砂卵石地层矿山法隧道长管棚支护机理及应用

研究目的:砂卵石地层由于卵石强度高且颗粒分布无序,因此长管棚施工地层扰动大且支护效果难以保证,已成为制约隧道实际应用的一大瓶颈。本文以某轨道交通暗挖法车站为依托工程,采用理论分析、现场测试与数值模拟相结合的方法,对不同直径、不同环向间距条件下长管棚的支护效果进行了深入研究,以期揭示砂卵石地层矿山法隧道长管棚支护机理,提出最佳支护参数。研究结论:(1)砂卵石地层,暗挖隧道管棚超前支护条件下,地层沉降变形在向地表传递过程中,沿高度方向的折减率约为0.91 mm/m;(2)管棚超前支护效果对矿山法隧道工程安全具有决定性作用,须采取措施减小管棚施工扰动及相应地层变形;(3)根据单因素敏感性分析结果,地表沉降随管棚支护长度的增加而增大,随管棚环向间距的增大而增加,且基本呈正相关;(4)为有效控制地表沉降并提高工程经济效益,建议直径127 mm管棚环向间距宜为35 cm,支护长度宜为40 m;直径159 mm管棚建议环向间距宜为40 cm,支护长度宜为40 m;直径209 mm管棚建议环向间距宜为45 cm,支护长度宜为50 m;管棚直径与其最佳打设长度正相关;(5)本研究结论可为砂卵石地层矿山法隧道支护措施提供借鉴与参考。

浅埋偏压小净距隧道管棚支护参数优化研究

为研究浅埋偏压小净距隧道管棚+超前小导管联合超前支护参数对隧道支护效果的影响,依托彝良隧道洞口段工程,通过FLAC3D建立不同管棚注浆加固区厚度、长度、直径、环向间距和外插角度等参数下的三维模型工况,分析各管棚参数对围岩位移的控制效果。结果表明:增大管棚注浆加固区厚度、直径和长度可降低围岩位移,注浆加固区厚度为3 m、管棚直径为100 mm和长度为40 m较佳;随管棚外插角度和环向间距的增加,围岩位移逐渐增大,管棚外插角度为2°和环向间距为0.3 m较为合适。在管棚合理支护参数选择的基础上,将模拟值与现场监控量测值对比,验证所选支护参数的合理性和可靠性。

不同跨径小净距隧道管棚超前支护机理与变形控制

以新疆乌尉高速公路上新光隧道工程为依托,对不同跨径软弱围岩小净距隧道超前支护力学特性进行研究。采用有限元软件MIDAS GTS NX建立有无管棚超前支护两种工况下隧道模型,分析不同开挖阶段管棚弯矩的分布规律以及两种工况下隧道拱顶沉降、初期支护应力及围岩塑性区的变化规律。结果表明:在隧道开挖过程中,掌子面处管棚受力较大,支护稳定后受力较小且较为均匀;管棚超前支护工况下累计拱顶沉降左洞为2.83 mm、右洞为6.74 mm,相较无超前支护,左、右洞拱顶沉降分别减少了34.64%和32.26%;布设管棚后衬砌最大主应力降低14.13%,围岩最大塑性应变减少了28.48%。采用管棚超前支护措施进行洞口段开挖能提高围岩稳定性,控制围岩变形,可为类似工程提供指导借鉴。

基于减载控制的光伏电站主动频率响应方法

传统光伏发电系统通常运行在最大功率点,不对电网频率改变进行响应,不能为抑制电网频率变化提供有功功率,随着光伏渗透率的提升,对电网的安全稳定运行产生影响,因此光伏等新能源设备应具有响应系统频率变化的能力。文章采用减载控制,在不改变主电路结构、逆变器并网策略,不增设储能设备的情况下实现系统频率的响应。首先通过设置主从阵列得到当前最大功率运行点,实现减载控制;然后针对频率改变,通过设置频率-减载率对应关系,实现有功功率输出的改变,对系统进行有功支撑;最后通过半实物仿真平台进行仿真,验证了结果的有效性。

膨胀性软破岩层深竖井施工分级支护研究

境外某铜金矿千米深竖井在通过膨胀性软破岩层(泥灰岩)时,围岩遇水膨胀压力极大,先后出现两次井壁垮塌和开裂的情况,对施工进度及施工人员安全产生极大影响。为解决该问题,查找相关文献资料及国内外类似施工案例,对通过膨胀性软破岩层的井壁破裂机理进行分析,针对性地制定井壁破裂修复方案;在此基础上,进一步调查施工地点的工程地质和水文地质情况,通过分析与总结,提出深竖井不良岩层的施工及分级支护方案,对其所穿过的膨胀性软破岩层的围岩制定分级表,根据不同岩体等级分别提出相应的施工及具体支护方案。通过对两次破裂处井壁的修复,较长时间内未出现裂缝及漏水现象,修复效果良好,达到预期;此外,竖井井筒后续施工中在采用分级支护方案后,井筒顺利通过厚度超过500 m的不良岩层,且在工期、质量、安全三个方面都取得良好效果,保障该深竖井工程的施工质量与施工安全。该工程为膨胀性软破岩层中的深竖井掘进施工积累了宝贵经验,对类似工程具有一定的借鉴意义。

急倾斜巨厚煤层巷道掘进安全支护技术

乌东煤矿急倾斜巨厚煤层赋存条件复杂,巷道掘进存在夹矸多、顶板易破碎区段,存在较严重的安全隐患,为了解决该隐患,乌东煤矿在巷道常规段采取长、短锚索及锚杆联合支护方式,在易破碎段增加管棚支护。经数值模拟与现场观测表明,常规段联合支护效果显著,相较未支护顶板下沉减小50%,巷道围岩内部没有严重破坏区,巷道表面平整,没有大块片帮及冒落情况;易破碎段管棚支护下巷道顶板平整未出现垮冒。微震监测结果表明,在掘进期间巷道围岩活动平稳,表明该支护技术可以很好地控制巷道变形,对于复杂条件下巷道安全支护提供借鉴及指导,具有重要的应用价值及科学研究意义。

气承膜结构储煤棚火灾温度及内部气压模拟研究

近年国家对高质量、绿色发展不断提出新要求,建筑形式新颖的气承膜结构因其独特的优势在储煤场中得到大量应用,但与之对应的是特殊的消防安全问题。针对气膜结构储煤场的膜内温度分布、气压变化进行数值模拟研究,结果表明:膜面附近最高温度取决于火源与膜面之间的距离,火源距离膜面过近时,膜材将受热穿孔,穿孔面积最大可达29.75 m^(2),大部分热烟随穿孔排出,膜内整体温度将大大降低;当膜材不被烧穿时,不同火源位置的膜内压强变化趋势相似且内压最大值相差不大;当膜材被烧穿时,膜内压强迅速降低,将影响气膜结构稳定性并可能导致建筑倒塌。

锚棚支护可靠性能论证研究

A煤矿掘进20128工作面两顺槽都为架棚巷道,使用锚棚联合支护。为确保支护达到设计效果,需要对锚棚支护可靠性进行论证。对工作面巷道布置及开采方法进行了论述,从多个方面对锚棚支护可靠性进行了论证,并对架棚支护可靠性进行了论证。结果表明,20128工作面顺槽锚棚联合支护设计的安全性和可靠性较好,能够满足工作面支护的要求。

大跨度单边开口拱形支撑煤棚工程钢结构施工技术

由于大跨度单边开口钢结构支撑面积有限及自身重量的影响,其施工易产生明显的位移或偏移,这将带来局部的应力集中问题,降低结构的整体稳定性。且这种变形还会影响煤棚工程的施工顺序和施工进度,造成人力和资源的浪费。因此在施工过程中出现明显的位移或偏移时,需要设置临时支撑,组织临时支撑的施工流程并进行纠偏分析。以上海某发电厂煤棚改造工程中的大跨度拱架临时支撑为研究对象,提出了顶升高度50 mm、20 mm、1 mm的3种拱架纠偏方案,并对拱架变形、整体网架变形、施工中3区4区控制点的竖向变形、顶升过程中杆件应力进行了分析与讨论,最终建议采取顶升高度1 mm方式对拱架进行纠偏。

深部区域破碎围岩开拓巷道控制技术研究

某矿+320m运输联络巷在掘进期间会揭露破碎围岩段,在破碎围岩段受地应力、构造应力以及破碎围岩等不利因素影响,导致运输联络巷围岩变形量整体较大、围岩支护难度高。结合+320m运输联络巷现场条件并基于让压支护原则,提出间隔使用锚网喷+锚索、钢架棚、壁后注浆支护方式,其中钢架棚支护滞后锚网喷+锚索支护7d、壁后注浆支护滞后钢架棚支护20d,通过允许围岩部分变形达到释放围岩应力、减少围岩控制难度以及提高围岩控制效果目的。现场应用后,+320m运输联络巷在破碎围岩段期间围岩变形均在允许范围内且变形量整体较小,其中顶底板、巷帮分别为57mm、66mm,表明现场采用的围岩控制技术实现了深部区域破碎围岩巷道变形有效控制,并为后续矿井其他类似条件巷道围岩控制工作开展提供了经验借鉴。

复采工作面沿空留巷架棚支护技术研究

针对复采工作面沿空留巷巷道顶板和帮部破碎及受多次动压影响的问题,提出了架棚支护的5种形式。针对不同的支护形式,对顶板和帮部的联接部分进行强度计算,提高了支架的整体稳定性和可操作性,为复采工作面沿空留巷巷道支架选型提供了思路。

管棚法支护在富水层沙土地质深基坑支护工程中的应用

结合某建筑工程,针对其存在突涌、流沙以及地下构筑物及周边建筑物变形较大的问题,采用管棚法对深基坑进行支护,主要围绕该技术的原理、施工要点、施工质量及安全控制措施进行探讨,并对施工经济效益进行分析,最终得出结论:管棚支护法具有经济、高效的优点,用在深基坑支护中可取得较好的社会效益和经济效益。

掘进巷道应力冒漏区支护技术

基于马脊梁矿2117巷掘进期间受地质构造影响,巷道掘进至315~370 m段多处出现局部冒漏现象,采用传统锚杆(索)、工字钢棚联合支护效果差的问题,通过技术研究,决定对局部冒漏区采取“锚索梯形棚+挡矸支架+人工假顶”联合支护措施。通过实际效果来看,支护优化后大大提高了冒漏区围岩整体稳定性,控制了顶板蠕动变形现象,取得了显著应用成效。

泥化软岩巷道的支护优化设计

为解决采用传统U型钢支架对软岩巷道进行支护所面临的冒顶和两帮移近量增加的问题,对1201工作面基本地质条件分析的基础上,分析了传统U型钢支架支护不到位的原因,并提出了采用管棚进行超前支护和注浆加固进行强化支护的理念,并对优化后的效果进行综合评估,得到理想优化效果。

某矿巷道穿越高压富水断层破碎带综合防治水技术研究

随着浅部矿产资源的日益减少,深部开采已成为必然趋势,水文地质条件日益复杂,防治水害日益严重,水害威胁制约着矿山整体开发进度,尤其是深部井巷穿越地质条件复杂的含水层和断层裂隙水时治理难度更大。本文介绍某矿山通过采取物探、工作面注浆堵水和超前管棚支护综合治理手段穿越复杂断层破碎带的成功经验,为其他类似矿山井巷水害治理断层破碎带提供借鉴。

开拓巷道围岩变形严重段加固技术研究

依据2采区运输大巷现场条件、围岩变形特征及巷道钻孔窥视成果等,分析巷道局部围岩变形严重的主要原因为围岩强度低且破碎、地质构造及采动压力叠加影响、原有支护方式不合理等。为此,提出通过锚注+U型钢可伸缩支架+锚杆补强方式对巷道围岩进行补强加固,具体措施为:(1)通过注浆提高围岩承载能力及强度;(2)U型钢可伸缩支架+锚杆可充分发挥被动支护及主动支护优势,给巷道围岩较大的支护作用力。结合2采区运输大巷现场情况具体给出巷道加固技术方案,现场应用后,2采区运输大巷围岩变形严重问题得以较好解决,其中监测到顶板、巷帮变形量分别稳定在76 mm、54 mm,巷道断面收敛量较小,可满足后续使用需要。

管棚超前预支护力学计算的改进梁模型

为防止隧道孔洞坍塌、控制围岩变形、保障掌子面的稳定和施工安全,计算了管棚的真实力学行为。基于掌子面前方扰动岩土的支撑作用和初支变形及其滞后效应,推导了管棚梁计算模型和挠度计算公式,并对比分析了公式推导值、现场实测值和数值模拟值。分析结果表明:与数值模拟值相比,推导的新型梁模型计算值与现场实测值更加接近,表明其具有一定的合理性。综合各方面因素后认为,钢管直径为114 mm+围岩注浆时控制围岩变形的效果最好。由推导的新型梁模型计算的钢管最大挠度值为11 mm,满足施工要求,验证了新型梁模型的可靠性。

综采工作面切巷二次扩巷技术的成功应用

为达到综采工作面安装作业空间要求,郑新公司芦沟煤矿三五井21051综采工作面安装前,采用工字钢对棚支护,对切巷进行二次扩巷,加大支护断面,增加有限作业空间,以满足综采工作面安装安全条件,保证安装作业的安全性和实用性,具有一定的借鉴和推广价值。

基于双参数地基的隧道预支护拱棚壳体力学模型

隧道预支护技术作为重要施工辅助方法,除能够有效加固围岩外,还具有良好的承载、抑制变形作用。为了更好地模拟隧道预支护拱棚的真实受力,基于注浆管棚、水平旋喷拱棚所呈现出的壳体特性,首先,建立正交曲线坐标系,通过位移函数求解控制方程;然后,引入Pasternak地基模型,建立Pasternak双参数地基的拱棚壳体力学模型;最后,推导出拱棚挠度、内力、地基反力的解析解表达式。将所提模型进行案例计算和数值验证,再对预支护拱棚的变形、横纵向受力及地基接触反力进行分析,探讨了拱棚设计参数对旋喷拱棚变形的影响。与既有文献的分析方法对比表明,所提模型考虑了岩土体的连续性和注浆加固区整体性影响,相比传统方法理论上更贴近拱棚预支护真实受力状态;解析法和数值法得出的整体挠度曲线均呈勺形分布,结果吻合程度较好。力学分析表明:纵向上,拱棚能很好地调整压力分布,一定程度上使内部围岩处于免压状态;以开挖面为界,拱棚纵向弯矩、剪力的影响范围约为5倍开挖进尺。横向上,拱脚处剪应力起主导作用,拱顶处主要由正应力主导且容易发生材料破坏。不同参数对拱棚结构变形影响程度不同,总体表现为初始挠度>开挖进尺>桩径>开挖高度。

浅埋黏质黄土隧道变形控制机制及措施研究

为弥补当前超长管棚研究经验及模拟精度的不足,以黏质黄土地层中高铁隧道下穿运营铁路的变形控制方法为研究对象,针对以超长管棚+临时仰拱组成的“纵横支撑”体系的结构受力特征和变形规律开展研究。首先,采用实体单元进行超长管棚的精细化建模,分析地层变形及管棚应力分布规律;其次,运用光栅光纤测试技术实时监测管棚纵向应力,揭示隧道开挖对超长管棚纵向应力的影响范围;最后,分析“纵横支撑”体系的作用机制。研究结果表明:1)整体性好的超长管棚将竖向应力沿纵向大范围转移,减少了掌子面附近钢架应力;2)临时仰拱与开挖后的支护结构形成闭环结构,提升了钢架整体承载能力,有效控制了黄土隧道的变形;3)管棚和支护结构形成的纵横支撑体系中,管棚的最小距离应大于2倍掌子面到支护结构闭合的距离;4)隧道开挖对超长管棚纵向应力的影响范围为掌子面前30 m至后20 m,强影响范围为掌子面前方10 m至掌子面后方5 m,管棚的长度越大,其承载效果越好。