富水区水工隧洞外水压力降压措施研究

外水压力是影响隧洞稳定及衬砌结构安全性的重要因素,特别是对富水地层深埋水工隧洞,高外水压力给衬砌设计带来巨大挑战.目前隧洞排水降压措施没有统一的标准,且主要聚焦于对衬砌外水压力的影响,对渗流场的影响分析还有待加强.本文依托滇中引水工程松林隧洞,借助ABAQUS软件开展隧洞围岩及衬砌结构流固耦合分析,分析在不同灌浆圈参数及排水布置方案下,隧洞渗流场及衬砌外水压力的变化规律.研究结果表明:通过改变灌浆圈厚度或降低灌浆圈的渗透性均可有效降低衬砌外水压力并减小隧洞开挖对渗流场的影响;布置排水孔亦能有效降低衬砌外水压力,且对距离排水孔越近降压效果越显著,离排水孔越远降低幅度越小且对渗流场产生较大影响,建议在实际工程中应采取堵排结合的措施来降低外水压力,并对排水孔及灌浆圈开展优化设计,以得到最优减压效果.

地下水封石油洞库裂隙围岩灌浆浆液扩散规律及灌浆优化研究

围岩灌浆浆液扩散规律的研究是地下水封石油洞库建设的关键科学问题。为研究复杂裂隙网络中浆液的扩散规律,并为类似项目灌浆作业提供优化方案,采用数值模拟方法,依托海南某地下水封石油洞库项目资料,选取主要导水裂隙的相关参数,并结合COMSOL中的三维离散裂隙网络插件,建立了符合某洞段的裂隙网络注浆模型;利用COMSOL中的两相流模块,研究了不同注浆时间、注浆压力、水幕供水压力、注浆孔间距对浆液扩散规律的影响,并对现场注浆方案提出了优化建议。结果表明:注浆时间和注浆压力在一定范围内与浆液扩散范围呈正相关,实际注浆过程中需要规定注浆时间,并逐步提高注浆压力,以确保浆液能够充分渗透到裂隙内部;选择较大的注浆孔间距可以使浆液更快地充分覆盖整个裂隙面,提高注浆效率,进而节约注浆成本;在实际注浆过程中,建议从掌子面两端往中间开始注浆;具有水头压力的流水对浆液扩散产生负面影响,严重限制了浆液的扩散范围,对于地下水封石油洞库而言,有效控制水幕系统的供水压力对于提高封堵效果至关重要。在综合考虑地下水封石油洞库的水封效果和运营管理成本的基础上,该研究成果可有针对性地指导注浆设计,通过准确估算预注浆工程量,降低洞室涌水控制成本及排水处理成本,为今后地下水封石油洞库注浆方案设计提供理论基础,并为现场注浆工作提供借鉴与参考。

塔山煤矿主平硐岩性变化出水段注浆堵水技术措施

针对中煤集团塔山矿主平硐中部花岗岩-泥岩-灰岩的岩性变化交界区域(1 500~1 670 m段)的涌水,为保证井壁施工质量,改善井下作业环境,采用帷幕注浆方案进行治理。通过深、浅孔组合的方式,深孔以单液水泥浆为主,浅孔及跑浆区域以水泥-水玻璃双液浆为主,并选用高分子堵水材料补充注浆,注浆封堵结束后进行导流排水。结果表明:涌水量由治理前的42.9 m^(3)/h降至3.3 m^(3)/h左右,降幅达92.3%。隔水帷幕将围岩凝结成一个整体,达到封堵出水的目的,并起到井筒顶、底板及两帮封水的作用。

贵州裸露型岩溶地下河系统污染防治技术——以遵义坪桥地下河系统污染防治工程为例

裸露型岩溶区岩溶强发育、水文地质条件复杂,受污染的地下河系统通道隐蔽性强、污染防治难度大。本文以坪桥地下河系统污染防治工程为例,在近污染源的主径流通道实施“地下水防渗帷幕+污水抽排”工程措施实现近源截排。施工面临岩溶破碎地层易掉块卡埋钻、钻效低及岩溶强发育段浆液扩散距离远等难题。通过配备适宜的钻进工艺,采取纯压式灌浆、水泥砂浆灌填溶洞、低压限量及速凝浆液灌注等灌浆控制措施,保证了工程进度质量,实现了源头治理污染地下水的目的。“近源截排”对类似水文地质条件下地下水污染防治提供可借鉴的地学治理模式。

抽水蓄能电站输水系统渗控效应及排水措施敏感性分析

抽水蓄能电站输水发电系统一般埋深较大,在引水系统外水内渗的作用下,厂房洞室群三维渗流场分布复杂,排水措施对控制输水发电系统的渗流场具有重要作用。采用三维渗流场有限元方法,建立张掖抽水蓄能电站输水发电系统三维渗流场数值计算模型,真实考虑输水系统、地下厂房系统、防渗排水系统。在对抽水蓄能电站输水发电系统的渗流场分布规律进行分析的基础上,讨论了压力管道下层排水系统和厂房排水系统对渗流场的影响。结果表明:正常运行情况下,地下厂房大部分位于浸润线以上且在设计渗控方案下渗流量控制在合理范围之内,渗流在靠近厂房洞室群的底部溢出,管道表现出内水外渗的特点,尾水系统渗流量相对较大;压力管道下层排水廊道对压力管道和厂房上游侧渗流场产生较大的影响,排水孔间距越小浸润线越低且相应区域渗流量越大,排水孔间距为3 m较为合理;厂房区域排水系统对地下厂房渗流场影响显著,随着排水孔间距的增加,排水效果减弱,集水井内流量减少,浸润线有所抬升,排水孔间距为3 m较为合理。

水仓防隔水煤柱安全评价及注浆加固治理研究

某煤矿水仓的砌碹巷道在开采的扰动、防隔水煤柱宽度留设不足、砌碹壁后充填不密实等情况下,使得周边采空区水渗漏至水仓,极大影响了水仓的安全稳定。为进一步加强水仓煤柱的稳定性,运用地面钻孔及井下钻孔相结合的方法进行注浆加固。采用地面钻孔注浆充填井下硐室,硐室充填沙子245~328 m^(3)、水泥487~650 t,充填材料体积远远大于硐室体积220 m^(3),有效增加了煤柱厚度;利用井下钻孔在砌碹处进行水泥注浆与水化学注浆,使得砌碹裂缝处涌水量由15 m^(3)/h降至为零,砌碹壁后空隙充填效果良好。通过对煤柱及砌碹壁后空隙的注浆充填,有效提高了水仓防隔水煤柱的稳定性。

超深埋隧洞防渗排水措施与衬砌外水压力分布规律

高外水压力是制约超深埋水工隧洞建设的关键性难题之一,以排水孔为中心的综合堵排措施是降低外水压力的主要举措。为克服传统排水孔实体单元法整体网格划分难度大和计算效率较低的问题,首先,基于ABAQUS平台开发了两节点排水孔线单元模型,并验证其在隧洞工程数值模拟分析中的正确性和有效性;其次,建立了考虑防渗排水措施的围岩-衬砌三维有限元模型,研究多种防渗排水措施下的隧洞渗流场及衬砌外水压力分布规律;最后,探讨了防渗灌浆圈与排水孔设计参数对外水压力分布的影响,提出了防渗灌浆圈与排水孔间隔布置的原则。研究结果表明:所开发的两节点排水孔线单元具有较高的精度,在排水孔数目繁多的模型中具有极高效率;排水孔数目越多、深度越大、排距越小,衬砌外水压力越低;排水孔能够有效降低衬砌的外水压力,而防渗灌浆圈降外压能力有限;在排水孔末端间隔一定厚度围岩后再施作防渗灌浆圈,可更有效发挥两者的降压作用。

给排水管线渗漏对地铁盾构施工影响的模拟分析

针对排水管线渗漏会导致地表沉降,从而影响地铁施工的问题。建立给排水管线渗漏模型,计算管线渗漏的二维渗流场,获取有限元离散化单元渗流方程。建立地铁盾构施工下土体力学模型,得到应力场控制方程,计算地铁盾构施工过程中土体荷载,仿真分析给排水管线渗漏时对地铁盾构施工的影响。仿真结果表明,在管线未渗漏条件下,地铁盾构施工会产生地表沉降;在地铁盾构施工过程中,地表沉降受到管线渗漏范围和地表位置等影响,距渗漏中心点越近,渗漏范围越大,地表沉降值越大;地铁盾构施工结束后,给排水管线发生渗漏时,地表的沉降值会呈现出先增加后趋于不变的趋势。

矿井煤层底板承压水危险性评价及治理方案分析

煤矿地下突水问题不仅会干扰正常的采矿作业和采矿效率,还会增加煤矿安全工程的投入,甚至会导致严重的煤矿透水事故,严重威胁煤矿开采人员的人身安全。文章以我国某煤矿为例,对该矿开采面的突水危险性进行分析和评价,并利用综合探测、疏水降压和注浆加固技术对该煤矿煤层底板承压水问题进行治理,取得了较好的防治效果。

高压富水硬岩地层双护盾TBM前置式超前注浆堵水技术研究

晋中引黄输水隧洞双护盾TBM施工穿越高压富水裂隙,掌子面高压大流量突涌水严重,采用常规后置式超前注浆技术对掌子面突涌水进行超前处置效果不佳,主要原因是受外插角影响,采用常规后置式超前注浆存在注浆目标区域受限、钻探效率低、超前注浆控制难度大等问题,难以形成有效的止水帷幕结构。对隧洞水文地质条件、突涌水情况及超前注浆技术进行系统研究分析,提出双护盾TBM前置式超前注浆堵水工艺,通过优化注浆设备,在掌子面处实施超前注浆堵水。开展现场注浆试验,对坚硬岩面钻孔施工、注浆材料、注浆参数控制及注浆段长优化等技术进行研究,并根据现场试验信息,不断优化注浆设备及工艺。通过对晋中引黄输水隧洞实施前置式超前注浆堵水技术,洞内平均出水量降至3 702m~3/d,降幅达75.9%,同时在一定程度上提高了TBM施工效率。实践证明该技术方法有效。

“三软地层”超前探放水综合控制技术

“三软地层”探放水钻孔孔口管固管安装困难、顶板遇水塌陷渗水、疏放水钻孔坍塌堵孔以及钻孔缩颈的施工技术一直难以解决。通过理论计算与工程实践,摸索了一套探放水创新施工工艺,进行了优化钻孔参数设计,11701工作面大部分顶板疏放水钻孔垂高取200 m,终孔孔距不大于60 m,富水区域进行加密。技术上攻克了套管加长后固结难的技术难题,研发出一套“分级注浆固管法”,将整个套管牢固安装在设计位置,实现了在软岩区域快速固结安装超长孔口套管的新工法。针对“三软地层”的钻孔探放水,为了解决“三软地层”的探放水钻孔在成孔后坍塌堵塞的技术难题,创造性的研发出三级注浆以及“全孔花管护壁新工艺”;工程实践证明该套技术方案很好地解决了“三软地层”探放水钻孔施工难题。

帷幕注浆封堵寒武系灰岩导水通道效果定量判识

注浆堵水是煤矿水害防治常用的技术手段之一,而注浆效果定量判识是注浆工程中的关键环节。以平顶山煤田七矿寒武灰岩导水通道帷幕注浆封堵工程为研究对象,遴选注浆量、单位时间注浆量、延米注浆量、终孔压力、终孔层位及岩石力学强度变化为帷幕注浆堵水效果评价的指标体系。采用层次分析法、熵权法、组合赋权法确定指标因子的主观、客观及综合权重,应用模糊可变集模型定量判识了帷幕注浆堵水效果并进行了排序。研究表明,通道治理效果的综合排名为:6号通道最佳,依次是3号、2号、1号、5号和4号通道,所有钻孔和通道的注浆效果均达到合格或以上,总体表现良好。导水通道注浆封堵后,由于七矿与五矿之间水力联系较为紧密,导致两矿的水文情况显著变化。七矿动水补给量和五矿排水量在枯水期合计减少435.74 m^(3)/h,在丰水期合计降低809.98 m^(3)/h,帷幕注浆堵水效果显著。

MICP技术在地下水封油库渗控注浆中的应用潜力

地下水封油库在建设及运营过程中洞室涌水量大小是影响洞库水封安全和运营成本的重要因素。目前地下水封油库工程建设中采用传统的注浆方式难以将围岩渗透性降低到设计要求,因此洞室涌水量得不到很好的控制。微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术具有注浆黏度低、环境适应性强、生成矿化物质稳定等显著优点,引起了学术界与工程界广泛的兴趣和研究。本文首先分析了地下水封油库涌水量控制中存在的相关问题,然后阐述了MICP技术对裂隙渗流控制的机理、影响因素以及对裂隙渗透性的影响效果,最后探讨了MICP技术在地下水封油库中应用的关键问题。通过分析表明,MICP作为地下水封油库渗流控制的一种辅助注浆方式,可以较为准确地控制围岩渗透性变化,达到对洞室涌水量有效控制的目的。

超细水泥-水玻璃双液浆性能及注浆止水效果试验研究

北京地铁14号线高家园站的站厅层和站台层采用暗挖通道连接,地层为富水粉细砂层。为解决暗挖通道采用普通水泥-水玻璃双液浆注浆止水效果差且地表隆起较大的问题,提出采用超细水泥-水玻璃双液浆注浆止水的方案。首先对浆液流动性、凝结时间和固结体强度进行测试,根据测试结果确定了超细水泥-水玻璃双液浆的配合比:A液为超细水泥净浆,水灰比为1.0;B液为水玻璃溶液,波美度为20°Bé;缓凝剂为磷酸氢二钠,掺量为2.5%。A液约占总注浆量的80%,B液与缓凝剂各占约10%。采用颗粒流数值模拟方法,研究了超细水泥浆液中颗粒在地层中的运移距离与注浆压力的关系。结合浆液性能测试和数值模拟结果,提出了注浆压力0.5 MPa,注浆孔直径5 cm,间距50 cm,梅花形布置的注浆方案。经在暗挖通道现场注浆试验,采用超细水泥-水玻璃双液浆注浆止水效果良好。

掘进工作面顶板富水区超前疏放治理技术

为解决吕梁山煤电有限公司3-3032综掘巷道顶板富水区对掘进安全及巷道支护的影响,保证安全掘进,采取物探手段明确低阻异常区域划分范围,利用定向钻机向异常区施工顶板疏放水钻孔,待孔口放水量稳定在5 m^(3)/h及以下时,对钻孔实施全段注浆封孔,充填导水裂隙,掘进期间通过注浆锚杆与螺纹钢锚杆对顶帮围岩补强加固,加固后的巷道顶板最大移近量为164 mm,未出现明显离层空顶现象。

底板承压水上底抽巷破坏特征及控制技术

针对承压水上掘进底抽巷易导致底板突水事故,底抽巷层位选取不合理将造成瓦斯抽采效率低的问题,以古汉山煤矿1508工作面底抽巷为工程背景,通过分析底板突水发生机理及其围岩塑性区分布特征,确定底抽巷合理的布置层位并提出围岩协同控制技术。现场试验表明,底抽巷围岩不均衡的塑性区明显使底板隔水层厚度变小,底板突水危险性高。底抽巷在垂向上距煤层底板12 m,水平方向上内错回采巷道8 m。采用以增强锚网索锚固体系能力、底角岩层稳定性及其护表能力为主,局部区域进行注浆加固为辅的综合方法对底抽巷进行治理。试验期间,底抽巷顶底板变形233 mm、两帮变形量变形209 mm后基本稳定;瓦斯抽放孔采出率得到明显提高,确保了工作面安全开采。

锦界煤矿智能化疏排水技术研究

针对国能神东煤炭集团有限责任公司锦界煤矿极复杂水文地质条件,从井下中转水仓为切入点,根据不同场景采用压力启停水泵技术、液位实时监测及控制水泵技术、中转水仓及主排水泵房自动关联排水技术,建立井下中转水仓智能化疏排水系统,并接入智能综合一体化管控平台,对排水设备运行状态和故障实时显示,并具备远程集中控制、数据自动采集、故障分析诊断及联动预警功能,提升了中转水仓智能化水平。

煤矿井下防治水定向钻孔定点注浆封隔器设计与应用

针对煤矿井下防治水定向钻孔采用普通孔口法兰注浆工艺存在浆液易沉淀、注浆量小、全孔段被注实,造成注浆效果不理想和大量重复进尺的问题,在煤矿注浆用止浆塞分段注浆和煤矿井下水力分段压力技术的基础上,结合井下施工特点,设计了一种MX-100型裸眼封隔器,具有单通道双流向结构、长胶筒设计和易脱开保护套设计等特点。通过室内试验验证了封隔器的工作性能,同时对煤矿井下封隔器定点注浆技术进行了研究,形成了一套封隔器注浆工艺方法。该技术在新安矿15150工作面下部底板巷底板灰岩定向钻孔1号孔施工中进行了试验,出水点孔深为391 m、出水量为44 m^(3)/h,封隔器设置在孔深280 m处并成功进行了坐封,坐封压力为10 MPa,最终注浆压力达到设计的8 MPa,总注浆干料达514 t。相较于同类型定向钻孔采用孔口注浆工艺注浆时,明显提高了注浆量,同时也减少了280 m定向钻孔的重复进尺。试验结果表明,该封隔器能够在裸眼钻孔中坐封牢固,能够实现近水平定向钻孔孔内分段定点注浆,同时也减少了不必要的重复进尺,为煤矿井下防治水工程实现降本增效提供了更好的技术支撑。

井下泵房无人值守自动化排水系统改造实践

排水系统是矿山地下作业的关键部分,直接影响矿山生产安全。随着矿山数字化进程加速,井下泵房排水系统的远程智能控制成为重要一环。传统控制方式存在人力需求大、操作频繁、注水流程繁琐及工作环境恶劣等问题,影响排水效率和工作人员健康。基于此,实施了无人值守自动化排水系统改造,集成先进技术实现水泵智能化控制与远程监控,减少人工干预,提高工作效率。改造后的系统确保了水泵正常启动,避免了设备损坏和排水效能下降。同时,配备防水密闭门外侧自动关闭装置,无人值守期间关闭防水密闭门,遇突发涌水可形成防水屏障,确保电气设备安全运行,为井下生产提供安全保障。此改造不仅提升了矿山排水系统智能化水平,优化了工作流程,降低了人力成本,更显著增强了矿山生产安全性和稳定性,为矿山数字化、智能化建设做出积极贡献。

煤矿井下含水层超前疏放水钻孔涌水量衰减规律数值模拟分析

钻孔涌水量衰减规律可以为煤矿失水灾害提供一种有效治理手段,为了保证煤矿的安全生产,对煤矿井下含水层超前疏放水钻孔涌水量衰减规律进行数值模拟分析。以Q煤矿为研究对象,结合SEEP/W软件,模拟分析钻孔涌水量的变化规律,构建了涌水量衰减规律数值模拟模型,实现对钻孔涌水量衰减规律的预测。结果表明,增大初始水头和渗透系数后,钻孔的峰值涌水量和似稳定涌水量增大;增大弹性给水度,钻孔的峰值涌水量增大,而似稳定涌水量保持稳定;随着钻孔孔径、钻孔仰角与斜长的增大,钻孔的峰值涌水量和似稳定涌水量都逐渐增大;增大钻孔的数量和覆盖范围后,单个钻孔、钻区的涌水衰减明显,位于钻区中心的钻孔,其疏水能力受到群孔的干扰最大。