝土圆管涵是解决这些问题的途径。简要介绍波纹钢圆管涵的基本知识,以及波纹钢管涵洞的施工过程。