暗河发育区岩溶隧道突涌水洪峰流量估计

地下暗河是岩溶隧道建设与运营重大的安全风险,暗河发育区岩溶隧道突涌水洪峰估计是岩溶隧道施工抢险与后期处治方案制定的重要基础数据。地下暗河洪峰流量不仅由岩溶区水文地质条件控制,而且还受到暴雨期地表径流补给的影响。本文结合实测数据和统计数据,围绕小流域暴雨资料推求出地表汇流洪峰和地下暗河汇泄流洪峰,提出了一种考虑地表径流补给的暗河发育区岩溶隧道突涌水洪峰估计方法,并结合翠屏隧道的地形地貌、水文地质与实测涌水资料,开展了案例分析计算并比较实测涌水量。表明传统涌水预测方法无法考虑暗河与地表水补给的影响,与实测结果差距很大,本方法能够较好预测岩溶区因地表汇水补给暗河发育区隧道突涌水洪峰,为隧道防洪护堤高度、涵管过水容量设计、洪峰避险时间提供重要支撑,保障隧道施工与运营安全。

地下隧洞突水突泥演化过程模拟分析方法

在富水、高压、不良地质条件下,如何评估施工过程中的突水突泥破坏风险等级,是地下隧洞施工设计的难题。正确分析地下隧洞开挖应力与渗流耦合互馈作用,是合理模拟地下隧洞施工开挖突水突泥演化过程的关键。首先,根据开挖荷载释放过程中的围岩损伤演化机理,提出了根据不同变形阶段围岩损伤特性计算相应围岩损伤系数的方法,并分析其对渗透系数的影响。然后,根据围岩破坏特性和突水破坏机理,提出了围岩临界突水系数的计算方法,并根据围岩损伤破坏和渗透破坏程度,将突水突泥破坏划分成4个风险等级,为地下隧洞施工开挖突水突泥破坏风险评估提供了依据。最后,根据渗流变化与应力损伤互馈耦合作用原理,提出了变损伤刚度、开挖荷载加权分级以及渗流荷载迭代施加的耦合计算方法,模拟了地下隧洞施工开挖突水突泥演化发展过程。将该方法运用于工程实际,证明了所提理论和分析方法的合理性,为地下隧洞开挖突水突泥演化判别提供了一个可行的分析思路。

可变倾角单裂隙动水注浆模型试验研究

突涌水灾害对地下工程危害严重,实践表明,注浆是治理突涌水灾害的有效方法。近年来,裂隙岩体注浆理论的研究成为热点,但裂隙动水注浆理论发展缓慢,不能有效指导工程实践。在水平裂隙动水注浆U型扩散理论基础上,研发可变倾角小比例裂隙动水注浆模型试验系统,开展多组室内模型试验,研究倾角对裂隙动水注浆扩散规律的影响机制,同时,利用COMSOL软件对一定倾角的裂隙动水注浆扩散进行数值模拟。研究表明:当裂隙水平时,满足U型扩散形态;当裂隙存在倾角时,在动水水头差和浆液自身重力因素作用下,浆液呈现彗星状扩散形态;相同扩散效果下,注浆速率随裂隙倾角的增加呈抛物线型增长规律,增加注浆速率可以保持注浆孔附近相对于其周边区域的浓度梯度优势。该研究结论对于目前裂隙动水注浆理论是一种重要补充,对指导突涌水灾害治理有一定的实践意义。

工程活动诱发的围岩结构变化对隧道突涌水的影响分析

随着深大交通、水利水电隧道（洞）的大量建设及地下矿产的不断延深开采,隧道突水灾害问题愈加严重。工程活动作为诱发突水的必要条件,其导致的围岩结构变化将对围岩力学、水力学性质及隧道附近渗流场产生重要影响。从工程扰动诱发的围岩损伤及其导致的渗透性演化入手,利用理论解析法研究了隧道围岩结构变化对涌水量及水压力分布的影响。结果表明：损伤区厚度对隧道涌水量和孔隙水压力分布具有较大影响,损伤区范围越大,发生突水的危险性越大;损伤区渗透系数对隧道涌水量的影响阈值约为2个数量级,之后其对涌水量的影响较弱;注浆圈厚度越大、渗透系数越低,隧道涌水量越小,但并不是注浆圈厚度越大、渗透性越低,涌水量的控制效果就越好,而是存在一个最优效果的设计值。

基于Bayes算法的煤矿井下突水水源判识系统的设计与实现

矿井突水是严重影响煤矿安全生产的矿井灾害,快速准确地判识矿井突水水源是矿井突水灾害防治的重要基础。基于Bayes算法设计开发的煤矿井下突水水源判识系统,具有通用性强、操作简单、判识效率高的优点。系统可借助标准水样数据进行自主训练学习,根据标准水样中因子的判别能力自动对因子进行选入或剔除。通过在安徽省祁东煤矿的实际应用,系统判识正确率达91%以上,判识结果与实际水文情况符合良好,证明了基于Bayes算法设计实现的判识系统可为煤矿井下突水水源的快速准确判识提供有力的工具。

保山隧道暗河管道系统及其对隧道影响研究

大瑞铁路保山隧道地质条件复杂,工程区内发育多条暗河管道。为了查明岩溶水是否会对隧道开挖产生重大影响,通过区域水文地质条件分析,特别是对大宝盖向斜可溶岩层位以及暗河管道和隧道之间的关系分析,认为隧道避开了暗河管道岩溶突水的直接威胁,并对隧道内可能的岩溶突水部位进行了评价,为进一步论证隧道施工中可能出现的岩溶突水地质灾害提供了依据。

地下工程安全建设面临的机遇与挑战

21世纪是地下空间资源大力开发利用的新纪元,以深长隧道为代表的地下工程建设蓬勃发展,不断向“长洞线、大埋深、高应力”方向发展,我国交通隧道建设规模和难度均居世界首位。由于人们对地下工程突发灾害灾变机理缺乏系统的科学认识,缺少有效的监测和预警方法,导致重大地质灾害长期处于被动防治局面。重大地质灾害防控已成为隧道安全建设面临的重要挑战。在系统整理国内外研究资料的基础上,以突涌水和围岩垮塌灾害为代表,系统阐述灾变机理、灾变演化过程模拟方法、灾害监测预警与灾害主动调控技术,结合世纪工程川藏铁路与渤海湾通道工程,论述了中国地下工程建设面临的机遇和挑战,并对地下工程重点突破方向进行了相关探讨,可为地下工程灾害领域的研究提供借鉴。

基于格子Boltzmann方法的地下矿巷道系统突水与蔓延数字模拟

采用格子Boltzmann方法建立了巷道突水蔓延二维仿真模型。将物理巷道划分为网格模型,确定每个网格节点的基本物理量,对水粒子在网格模型内碰撞和迁移过程做了定义,巷道边界使用修正反弹格式,针对复杂巷道,使用分块耦合算法,将巷道分块处理,各块只在边界处进行数据交换,实现了不同块之间流场的耦合,简化计算,提高了程序效率。仿真结果表明,该仿真方法可以得到水流压力和速度的详细数据,获得巷道水流流态的直观信息,从而科学指导矿井突水灾害的探测和防治工作。

井下水文钻孔施工及突水治理工程实践

对井下水文钻孔突水原因进行了分析,提出治理方案总结了经验和教训,从钻孔布置、注浆和钻探施工等方面避免类似钻孔事故的出现,为同类钻孔的安全施工提供了借鉴和帮助。

顶板突水对冲击地压的影响

在分析4煤层开采顶板突水水源的基础上,揭示了矿山压力、冲击地压同顶板突水之间的关系,探讨了煤层开采过程中顶板突水对促进冲击地压形成的影响作用机理;基于物理流变学和断裂力学理论,提出了砾岩粒间隙中的水流失导致砾岩粒界面附近多层次应力局部集中,造成砾岩产生新的断裂,形成多层次冲击地压,促进顶板斑裂线扩展的机制,阐明了冲击地压和顶板突水互为影响的因果关系,从理论研究和现场监测2个方面得出了华丰煤矿4煤层开采深度大于520 m时容易形成冲击地压的结论.

白象山铁矿F4断层突水应急救援方案分析

矿井突水一直是困扰矿山企业安全生产的突出问题。以马钢集团姑山矿业有限责任公司白象山铁矿F4断层突水事故应急救援为实例,通过对F4断层突水抢险救灾经过和应急救援方案的整理分析,提出了事故应急响应信息流程并总结了抢险成功的几个原因。

综放采场顶板透水压力异常规律预测及控制研究

以兖州矿业集团济三煤矿6301工作面5次透水压力异常规律为研究对象,采用理论分析、力学建模及现场观测的方法,通过采场上覆岩层的矿压变化规律预测和现场实测,得出老顶裂断是造成顶板透水事故的主要原因。同时对综采支架的工况进行了分析,掌握了顶板异常压力的变化规律,建立了顶板控制力学模型,制订了综采支架的控制准则,并提出防止透水及顶板压力异常的控制措施,从而为类似条件的矿井安全高效开采提供理论依据。

某岩溶区既有公路隧道突水机理分析

岩溶区既有隧道突水是近年来岩溶区隧道运营过程中出现的新问题。以某跨越地下暗河的既有公路隧道为研究对象,推导岩溶突水处的水压力,并建立颗粒流模型,模拟岩溶突水的形成过程。结果表明,随着岩溶水压力逐渐增大,突水通道形成,说明岩溶水压力是导致岩溶区既有公路隧道突水的重要因素。

基于决策树的地下工程透水事故发生风险定量评估

地下工程建设深度和规模的不断扩大导致透水事故频发,严重制约着地下工程建设的安全作业。以国内外107个透水事故案例为基础,以瞬时最大涌水量和事故累计涌水量为指标,采用k均值聚类算法实现了透水事故灾害等级划分,并考虑水文地质条件、地层岩性和过程监测信息,采用决策树方法建立了透水发生风险评估模型。研究结果表明:透水事故发生风险评估指标与事故灾害等级具有较好的相关性,其中水文条件加权值、地下水位高程差、埋深、涌水量平均增长速率和累积涌水量与灾害等级呈正相关,而岩石饱和单轴抗压强度与灾害等级呈负相关;剪枝策略能够有效提高透水事故发生风险评估决策树模型的泛化性能,相对于初始决策树模型,该模型针对验证集和测试集的评估准确率分别从63.6%和90.5%提高至90.9%和100%,针对所有透水样本的综合评估准确率为95.3%,表明该模型具有较好的适用性,可为地下工程透水灾害的救灾决策提供重要的理论和技术支撑。

有限单元法在涌水量预测中的应用

通过对会泽铅锌矿区水文地质条件的研究 ,采用等效裂隙介质模型概化矿床充水含水层 ,并利用矿坑涌水资料及矿区地下水水位观测资料 ,应用里兹 (Ritz)有限单元法计算和预测了麒麟厂矿坑深部 15 11、 145 1m两个中段的涌水量。

富含水层下煤矿开采涌水量预测方法对比研究

综合水文地质和工程地质调查结果、室内岩石力学实验、地下水动力学理论改进传统的"大井法",针对石嘴山矿区西翼采区特殊的地质背景,建立三维数值模型,对工作面涌水量进行预测,并结合传统涌水量预测方法和现场抽水试验结果与改进大井法所得结果进行对比,证明改进大井法对预测特殊边界条件下矿井涌水量更为精确;以及丰富采动过程中矿井涌水量的预测方法,减少水害对煤矿安全生产的威胁。

带压开采工作面底板突水规律相似模拟试验

为研究带压开采工作面底板破坏规律和突水形成机制,以焦作矿区赵固一矿首采工作面底板为研究对象,使用自主设计的底板突水机理物理模拟试验系统进行相似模拟试验。通过对回采过程中底板突水过程以及突水前后岩层的视电阻率进行模拟和观测,研究了承压含水层威胁下底板破坏和发生突水的一般规律,揭示了矿山压力引发的破裂构造是导致底板突水的重要因素,并得出底板破坏深度。研究结果可为评价赵固一矿带压开采提供理论基础,为揭示带压开采底板突水的力学机制提供参考。

贵南高铁朝阳隧道出口平导6.10突水突泥事件分析

2018年6月10日,朝阳隧道出口平导发生岩溶突水突泥,持续时间约1 h,突水突泥总量约1.6×10^(6) m^(3)。为完善施工掘进方案及排水方案,需分析突水突泥产生原因,评价后续施工带来的突水突泥风险,计算隧道涌水量。文章分析了隧道位置的地形地貌、工程地质、水文地质条件,阐述了发生突水突泥的平导掌子面超前地质预报实施情况及突水突泥发生过程,补充调查了灾害影响范围的工程地质、水文地质条件,完成了长达1年的平导涌水量-降雨量关系动态观测。平导突水突泥掌子面前方有水头高达84 m的巨型溶腔及管道系统,施工开挖揭穿溶腔底部后,填充于整个岩溶水系统的有压水流携带泥砂快速涌入平导并以较大动能冲出洞外,导致了6.10突水突泥事件的发生。隧道出口段岩溶水系统接受降雨入渗补给且径流通畅,洞内涌水对应的汇水面积为6.423 km^(2),计算极端暴雨后平导最大涌水量5×10^(4)m^(3)·h^(-1)。突水突泥发生后山体内的静储量已得到充分释放,地下水位已降至平导底板高程,后续施工中再遭遇突水突泥的风险低。

微震监测技术在大采深矿井防治水中的应用

根据大采深矿井突水涌水量变化过程中微震监测事件分布情况,间接观测地下水涌出对底板岩层的反应,通过不同层位微震事件的特征和时空发展规律,研究微震技术在深部异常动态监测中的作用,并以此作为依据,指导回采过程中底板水害防治和突水发生后治水工程的开展。