深厚表土井筒监测及其偏斜规律研究

为研究深厚表土层立井井筒偏斜变形规律,以山东郭屯煤矿主副井为例,采用钢丝基线法对其展开多期变形监测;基于井筒多期监测数据,获取井筒偏斜动态信息,结合地质条件与矿区活动,研究井筒偏斜变形时空特征,分析井筒局部参数变化,对比井筒偏斜差异,揭示深厚表土层井筒偏斜变形规律。研究结果表明:受开采注浆等活动影响立井井筒偏斜时间特征可划分为“增-减-稳”3个阶段,空间特征主要表现为基岩层偏斜较小而表土层呈函数状显著变化,井筒与其表土层处偏斜动态近似相等,井筒最大偏斜区域也趋近于井口处;主副井整体向西北采空区偏斜且存在方位上的差异,井筒东西方向整体偏斜占比97%以上,而南北方向仅在20%以下,其与工作面方向上远近距离高度相关;开采扰动引发的深厚表土层水平位移随井筒高度上升而增大是造成井筒偏斜的主要原因。

输变电工程表土剥离技术指标研究

表土是植物赖以生存的表层土壤,表土剥离和保护是水土保持的重要任务,研究输变电工程表土剥离厚度指标对指导绿色电网建设具有重要意义。将白鹤滩—江苏±800 kV特高压直流输变电工程沿线不同区域土壤有机质含量实测值与根据90 m分辨率全国土壤有机碳分布数据集得到的有机质含量预测值进行对比分析,发现预测值具有良好的可靠性,可以作为表土剥离等级划分的依据。将90 m分辨率全国土壤有机碳分布数据集参照全国第二次土壤普查中土壤有机质分级标准划分出土壤养分等级,利用ArcGIS软件绘制出全国范围的土壤养分分级图及表土剥离分级图,并参照表土利用方式确定出表土剥离厚度,即:有机质含量<10 g/kg的地区,土壤养分等级为5~6级,表土的剥离等级为2级,对应的剥离厚度为20~30 cm;而有机质含量≥10 g/kg的地区,土壤养分等级为1~4级,表土的剥离等级为1级,对应的剥离厚度根据需要加深10~20 cm。同时,针对水土保持区划一级区的表土剥离分级和水土保持功能,提出了适宜的表土剥离建议。

应用土壤-景观定量模型预测土壤属性空间分布及制图

以土壤-景观定量模型为基础的土壤制图方法在世界范围内得到了广泛研究。本文在皖南宣城的丘陵地带内选择研究区,从该区的数字高程模型(DEM)中获取景观信息:地形因子,定量地分析了土壤属性与地形因子之间的相关关系,并建立基于该关系的线性土壤-景观定量模型,最后应用该模型来预测土壤属性在空间上的分布并制图。结果表明:土体厚度和表层有机质含量与地形因子之间有着显著相关性;建立的线性回归模型分别能解释土体厚度、表层有机质含量空间变异的32.2%和35.3%;依据该模型预测的土体厚度和表层有机质含量具有较高的准确度,并能制图表达土壤属性在空间上的自然连续性。

大采深厚表土复杂空间结构孤岛工作面冲击地压防治技术研究

厚表土层覆盖下的深埋不规则孤岛工作面覆岩空间结构复杂多变,顶板运动剧烈,该类孤岛工作面在受到大采深和地质构造等因素的影响下,极易发生冲击地压。以某矿不规则深井孤岛工作面为工程案例,首先对工作面冲击危险性进行分析评价,通过开采前进行的模拟推进,采用覆岩空间结构理论,分析得到了高应力区域,确定了冲击危险区域和危险程度;采用应力在线监测系统进行冲击危险性实时预报,钻屑法进行危险性检验;采取钻孔卸压和爆破卸压措施对危险区进行处理,有效的保证了复杂空间结构下孤岛工作面的安全回采。

立井壁后土层注浆加固机理及注浆参数研究

位于厚表土深部立井井壁由于地表沉降而被破坏 ,为了确保矿井安全 ,需对其壁后土层进行注浆加固 ,故合理设计注浆工艺和参数是非常重要的 .为此 ,根据实测的注浆数据 ,首先分析在粘土层和砂土层中浆液的注入机理 .在此基础上 ,应用弹塑性理论 ,推导了注浆压力、注浆量和注浆孔距的计算公式 .经实际应用 ,取得了较为满意的注浆效果 .

厚表土薄基岩凿井突水溃砂井筒破坏治理技术研究

针对厚表土薄基岩地层凿井井筒溃砂涌水综合治理修复技术难题,以两淮矿区某在建煤矿副井为工程背景,分析认为马头门上覆岩层受反复扰动发生弯曲下沉变形是该矿副井井筒破坏的主要原因,主、风井井筒破坏为副井引发的次生破坏。本着修复、预防并重的原则,制定"注、冻、修、防"井筒综合治理方案,即通过地面注浆改善地层性能,防止下部基岩再次发生弯曲变形;通过套壁与原井壁形成复合井壁,提高井筒在该复杂地层条件下的结构安全度;既有井筒围岩冻结作为套壁措施工程,为其施工提供安全保障。研发了系列井筒及马头门修复施工技术:(1)下行式钻注结合,见漏就注,多级套管的挠动地层注浆孔施工与注浆技术;(2)副井内、外排孔分别采用局部、全深冻结,主、风井全深冻结,冻结壁内均设置水文卸压孔,测温数据与数值模拟结合预测冻结壁发展的控制冻结技术;(3)依据井壁破坏程度采取不同修补方式的井壁修复技术;(4)组合钢板拼装和焊接、高性能混凝土(钢纤维混凝土)配制等内套钢板井壁施工技术;(5)壁后注浆加固马头门围岩,破损马头门破除,超强复合永久支护控制围岩,两侧同时分层修复架设施工技术等。综合监测结果表明:工业广场内地表沉降稳定;修复后的3个井筒内套井壁内力和副井壁间压力均小于设计值;主、风井井筒涌水量各为1m~3/d左右,副井井筒涌水量为4 m~3/d左右。采用该方案修复后的主、副、风3个井筒,符合相关规范(程)要求,井筒均处于安全运行状态。

覆土厚度对煤矸石充填重构土壤活性有机碳分布的影响

按照不同覆土厚度将研究区分为A（〉100 cm）,B（60～100 cm）,C（40～60 cm）和D（20～40 cm）4类采样区,分别采集重构土壤剖面不同深度土壤或煤矸石样品,测定其含水量（WC）、p H值、密度（BD）,以及有机碳（SOC）、可溶性有机碳（DOC）和微生物生物量碳（MBC）,研究覆土厚度对活性有机碳（AOC）分布的影响。结果表明：复垦5 a后,试验区0～20 cm土壤层SOC含量增加0.48 g/kg,DOC平均含量为46.86 mg/kg,MBC平均含量为46.09 mg/kg。与其他类型重构土壤相比,研究区有机碳库的恢复进度较慢,这主要受制于区域土壤性质和复垦地的土地利用方式。研究区相同土壤层的SOC含量大小关系为A〉B〉C〉D,也即随覆土厚度增加,煤矸石充填重构土壤SOC含量也相应增加。采样区B和C的0～20 cm土壤层MBC含量相对较高,说明覆土厚度过薄或过厚,均不利于表层土壤MBC的积累;采样区D的煤矸石层DOC含量高达97.90 mg/kg,表层土壤中含量也达到64.80 mg/kg,均高于其他采样小区,说明覆土厚度较薄时,上覆土壤DOC含量很可能受到煤矸石层的影响。煤矸石层的qMBC值不能准确反映重构土壤肥力质量,而上覆土壤的肥力质量和SOC,我们可以用MBC来表征或预测。MBC与重构土壤p H值、BD呈极显著负相关（p〈0.01）、与WC呈显著正相关关系（p〈0.05）,而SOC和DOC与上述土壤理化性质的关系却与之相反。

耕层厚度对华北高产灌溉农田土壤有机碳储量的影响

针对华北平原长期少免耕可能导致的耕层变浅、变紧的问题,通过人为设置不同耕层厚度试验,采用等质量土壤有机碳库储量和层化比的研究方法,研究了4种耕层厚度(10、20、30、40cm)水平下0～50cm土壤有机碳的变化。2a的田间试验结果表明,不同耕层厚度对土壤有机碳含量有显著差异,与2007年试验开始时相比,土壤有机碳质量分数都不同程度下降,下降幅度为22%～48%。利用等质量计算方法表明20cm耕层厚度的处理土壤有机碳储量最高。通过层化比的研究表明,随着时间的推移,20cm的耕层厚度层化比最高,其土壤质量较好。总之,不同耕层厚度对耕层有机碳的影响不同,短期内耕层厚度为20cm的土壤有机碳含量和储量最高,过厚或过薄都不利于土壤有机碳储量的增加。

玉米苗期根系发育对黄河泥沙充填复垦不同覆土厚度的响应

为探求玉米苗期根系发育对引黄河泥沙充填复垦不同覆土厚度的响应,采用聚氯乙烯（PVC）管室内模拟种植试验的方法,设置了7组不同处理,每组设定3个平行样.通过测试分析不同处理组玉米苗期根系根长、根体积、根系活力以及超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）活性,研究不同覆土厚度下玉米苗期根系发育状况.结果表明：随着覆土厚度的增加,根体积、根系活力显著增加,SOD、POD活性显著降低,根长和CAT活性整体上呈增加趋势,但趋势不显著.通过各项指标的显著性分析初步得出适宜玉米苗期根系生长的最优覆土厚度为60～70 cm,从而为引黄河泥沙充填复垦工程覆土厚度的优选提供了一定参考.

千米深井巨厚表土层井筒的注浆治理

结合口孜东矿三井筒围岩地质条件和井壁冻结情况,科学分析井壁解冻期间的出水原因,合理确定采取上行式和下行式结合、分阶段进行水泥+水玻璃浆液的注浆方案,并充分利用井筒临时改绞和永久装备时进行注浆,避免了井筒注浆与矿井正常生产的相互影响,取得了良好的效果。

不同成熟度及不同处理方式对百香果种子萌发特性的影响

通过研究成熟度、GA3、覆土厚度、温度和基质等条件对百香果种子萌发的影响,探讨其萌发特性。结果表明,生理成熟期的百香果种子发芽率最高;生理成熟期和近商品成熟期的种子先浸泡GA3溶液再播种会降低发芽率,而商品成熟期的种子经GA3溶液处理后可提高发芽率:覆土厚度控制在2.0 cm左右时发芽率和种苗成活率最高,发芽畸形率最低:种子在40℃环境下发芽率最高、发芽速度最快;基质以白水苔泥炭:珍珠岩为4:1的配制最适宜百香果种子发芽,可得到较高的发芽率和最低的发芽畸形率。研究结果为百香果高效高产栽培提供了科学依据和技术支持.

特厚层表土大直径深立井冻结法施工及关键技术研究

丁集矿主、副、风井穿过表土层厚度为530 m,冻结深度达到565 m,是21世纪初中国第一个表土埋深超过500 m、冻结深度超过550 m、掘进断面超过120 m2的特大型冻结矿井,地质条件极其复杂,冻结壁设计与冻结施工、井壁结构设计和井筒掘砌施工难度非常大。通过产、学、研相结合,组织科学研究和技术攻关,取得了多项原创性科研和施工成果,安全顺利、快速高效地施工了主、副、风井3个深立井冻结段,对淮南矿区和全国复杂特厚表土层新建深井具有重要意义。重点阐述丁集矿井冻结法施工攻克的关键技术和取得的施工成果。

深厚表土层冻结壁温度实测分析

通过对谢桥矿箕斗井冻结凿井期间冻结壁温度的现场实测,探讨了井壁混凝土的水化热的放热规律;分析了冻结壁温度的影响因素;获得了深厚表土层冻结凿井期间冻结壁温度变化的基本规律。

深厚表土层井壁冻结压力实测分析

该文通过对谢桥煤矿箕斗井冻结井壁冻结压力的测试,得出了谢桥煤矿冻结压力的基本发展趋势;探讨了深厚表土层冻结法凿井冻结压力的影响因素;分析了各方向冻结压力的不均匀性等特征。

特厚表土层冻结法凿井信息化施工监测分析

针对丁集矿区特厚表土层冻结法凿井中存在的主要技术难题,通过信息化施工方法对其冻结凿井进行实测。监控了施工过程中井壁的受力状况,通过信息反馈,及时调整施工参数,对井筒的安全、施工进度、经济效益都有重要的指导意义。

表土层厚度对地面瓦斯钻孔稳定性影响研究

针对淮南矿区煤矿11-2煤层覆岩物理力学特性,利用ANSYS软件中死活单元技术与材料非线性分析方法,模拟在不同表土层厚度下覆岩的水平变形情况,研究表土层厚度对瓦斯抽采钻孔稳定性的影响。研究结果表明,不同表土层厚度下,覆岩水平变形"O"形圈现象明显,并表现出明显的对称性,Ⅰ测线和Ⅲ测线变形错动明显,呈现趋势对称,梯度差值不对称;Ⅱ测线表土层变形平缓;随表土层厚度增加,覆岩水平位移最大变形位置明显由地表、表土层底部向表土层下部基岩转移,基岩梯度变化区间个数明显减少,梯度差值增大;工作面中部Ⅱ测线位置不容易剪断,但中部的破碎岩体易被压实,后期抽气效率不高。

确定季冻区含水量大的地段路基换填厚度的研究

通过对 3个采取换填措施试验路段的技术方案、施工方法及后期观测的研究 ,讨论了如何合理确定季冻区含水量大的地段路基换填厚度 ,以保证达到保证路基工作区范围内的强度和稳定性。

深耕结合秸秆还田提高作物产量并改善耕层薄化土壤理化性质

【目的】小麦–玉米轮作区土壤耕层变薄,直接深耕往往导致土壤肥力降低。在存在该类问题的土壤上,研究不同耕作方式和秸秆还田对作物产量和土壤理化性质的影响,以期实现在增加耕层厚度的同时维持作物产量,并提升土壤肥力。【方法】试验于2012-2016年在华北平原南部濉溪县进行,供试土壤为砂姜黑土。在人工剥离5 cm土层的耕层薄化土壤上开展试验,设旋耕(RT)、深耕(DT)、旋耕+秸秆还田(RTS)、深耕+秸秆还田(DTS)4个处理。在每年玉米和小麦成熟期进行田间测产;在第4季小麦收获后采集0-10和10-20cm土层土样,分析土壤有机碳各组分和土壤养分含量、土壤团聚体分布。【结果】与旋耕(RT)相比,单纯深耕(DT)不能明显提高玉米和小麦产量,显著降低土壤总有机碳含量、0-10 cm土层有机碳各组分含量和土壤速效钾含量,并显著降低10-20 cm土层胡敏酸与富里酸比值及各土层粒径>0.25 mm水稳性团聚体的比例。深耕配合秸秆还田(DTS)处理玉米和小麦4季平均分别增产7.72%和8.06%,旋耕配合秸秆还田(RTS)处理分别增产7.55%和7.05%。在0-10 cm土层,DTS和RTS处理均明显提升土壤胡敏酸与富里酸比值,提高总有机碳及多数组分碳含量、提高土壤养分含量,RTS处理效果好于DTS处理;而在10-20 cm土层,DTS处理显著提高土壤胡敏酸、全氮和有效磷含量,效果好于RTS处理。DTS和RTS处理均可以显著提高粒径>0.25mm水稳性团聚体的比例,在0-10 cm土层,以DTS处理效果最高,比RT处理增加23.09%,而在10-20cm土层,以RTS处理效果最好,相比RT处理增加6.32%。【结论】在耕层薄化处理的土壤上,单纯深耕提升作物产量的效果不显著,也不利于土壤有机碳及各组分含量、土壤养分含量的提升,还破坏了土壤团粒结构。秸秆还田配合深耕或者旋耕均能显著提高作物产量,秸秆还田配合旋耕能有效培肥0-10 cm土层土壤,但对10-20 cm土层土壤肥力改善效果有限;秸秆还田配合深耕在增加耕层厚度的同时,还改善了土壤养分状况,明显减弱了单纯深耕对10-20 cm土层土壤结构稳定性的不利影响。

横向均布荷载下煤矿井壁结构模型试验研究

为解决600 m以上巨厚表土冲积层中冻结法凿井所面临的井壁结构安全性问题,根据前期井壁受力监测与分析结果,提出高强高性能钢筋混凝土复合井壁技术。设计并完成9组正交模型试验,采用横向均布油压逐级加载的方式模拟水平地压作用,研究响应条件下井壁应力特性、强度特征及破坏机理,给出井壁极限承载力经验公式和强度准则。结果表明,复合井壁结构的安全系数高,横向均布荷载作用下承载力大,混凝土强度等级每提高10 MPa,井壁承载力响应提高20.19%。同时计算表明,井壁强度准则比同类准则更精确,误差范围不超过6.5%。

耕层增减对作物产量、养分吸收和土壤养分状况的影响

试验于2012—2015年在淮北平原中部的濉溪县展开,设原始耕层(TS)、在原始耕层厚度上人工削减5 cm(TS-5)和在原始耕层厚度上人工增加5 cm(TS+5) 3个处理。在玉米和小麦成熟期采样分析和田间测产,在3季小麦收获后分别采集0~20 cm土层土样进行分析,明确耕层厚度变化对玉米–小麦轮作体系作物产量、养分积累的影响和土壤养分含量的变化规律。结果表明,耕层减少5 cm处理明显降低玉米–小麦轮作体系作物产量和N、P2O5、K2O积累量,与原始耕层处理相比,分别下降了5.61%和8.31%、5.65%、18.38%;耕层增加5cm后作物产量和各养分积累量均未出现显著变化。第1个轮作周期结束时,耕层减少5cm处理的土壤有机质、全氮和速效钾含量明显低于原始耕层处理;而经过3个轮作周期,土壤有机质含量仍处于较低水平,全氮和速效钾含量逐渐回升,与原始耕层对应指标已无显著差异。耕层增加5cm处理明显提高了土壤有机质和各养分含量,并在3个轮作周期后仍处于较高水平。综上,耕层厚度减少5 cm会降低玉米–小麦轮作体系作物产量、各养分积累量和土壤有机质含量,并在短期内难以恢复;增加5 cm耕层虽然能改善土壤养分状况,但对作物产量和养分积累量的提高没有明显效果。