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Determination of optimal blowing-to-suction flow ratio in mechanized excavation face with wall-mounted swirling ventilation using numerical simulations 被引量:6
1
作者 Runze Gao Pengfei Wang +1 位作者 Yongjun Li Ronghua Liu 《International Journal of Coal Science & Technology》 EI CAS CSCD 2021年第2期248-264,共17页
Wall-mounted swirling ventilation is a new type of system in mechanized excavation faces with a dust sup-pression performance that is closely related to the blowing-to-suction flow ratio.Physical and simulation models... Wall-mounted swirling ventilation is a new type of system in mechanized excavation faces with a dust sup-pression performance that is closely related to the blowing-to-suction flow ratio.Physical and simulation models were developed according to the No.C103 mechanized excavation face in the Nahe Coal Mine of the Baise Mining Bureau,Guangxi Province to optimize the blowing-to-suction flow ratio for wall-mounted swirling ventilation.Both the k-εturbulence model and the discrete phase model were utilized to simulate airflow field structures and dust concentration distribution patterns at various blowing-to-suction flow ratios.The results suggest that higher blowing-to-suction flow ratios increase the airflow field disturbance around the working face and weaken the intensity of the axial air curtain.On the other hand,both the intensity of the radial air curtain and the dust suppression effect are enhanced.At a blowing-to-suction flow ratio of 0.8,the wall-mounted swirling ventilation system achieved the most favorable dust suppression performance.Both the total dust and respirable dust had their lowest concentrations with maximum efficiencies of reducing both types at 90.33%and 87.16%,respectively. 展开更多
关键词 Mechanized excavation face Wall-mounted swirling ventilation Blowing-to-suction flow ratio Airflow field DUST
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Development of dust collection and removal technology of comprehensive mechanized excavation face 被引量:8
2
作者 马恒 李雨成 刘剑 《Journal of Coal Science & Engineering(China)》 2008年第4期567-570,共4页
To solve the problem of excavation face dust control,the theory of dust removal after collection was put forward.Through a large number of theoretical and experimental researches,a new wind screen dust-collection syst... To solve the problem of excavation face dust control,the theory of dust removal after collection was put forward.Through a large number of theoretical and experimental researches,a new wind screen dust-collection system which was applied to comprehen- sive excavation face was developed.To set a wind dam in jet stream box,achieve the function of multi-stage and multiple-level regulation,lots of experimentation was carried out to obtain higher jet stream velocity with the minimum loss of energy.Experiments show that the slit width in the exports of wind screen dust-collection system should be 10 to 15 mm.For the general excavation roadway,after wind attenuation,the velocity can be greater than 3 m/s at the roof which meets the requirements of respirable dust control. 展开更多
关键词 comprehensive mechanized excavation face dust collection and remova dust control wind screen
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Full-face excavation of large tunnels in difficult conditions 被引量:15
3
作者 Giovanni Barla 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 SCIE CSCD 2016年第3期294-303,共10页
Following a few preliminary remarks on the tunneling methods at the beginning of the 20th century, thesuccessful applications of the full-face method also in difficult conditions are underlined. The attention isposed ... Following a few preliminary remarks on the tunneling methods at the beginning of the 20th century, thesuccessful applications of the full-face method also in difficult conditions are underlined. The attention isposed on the use of a systematic reinforcement of the face and of the ground, by means of fiber-glasselements. A selection of tunnels where this method was used successfully is reported with the purposeof illustrating the wide spectrum of ground conditions where it has been applied. Then, following adescription of the main concepts behind the method, the attention moves from the so-called “heavymethod”, where deformations are restrained, to the “light method”, where deformations are allowedwith the intention to decrease the stresses acting on the primary and final linings. The progress in theapplication of the “light method” is underlined, up to the development of a novel technique, which relieson the use of a yielding support composed of top head steel sets with sliding joints and specialdeformable elements inserted in the primary lining. The well-known case study of the Saint Martin LaPorte access adit, along the Lyon-Turin Base Tunnel, is described. In this tunnel, a yield-control supportsystem combined with full-face excavation has been adopted successfully in order to cope with the largedeformations experienced during face advance through the Carboniferous formation. The monitoringresults obtained during excavation are illustrated, together with the modeling studies performed whenpaying attention to the rock mass time-dependent behavior. 展开更多
关键词 Tunneling in difficult conditionsFull-face excavation Design Performance monitoringModelingCase study
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快掘面风流动态调控参数与压抽比对粉尘运移的影响及降尘分析 被引量:3
4
作者 龚晓燕 李相斌 +5 位作者 陈龙 裴晓泽 付浩然 王天舒 张红兵 薛河 《金属矿山》 CAS 北大核心 2024年第1期124-131,共8页
随着矿山快掘设备的逐渐引进,快掘面粉尘污染问题愈加严重。为有效减少快掘面生产过程中的粉尘污染,设计出风流动态调控降尘净化系统,通过调节风流的状态并设计了不同工况下的风流调控方案,以降低司机处粉尘浓度与粉尘的扩散距离。以陕... 随着矿山快掘设备的逐渐引进,快掘面粉尘污染问题愈加严重。为有效减少快掘面生产过程中的粉尘污染,设计出风流动态调控降尘净化系统,通过调节风流的状态并设计了不同工况下的风流调控方案,以降低司机处粉尘浓度与粉尘的扩散距离。以陕西某矿快掘面为例,建立了风流—粉尘耦合场有限元模型,并对模型进行了井下验证;分析了风流动态调控降尘净化系统中出风口偏角、出风口缩放口径、出风口距端头距离及风量压抽比4个参数对风流与粉尘场的影响规律;设计正交试验分析了各参数与司机处粉尘浓度与粉尘扩散距离之间的关联性,确定了最佳调控净化方案。结果表明:各参数对司机处粉尘浓度与粉尘扩散距离影响程度的显著性排序由大到小依次为风量压抽比、出风口偏角、出风口距端头距离、出风口缩放口径。确定的最佳调控净化方案为出风口距离端头10 m、出风口偏角20°、出风口缩放口径1.0 m及风量压抽比1。设计搭建试验平台进行了准确性及净化效果测试验证,模拟值与试验值的平均误差小于8.91%,净化后司机处粉尘浓度由327.22 mg/m^(3)降低至156.47 mg/m^(3),降低了52.18%,粉尘扩散距离由39.74 m缩短至25.91 m,缩短了34.80%,有效改善了快掘面的空气环境。 展开更多
关键词 矿井通风 快掘面 空气净化 风流动态调控 数值模拟 气固两相流
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岩巷综掘面抽尘参数影响粉尘污染扩散规律研究 被引量:2
5
作者 聂文 刘强 +3 位作者 华贇 彭慧天 郭立典 蔡源坤 《金属矿山》 CAS 北大核心 2024年第5期110-117,共8页
抽尘系统是岩巷综掘面长压短抽通风方式中控除粉尘污染的重要组成部分,而确定适宜的抽尘参数是实现有效除尘的关键。利用Solidworks软件对某矿632岩巷综掘面进行了物理建模,并进行了ICEM-CFD网格划分,通过网格无关性检验确认了后续所用... 抽尘系统是岩巷综掘面长压短抽通风方式中控除粉尘污染的重要组成部分,而确定适宜的抽尘参数是实现有效除尘的关键。利用Solidworks软件对某矿632岩巷综掘面进行了物理建模,并进行了ICEM-CFD网格划分,通过网格无关性检验确认了后续所用的网格模型,运用FLUENT计算流体力学软件对不同抽尘位置Dn(n分别为0、1/4、1/2、3/4、1)与抽风量(300~350 m^(3)/min)影响粉尘污染扩散状况进行了数值模拟,并通过仿真试验验证了数值模拟结果的准确性。结果表明:抽尘位置为D0、D1/4、D1/2、D3/4时,巷道内风流整体均处于较为紊乱的状态,粉尘污染经风流运载最终均扩散至整个巷道;抽尘位置为D1时,在抽风与压风协同作用下,距迎头4.6~6 m范围内形成了风向指向迎头、流动均匀且覆盖巷道全断面的有效控尘风幕,粉尘污染被风幕控制在掘进机司机与迎头之间的封闭空间内。抽风量在330 m^(3)/min及以上时,在司机处均形成了有效控尘风幕。为了在有效控尘的前提下尽可能降低能耗,最优抽风量选取最小值330 m^(3)/min。 展开更多
关键词 岩巷 综掘面 粉尘污染 抽尘位置 抽风量
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综掘面风流调控下的瓦斯与粉尘浓度双目标预测模型研究 被引量:3
6
作者 龚晓燕 程傲 +5 位作者 邹浩 孙育恒 杨富强 张红兵 李昊 孙康 《煤炭技术》 CAS 2024年第1期153-157,共5页
针对综掘面瓦斯和粉尘浓度预测能力不足,导致瓦斯粉尘积聚难以提前解决,造成风筒出风口风流调控降尘排瓦效果不佳的问题,采用层次分析法确定了瓦斯和粉尘浓度分布的关键影响因素,建立了7-11-3结构的双目标预测神经网络模型,并进行出风... 针对综掘面瓦斯和粉尘浓度预测能力不足,导致瓦斯粉尘积聚难以提前解决,造成风筒出风口风流调控降尘排瓦效果不佳的问题,采用层次分析法确定了瓦斯和粉尘浓度分布的关键影响因素,建立了7-11-3结构的双目标预测神经网络模型,并进行出风口距端头5 m和10 m工况下的应用测试,结果表明:模型误差率最大9.85%,最小0.27%。瓦斯浓度最高降低了45%,粉尘浓度最高降低了40%,有效预防了瓦斯和粉尘浓度的积聚问题。 展开更多
关键词 综掘面 风流调控 BP神经网络 瓦斯及粉尘浓度 双目标预测模型
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综掘工作面混合式风流调控下的粉尘沉降研究 被引量:1
7
作者 龚晓燕 王天舒 +4 位作者 陈龙 裴晓泽 李相斌 朱倩丽 牛虎明 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第2期106-115,共10页
煤矿掘进过程中粉尘聚集严重,目前针对综掘工作面混合式风流调控下粉尘沉降规律及优化的研究还不够深入。基于混合式风流调控系统,依托陕煤集团神木柠条塔矿业有限公司综掘工作面,分析了压风口距工作面距离、压风口右偏角度、压风口口... 煤矿掘进过程中粉尘聚集严重,目前针对综掘工作面混合式风流调控下粉尘沉降规律及优化的研究还不够深入。基于混合式风流调控系统,依托陕煤集团神木柠条塔矿业有限公司综掘工作面,分析了压风口距工作面距离、压风口右偏角度、压风口口径、抽风口距工作面距离和压抽比等混合式风流调控参数对粉尘沉降规律的影响:随着压风口距工作面距离增加,司机处和回风侧行人呼吸带截面大颗粒粉尘占比先增后减再增,小颗粒粉尘占比增加;随着压风口右偏角度增加,司机处和回风侧行人呼吸带截面大颗粒粉尘占比变化明显;随着压风口口径增加,司机处截面小颗粒粉尘占比先增后减再增,回风侧行人呼吸带截面大颗粒粉尘占比先增后减;随着抽风口距工作面距离增加,司机处截面大颗粒粉尘占比先增后减,小颗粒粉尘占比先增后减再增,回风侧行人呼吸带截面粉尘粒径分布变化不大;随着压抽比增大,司机处和回风侧行人呼吸带截面小颗粒粉尘占比减小。以上述风流调控各参数为自变量,回风侧行人呼吸带全尘平均浓度和司机处呼尘平均浓度最低为优化目标,建立了粉尘沉降优化回归模型,利用粒子群优化算法求解模型,得到最优风流调控方案:压风口距工作面距离为8.9 m,压风口右偏角度为14.8°,压风口口径为0.9 m,抽风口距工作面距离为4.3 m,压抽比为1.1。搭建了风流调控下粉尘沉降实验平台,实验结果表明:测试值与粉尘沉降优化回归模型的模拟值误差在13%以内,验证了模型的准确性;优化后粒径为71~100μm的粉尘受风流调控参数影响明显,沉降在掘进机前方;优化后回风侧行人呼吸带全尘平均浓度和司机处呼尘平均浓度分别降低了47.4%和42.4%,降尘效果明显。 展开更多
关键词 综掘工作面 混合式通风 风流调控 粉尘沉降 粉尘浓度
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水位变化下浅埋盾构隧道开挖面渗透力与稳定性研究
8
作者 刘维正 师嘉文 +2 位作者 谭际鸣 董军 豆小天 《中南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期3833-3848,共16页
为分析临江地区透水地层浅埋盾构开挖面渗流作用下的稳定性,结合安庆市沿江东路管廊盾构段典型断面,建立浅埋盾构三维流固耦合数值模型,分析水位变化、土体力学性质对开挖面稳定性影响以及渗透力的变化规律,明确浅埋盾构渗透作用下开挖... 为分析临江地区透水地层浅埋盾构开挖面渗流作用下的稳定性,结合安庆市沿江东路管廊盾构段典型断面,建立浅埋盾构三维流固耦合数值模型,分析水位变化、土体力学性质对开挖面稳定性影响以及渗透力的变化规律,明确浅埋盾构渗透作用下开挖面的失稳形式,建立区别于传统破坏模型的圆台-弧转体数学模型,提出一种基于极限分析上限法且考虑渗透力作用的极限支护压力的计算方法,并与已有研究结果相对比,验证该方法的可行性;根据该方法分析水位、土体力学参数、盾构掘进参数对极限支护压力的影响。研究结果表明:黏聚力及内摩擦角增加会导致破坏区高度显著减小,而水位增加会导致破坏区高度及长度显著增加;开挖面上渗透力随开挖面与拱顶的距离增大而增大,渗透力随水位变化呈线性变化,平均渗透力随水位变化率为2.75 kN·m^(-3);极限支护压力随黏聚力、水位呈线性变化,随摩擦角呈非线性变化;结合开挖面前方土层土体力学性质,极限支护压力随水位变化率为5.11~5.75 kPa,与实测土仓压力变化率6.38 kPa较吻合,控制土仓压力在80 kPa以上时能有效保证开挖面稳定。 展开更多
关键词 盾构开挖面 水位变化 渗透力 极限分析法 极限支护压力
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综掘工作面风流调控装置与射流风幕综合调控粉尘场优化分析
9
作者 龚晓燕 魏民杰 +4 位作者 陈龙 付浩然 常虎强 贺子纶 张红兵 《煤矿安全》 CAS 北大核心 2024年第10期214-220,共7页
为解决目前综掘工作面传统混合式通风下粉尘聚集污染严重的问题,提出了利用出风口风流调控装置与抽风口射流风幕综合调控优化粉尘场的思路。以陕北某矿综掘工作面为研究对象,建立了风流-粉尘气固耦合场有限元模型,分析了调控装置口径、... 为解决目前综掘工作面传统混合式通风下粉尘聚集污染严重的问题,提出了利用出风口风流调控装置与抽风口射流风幕综合调控优化粉尘场的思路。以陕北某矿综掘工作面为研究对象,建立了风流-粉尘气固耦合场有限元模型,分析了调控装置口径、调控装置右偏角、风幕出口宽度、风幕出口速度及风幕出口张角等参数对粉尘场的影响;设计了正交试验以确定最佳综合调控方案,设计搭建了实验平台进行综合调控方案准确性和降尘效果验证。结果表明:在该综掘工作面通风系统布局下,当调控装置口径1.2 m,调控装置右偏角9°,风幕出口宽度0.14 m,风幕出口速度7 m/s,风幕出口张角60°时,司机位置粉尘质量浓度和行人呼吸带高度平均粉尘质量浓度分别降低91.7%和74.9%,测试误差均在10%以下,有效改善了通风环境。 展开更多
关键词 综掘工作面 风流调控装置 射流风幕 气固耦合 粉尘场优化
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基于图像分析的掘进工作面粉尘颗粒检测方法
10
作者 龚晓燕 冯浩 +6 位作者 付浩然 陈龙 常虎强 刘壮壮 贺子纶 裴晓泽 薛河 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第4期55-62,77,共9页
基于光散射原理测定粉尘质量浓度只能定时定点手动检测,实时性差,且只能检测出粉尘质量浓度,并不能给出粒径分布范围。目前基于图像分析的粉尘颗粒检测研究主要是针对粉尘质量浓度或粒径分布进行单方面研究,并不能实现粉尘质量浓度和粒... 基于光散射原理测定粉尘质量浓度只能定时定点手动检测,实时性差,且只能检测出粉尘质量浓度,并不能给出粒径分布范围。目前基于图像分析的粉尘颗粒检测研究主要是针对粉尘质量浓度或粒径分布进行单方面研究,并不能实现粉尘质量浓度和粒径分布范围的同时检测。针对上述问题,提出了一种基于图像分析的掘进工作面粉尘颗粒检测方法,探究图像特征与粉尘质量浓度、粒径分布间的关系。通过粉尘样本收集及图像采集装置,采集粉尘颗粒图像并获取采集图像时的粉尘质量浓度。编写粉尘样本图像处理算法,提取图像的灰度特征、纹理特征、几何特征相关参数。对提取的图像特征与实测粉尘质量浓度进行相关性分析,选取相关性较大的图像特征作为参数建立回归数学模型。提取粉尘颗粒对象像素点个数,结合转换系数,基于几何当量等效面积径计算粉尘粒径大小及分布范围。实验结果表明:实测粉尘质量浓度与建立的图像特征多元非线性回归模型数学模型计算值间的平均相对误差为12.37%,标准实测粒径与几何当量等效面积径得到的粒径分布间的最大相对误差为8.63%,平均相对误差为6.37%,验证了基于图像特征的粉尘质量浓度回归数学模型和基于几何当量等效面积径分布数学模型的准确性。 展开更多
关键词 掘进工作面 粉尘质量浓度 粉尘粒径分布范围 图像分析 几何当量等效面积径 皮尔逊相关系数
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基于改进最佳缝合线的矿井图像拼接方法
11
作者 张旭辉 王悦 +5 位作者 杨文娟 陈鑫 张超 黄梦瑶 刘彦徽 杨骏豪 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第4期9-17,共9页
煤矿井下掘进工作面高粉尘、低照度的恶劣环境导致图像信噪比较低,且有效特征点数量严重减少,处理后的图像存在较大色差和噪声,在使用最佳缝合线算法进行图像拼接时出现细节错位、缝合线处过渡不自然或拼接痕迹明显的现象。针对上述问题... 煤矿井下掘进工作面高粉尘、低照度的恶劣环境导致图像信噪比较低,且有效特征点数量严重减少,处理后的图像存在较大色差和噪声,在使用最佳缝合线算法进行图像拼接时出现细节错位、缝合线处过渡不自然或拼接痕迹明显的现象。针对上述问题,提出了一种基于改进最佳缝合线的矿井图像拼接方法。首先,对原始图像进行HSV空间变换,采用改进的Retinex算法对亮度分量进行增强,利用双边滤波函数代替中心环绕函数,以解决亮度差异大处产生的光晕问题,通过增强算法有效提高特征点提取数量。然后,采用SIFT算法提取特征点,并以余弦距离作为匹配度指标;引入像素余弦相似度作为约束项,并采用形态学操作对颜色差异强度进行改进,利用动态规划法对最佳缝合线进行搜索,以避免图像拼接处的错位现象。最后,结合渐入渐出融合算法,使图像过渡平滑,实现煤矿井下掘进工作面的图像融合。模拟井下实际工况环境进行实验验证,结果表明:基于改进最佳缝合线的矿井图像拼接方法与传统最佳缝合线算法相比,避免了颜色差异和噪声引起的错位拼接现象,拼接缝处的图像过渡更加自然,避免了“鬼影”和明显拼接缝的产生,且图像平均梯度提高2.38%,拼接时间提高32.5%,使得融合区域更加平滑自然,提高了拼接质量。 展开更多
关键词 掘进工作面 图像拼接 图像增强 最佳缝合线 RETINEX算法 改进能量函数 像素余弦相似度
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土压盾构非满舱掘进时压缩空气与地层适应性分析
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作者 钟小春 余明学 +4 位作者 竺维彬 米晋生 钟长平 黄威然 祝思然 《同济大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期1219-1226,共8页
针对气压辅助工法应用越来越多工程实践,基于Geostudio Air/w建立的气-水-固耦合数值计算模型,探讨了不同盾构隧道顶部埋深、上覆闭气层厚度、地层性质以及盾构压力舱空舱高度对开挖面渗气量的影响。结果表明:分析广州地铁21号线某区间... 针对气压辅助工法应用越来越多工程实践,基于Geostudio Air/w建立的气-水-固耦合数值计算模型,探讨了不同盾构隧道顶部埋深、上覆闭气层厚度、地层性质以及盾构压力舱空舱高度对开挖面渗气量的影响。结果表明:分析广州地铁21号线某区间土压盾构气压辅助工法的应用案例,压缩空气渗气量控制在1.2 m^(3)·min^(-1)内,在开挖面建立稳定的支护压力,确保盾构掘进达到微扰动控制水平;闭气能力强的粉质黏土和黏土地层土压盾构掘进时,通过向压力舱注入少量压缩空气可以更好的保持开挖面支护压力的稳定;渗透系数较大、地质分布不均的砂卵石、上软下硬地层,难以进行满舱掘进时,可根据隧道埋深和上覆闭气层厚度来选择合适的空舱高度,确保压缩空气逃逸量小于产气量;土压盾构穿越渗透性地层,上覆闭气层厚度在10.0 m以上、或埋深大于28.0 m时,压缩空气逃逸量较少,也不易发生压缩空气逃逸冒顶。 展开更多
关键词 土压盾构 压力舱 数值模拟 渗气量 开挖面稳定
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上软下硬复合地层盾构隧道开挖面稳定性分析
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作者 叶友林 刘晓龙 +2 位作者 牛奔 周广宇 徐春一 《沈阳工业大学学报》 CAS 北大核心 2024年第6期848-854,共7页
针对上软下硬复合地层条件下盾构隧道开挖面的稳定性问题,依托深惠城际2标实际工况,分析不同软硬比及土体参数对开挖面极限支护压力的影响。利用颗粒流数值模拟分析土体的失稳模式,借助极限分析法建立符合开挖面失稳轮廓的理论计算模型... 针对上软下硬复合地层条件下盾构隧道开挖面的稳定性问题,依托深惠城际2标实际工况,分析不同软硬比及土体参数对开挖面极限支护压力的影响。利用颗粒流数值模拟分析土体的失稳模式,借助极限分析法建立符合开挖面失稳轮廓的理论计算模型,将理论计算结果与既往文献及实际工程进行比较分析。结果表明:当隧道开挖面主动失稳时,变形主要集中在软土层,硬岩层的变形较少;随着开挖面软硬比的增大,隧道开挖面的极限支护压力也增大;开挖面的极限支护压力与隧道埋深比无关,与土体内摩擦角成反比。 展开更多
关键词 盾构隧道 离散元 上软下硬复合地层 极限分析法 开挖面稳定性 埋深比 内摩擦角 软硬比
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顶管近接穿越既有箱涵的施工扰动与变形影响分析 被引量:1
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作者 赵宁 段隆鑫 王博 《建筑施工》 2024年第1期40-44,共5页
为更好地控制顶管施工对周围建(构)筑物的影响,以上海某圆形顶管近接下穿既有箱涵施工为工程背景,建立了考虑顶管-土体-既有地下箱涵相互作用的三维有限元模型,计算分析了不同土体损失、开挖面支撑力等对周围地层和既有箱涵沉降的影响... 为更好地控制顶管施工对周围建(构)筑物的影响,以上海某圆形顶管近接下穿既有箱涵施工为工程背景,建立了考虑顶管-土体-既有地下箱涵相互作用的三维有限元模型,计算分析了不同土体损失、开挖面支撑力等对周围地层和既有箱涵沉降的影响。计算结果表明:既有箱涵沉降随周围土体损失的增大而增加,两者基本呈线性正相关关系;当开挖面支撑力为初始地层压力1.5倍时,顶管施工对既有箱涵结构的扰动最小,一定程度上可以减少顶管施工导致的周围地层及既有箱涵沉降。最后,分析了多种既有箱涵MJS加固方案,提出了优化的加固参数,可为实际工程提供参考支持。 展开更多
关键词 顶管施工 施工扰动 有限元分析 土体损失 开挖面支撑力
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基于上限定理的砂卵石地层盾构隧道开挖面稳定性分析
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作者 胡瑞青 王立新 +4 位作者 郭亮 戴志仁 叶飞 刘畅 范越 《科学技术与工程》 北大核心 2024年第8期3399-3406,共8页
目前对砂卵石地层开挖面稳定理论模型的研究相对较少,施工过程中盾构机支护力的施加多凭借施工经验进行。为研究砂卵石地层开挖面失稳问题,运用极限分析法上限定理,结合椭球体放矿理论,建立盾构隧道开挖面极限分析模型的计算方法,研究... 目前对砂卵石地层开挖面稳定理论模型的研究相对较少,施工过程中盾构机支护力的施加多凭借施工经验进行。为研究砂卵石地层开挖面失稳问题,运用极限分析法上限定理,结合椭球体放矿理论,建立盾构隧道开挖面极限分析模型的计算方法,研究开挖面前方土体变形未发展至地表与发展至地的表两种工况,得到了极限支护力的上限解析解。并选取五种典型的理论分析方法验证了计算结果的正确性。结果表明:所提出的对数螺线椭球体机制得到的开挖面极限支护力受地层内摩擦角、隧道直径以及土体重度的影响较大,埋深和黏聚力的影响较小,地表超载的影响最小;其中开挖面极限支护力均随着土体重度和隧道直径的增大而线性增大,随着摩擦角增大呈现非线性减小趋势;通过与旋转破坏机制、3D对数螺线机制、FLAC^(3D)数值模拟得到的开挖面前方塌落区域的对比,所提出的开挖面前方塌落机制与数值模拟能接近地层的失效形状。 展开更多
关键词 盾构隧道 砂卵石地层 开挖面稳定性 上限定理 极限支护力
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海底软弱地层浅埋大直径盾构对接开挖面失稳灾变机制研究
16
作者 陈一凡 沈翔 陈湘生 《隧道建设(中英文)》 CSCD 北大核心 2024年第4期712-723,共12页
为探明对接距离对海底大直径盾构开挖面失稳机制及规律的影响,依托甬舟铁路金塘海底盾构隧道工程,建立考虑渗流的盾构隧道对接有限元模型,研究对接距离L对开挖面失稳机制以及极限支护压力的影响,并基于极限平衡法建立考虑渗流的盾构近... 为探明对接距离对海底大直径盾构开挖面失稳机制及规律的影响,依托甬舟铁路金塘海底盾构隧道工程,建立考虑渗流的盾构隧道对接有限元模型,研究对接距离L对开挖面失稳机制以及极限支护压力的影响,并基于极限平衡法建立考虑渗流的盾构近距离对接开挖面极限支护压力理论模型。随着对接距离的增大,开挖面失稳形状和极限支护压力的变化可分为3个阶段。1)快速增长阶段(0<L/D≤0.4)(D为隧道直径):该阶段与单个隧道工况区别最明显,失稳区域由楔形体与仓筒组成;此时受对接隧道的阻碍作用最大,且开挖面附近水头场变化剧烈,渗流力占据主要部分。2)缓慢增长阶段(0.4<L/D≤0.7):失稳区域由对数螺旋体与仓筒组成,此时对接隧道的阻碍作用减小,因此极限支护压力在该阶段受对接距离的影响减小,增长缓慢。3)趋于平缓阶段(0.7<L/D≤1.5):失稳区域由对数螺旋体与倒棱台组成,此阶段对接隧道的阻碍作用可忽略不计,极限支护压力、失稳区域形状与非对接情况相近,可视为单个隧道工况。建立的理论模型得出的结果与数值模拟的结果接近,两者误差在10%以内,验证了该模型的可行性。 展开更多
关键词 海底隧道 大直径盾构 对接工程 开挖面失稳 理论模型
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一种高效的刀盘掘进过程数值模拟算法
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作者 张佳琦 苏翠侠 +2 位作者 刘浩飞 张茜 蔡宗熙 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1306-1316,共11页
从岩土单元网格划分和接触对搜索过程两方面入手,提出一种高效的盾构刀盘掘进过程数值模拟算法。引入六结点三棱柱单元,该单元边长比接近于1,且每一个面上的内角近似相等,相比于传统六面体单元,计算效率更高,据此建立一种高效的岩土有... 从岩土单元网格划分和接触对搜索过程两方面入手,提出一种高效的盾构刀盘掘进过程数值模拟算法。引入六结点三棱柱单元,该单元边长比接近于1,且每一个面上的内角近似相等,相比于传统六面体单元,计算效率更高,据此建立一种高效的岩土有限元模型,并通过圆柱体单轴压缩数值模拟实验验证了模型的可靠性和高效性。根据盾构刀盘的掘进行为特点,直接得到可能发生接触的岩土网格结点,相比于传统的全局搜索,更加省时,优化了接触对搜索过程,从而提出了一种新颖高效的搜索算法,并通过自编软件开展单刀破岩过程数值模拟,验证了搜索算法的可靠性和高效性。基于自编软件和上述两种策略,使用单核CPU实现了实际工程中使用的复合盾构刀盘掘进全过程的直接数值模拟,得到了掘进后的岩土掌子面形貌和刀盘刀具的法向力载荷时程曲线及分布规律,并通过与商业软件仿真结果和文献得到的刀盘刀具法向力均值对比验证了自编软件的可靠性。 展开更多
关键词 全断面隧道掘进机 刀盘 掘进过程 接触 有限元模型
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基于临时支护新装置的工序优化与支护性能分析
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作者 王云柱 成云海 +4 位作者 王贯东 苏畅 李峰辉 许文涛 马梦想 《煤炭工程》 北大核心 2024年第2期66-71,共6页
针对掘进工作面存在的掘支平行作业难、用时比重失调问题,为实现平行作业、快速支护,设计了新的临时支护装置,具有尺寸可调、快速响应、及时支护的特点。采用理论分析加数值模拟的方法进行研究;介绍了装置的结构设计;以新巨龙煤矿综掘... 针对掘进工作面存在的掘支平行作业难、用时比重失调问题,为实现平行作业、快速支护,设计了新的临时支护装置,具有尺寸可调、快速响应、及时支护的特点。采用理论分析加数值模拟的方法进行研究;介绍了装置的结构设计;以新巨龙煤矿综掘施工技术为例进行工艺优化,从理论上提出一种分区平行作业的施工技术;通过顶板两端简支岩梁力学模型,展开装置临时支护作用机理分析;并对装置的支护性能进行结构静力学分析。结果表明:在巷道顶板松动范围0~3.30 m时,装置支护所需承受的载荷为158.40 kN;仿真得到最大等效应力为57.37 MPa,在装置顶梁下端与耳座位置交接处,最大位移量出现在中间梁上端中部,为0.30 mm,装置的结构设计能满足支护要求。此研究可为实现快速掘进的平行作业,高效支护和安全生产,提供有益参考。 展开更多
关键词 掘进工作面 临时支护装置 分区平行作业 工序优化 支护性能
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综掘工作面风幕阻尘效果影响因素研究 被引量:1
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作者 夏丁超 吕品 +1 位作者 杜朋 王金月 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第1期72-79,共8页
目前综掘工作面粉尘污染的研究多集中于单一因素对综掘工作面风幕阻尘效果的影响,而未充分考虑各因素间的交互作用,使得压风分流技术的工程应用效果欠佳。为明确附壁风筒径向出风距离、径向出风比及轴向出风距离对风幕阻尘效果的影响,... 目前综掘工作面粉尘污染的研究多集中于单一因素对综掘工作面风幕阻尘效果的影响,而未充分考虑各因素间的交互作用,使得压风分流技术的工程应用效果欠佳。为明确附壁风筒径向出风距离、径向出风比及轴向出风距离对风幕阻尘效果的影响,以潘三矿810西翼机巷综掘工作面为研究对象,运用Fluent软件对径向出风距离为10~25 m、径向出风比为0.6~0.9及轴向出风距离为6~12 m条件下的风流分布和粉尘扩散情况进行数值模拟。结果表明:(1)随着径向出风距离增大,径向涡流风幕在巷道内的转变更充分,综掘机司机前端的风流分布越均匀,更有利于形成风速方向均指向工作面的轴向阻尘风幕。当径向出风距离为10 m时,距工作面7 m断面内涡流特性明显,风速方向紊乱;当径向出风距离为25 m时,距工作面7 m断面内,风流分布趋于均匀,风速方向均指向工作面,形成了能够覆盖全断面的轴向阻尘风幕。(2)随着径向出风比增大,整流风筒轴向风流风量减小,轴向风流风速和射流强度降低,轴向风流对综掘工作面前端气流的扰动减弱;径向出风比越大,越有利于形成风流方向指向工作面且能覆盖全断面的轴向阻尘流场,即轴向阻尘风幕。(3)径向涡流风幕的阻尘能力随径向出风比的增大先增强后减弱,轴向阻尘风幕的阻尘能力随径向出风比的增大而不断增强。(4)在采取压风分流风幕阻尘技术后,当压风总量为300 m^(3)/min,吸风量为400 m^(3)/min,附壁风筒径向出风距离为20 m,径向出风比为0.9,整流风筒轴向出风距离为8~10 m时,能很好地将粉尘聚集在吸尘口附近,达到高效控尘除尘的目的。在810西翼机巷综掘工作面进行现场测试,测点风速和粉尘质量浓度实测值与模拟值基本一致,高浓度粉尘被有效阻控于工作面前端,隔尘效果较为明显,验证了数值模拟的有效性。 展开更多
关键词 综掘工作面 风幕阻尘 长压短抽 附壁风筒 压风分流 风流分布 粉尘扩散
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煤矿快速掘进工作面产尘特点及综合防尘技术研究 被引量:3
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作者 陈玉涛 《矿业安全与环保》 CAS 北大核心 2024年第2期33-39,共7页
针对煤矿快掘工作面掘进速度快、设备集中、产尘量大等特点,以曹家滩煤矿122107辅运巷快速掘进工作面为研究对象,详细分析了快速掘进工作面的产尘规律,开展“喷雾抑尘+机载通风控除尘”综合防尘技术及其工艺参数研究,结合快速掘进工作... 针对煤矿快掘工作面掘进速度快、设备集中、产尘量大等特点,以曹家滩煤矿122107辅运巷快速掘进工作面为研究对象,详细分析了快速掘进工作面的产尘规律,开展“喷雾抑尘+机载通风控除尘”综合防尘技术及其工艺参数研究,结合快速掘进工作面产尘特性及掘锚一体机外形特点,设计了4种贴近截割滚筒的喷雾装置和1种机载控除尘装置,并进行了现场工业性试验。结果表明:应用快掘工作面综合防降尘技术,降尘效率在90.69%以上,能极大地改善快掘工作面粉尘污染情况。 展开更多
关键词 快速掘进工作面 产尘特点 综合防尘 喷雾装置 防尘效果
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