大采高综采工作面切顶留巷矸石帮变形控制技术研究

为解决厚煤层大采高综采工作面切顶留巷矸石帮围岩控制难题,首先利用理论分析建立了不同挡矸支护条件下矸石帮位移变化的力学公式,以此为基础提出矸石帮变形控制双策略,减弱矸石帮变形压力和增强矸石帮的抗变形能力;其次利用现场实验设计两种类别共4组挡矸支护方案,探讨不同支护方案的矸石帮控制效果,验证理论研究成果。结果表明:①增强矸石帮侧顶板支护强度,能减弱矸石帮变形压力;②增架卡兰个数、增加卡兰预紧力、增加卡兰个数、增强U型钢之间的摩擦力等能增加U型钢滑移初始滑移应力,增强矸石帮的抗变形能力;③挡矸支护控制效果为:2副卡兰+单体支柱<2副卡兰+单元支架<2副卡兰+单元支架+呛柱<3副卡兰+单元支架。该研究可为同类条件下切顶留巷矸石帮变形控制提供参考。

薄煤层工作面切顶卸压留巷技术研究

为提高矿井煤炭资源回收率并提高煤炭开采效率,结合3503综采工作面开采煤层厚度薄的特点,针对性提出切顶卸压留巷技术方案,并进行工程应用。在回风巷切顶卸压留巷期间,通过锚索超前补强可提高留巷段顶板强度,为留巷工作开展创造良好条件;使用DCA-45型切缝机提高切顶钻孔施工质量,通过聚能爆破方式提高切缝效果;在滞后支护段采用密集单体进行补强,可减少采动压力、采空区顶板垮落等对留巷段围岩变形影响。现场应用后,留巷段顶板在滞后采面30 m范围内下沉量增加速度较快,随着与采面距离增加留巷段下沉量逐渐趋稳,最终下沉量控制在165 mm以内。

沿空留巷工艺配套成套支护装备技术

介绍了沿空留巷工艺行业发展现状和趋势,根据现有沿空留巷配套支护装备存在支护效果不理想、效率低、安全性差的问题,研制了采空区挡矸支架组、后伸缩端头支架、循环交替支护成套装备。阐述了成套支护装备的总体结构、主要特点、运行方式、巷道中的布置方式以及使用效果。

超长沿空留巷挡矸支架安全回撤技术

针对日推采12~15 m工作面沿空留巷工艺要求,在结合理论计算和实际工况的基础上研发了长达19 m、控顶面积达38 m^(2)、挡矸面积达61 m^(2)的庞大组合体挡矸支架。针对该庞大支架的回撤难题,通过现场试验研究出一种边采煤边回撤的新方法,距离停采线35 m时开始在综采支架前铺网护顶,距离停采线20 m时开始在综采支架间打设锚索,距离停采线5 m时拆除端头支架尾部的活动挡矸板并同步打设戗棚和木垛,当工作面推采至停采线时回撤端头T3和T4铺网支架,并同步将挡矸支架前移至停采线,然后将挡矸支架分前中后3段依次回撤。实践证明,该方法安全可靠,实现了采煤—回撤—留巷一体化,未对工作面采煤、回撤和留巷速度产生明显影响,满足陕北矿区和神东矿区高产高效工作面沿空留巷要求。

新型挡土墙砌块剪切性能试验与数值分析

新型装配式挡土墙由榫卯型砌块干垒而成,通过模型试验,并结合有限元模拟,从局部的角度出发,对不同榫卯数量砌块的剪切性能进行了对比研究,结果表明:竖向压力和榫卯数量对砌块的抗剪性能有一定的影响,竖向压力越大,砌块的抗剪强度越高;榫卯数量的增多,砌块之间契合性变差,砌块的抗剪强度会降低;砌块损伤主要发生在榫卯部分,生产时应采取措施进行局部加强。该榫卯型砌块挡土墙的优化设计和加固提供了参考。

榫卯型装配式挡土墙模型超载变形试验研究

提出了新型榫卯装配式重力挡土墙,并对3种不同的墙背形式(直立式、俯斜式、仰斜式)进行了受力变形模型加载试验,结果表明,3种形式的挡土墙位移模式一致,基本由先是发生墙身绕墙趾转动(RB模式),然后墙身整体离开土体方向发生平移(T模式)两种模式组成,3种形式挡土墙极限横向位移在距墙底0.4H~0.67H范围内较为突出,且砌块挡土墙后土压力曲线和挡土墙位移曲线高度一致,其计算需结合砌块位移,为砌块挡土墙的设计提供了参考。

UHPC-CA装配式干砌挡土墙设计及其稳定性研究

设计出一种新型装配式空心挡块,挡块由掺粗骨料超高性能混凝土(UHPC-CA)浇筑而成,其干砌式墙体强度及耐久性较传统现浇挡土墙均得到提升,挡块间采用梯形榫槽进行连接,榫槽尺寸及角度基于摩擦自锁原理确定;利用模型试验、有限元仿真和理论分析等手段对新型挡块干砌式挡土墙的稳定性进行研究。结果表明:所设计的挡块榫槽间连接可靠,未发生榫槽间脱落导致的局部破坏,干砌式挡土墙整体性良好,且抗倾覆安全稳定性可达到等同现浇的效果;新型挡土墙多种方式堆砌可适用于各级标准载重汽车行驶道路的路堤以及路肩等防护工程,双排堆砌即可保证梯形榫不发生剪切破坏;挡块填土孔内可填充种植土和种植绿植,具有良好的生态效益。

大倾角条件下沿空留巷矿压分析及支护优化

针对大倾角条件下的沿空留巷,采用理论分析、数值模拟和现场实验相结合的方式,从研究采场应力分布、顶板运动规律着手,系统梳理留巷实体侧破坏和老空侧的被动冲击,基于此研究了关键块体及“弧三角板”结构对大倾角条件下留巷的关键影响,进而优化完善留巷巷道顶板支护和巷旁支护方案。最终,通过2017—2022年在内蒙古福城矿业有限公司实施的多个不同倾角和岩性条件下的留巷案例,分析得出留巷实体强支护、柔性挡矸、严控关键块体等大倾角煤层沿空留巷关键技术。

模块式加筋土挡墙震后健康状态识别研究

采用时域识别方法分析了加筋土挡墙大型振动台模型试验在不同工况下动力特性(自振频率和阻尼比)分布规律,介绍了加筋土挡墙不同位置处动力特性的变化特征,阐述了不同损伤程度下加筋土挡墙动力特性分布规律,探究了动力特性变化幅值与加筋土挡墙损伤程度的定量关系。结果表明:加载阶段前期,加筋土挡墙各位置处的自振频率基本相同,阻尼比随着墙高的上升而减小;加载后期,挡墙自振频率明显下降、阻尼比大幅上升。采用数理方法获得了单级挡墙自振频率和阻尼比的分布曲线,得出了基本完好、轻微破坏、中等破坏和毁坏4个阶段自振频率和阻尼比变化幅度;当自振频率下降幅度为6.75%~16.43%,阻尼比上升幅度106.14%~243.09%时,可认为加筋土挡墙处于中等破坏阶段;当自振频率下降幅度为16.43%~31.59%、阻尼比上升幅度243.09%~462.04%时,可认为加筋土挡墙处于毁坏阶段。

拦挡坝-桩群复合结构的高速滑坡碎屑流拦挡效果

针对仅依靠单一形式的防护结构往往难以有效防治滑坡碎屑流灾害的问题,将拦挡坝和桩群两种防护方法相结合,并采用离散元模拟分析拦挡坝-桩群复合式结构的防护效果。考虑了不同形状的桩群结构,从滑坡碎屑流堆积形态、流速变化、桩群潜在失效可能性、拦挡坝冲击力降幅等方面评价复合结构的防护效果。结果表明:方桩桩群与拦挡坝组合形成的复合结构具备更优的拦挡效果,能更显著地削弱滑坡碎屑流的冲击破坏能力;方桩桩群具有更高的失效可能性。建议工程结构设计中采用较大的桩高以避免越流现象,同时采用垫层等措施保护桩群,避免发生冲击破坏。

自嵌式生态挡墙在河道综合治理中的应用

为解决城市河道护岸治理中施工场地小、施工工期短、河道景观性差等问题,以广州某河道综合整治工程项目为例,提出一种施工用地少、易施工的自嵌式可植生绿化生态挡墙,并对其构造、优点、施工工艺及稳定性进行分析与计算。结果表明自嵌式生态挡墙结构稳定、地基适应性强,在满足河道防洪排涝要求的基础上能够与周边河道景观相协调,在河道综合治理项目中应用效果良好,可为类似河道综合治理提供参考。

模块面板式加筋土挡墙结构行为试验研究

为研究模块面板式土工格栅加筋土挡墙在墙顶局部荷载作用下的受力和变形状态,并了解其作用机制,通过室内模型试验,进行了包括墙面水平变形和墙顶竖向沉降以及墙体内垂直和水平土压力、附加应力扩散角、侧向土压力系数、土工格栅拉伸应变等分布规律的研究和分析。试验结果表明：墙面累积水平位移沿墙高呈上大下小分布;水平和垂直土压力沿筋长方向均呈从拉筋中部向两端逐渐减小的分布趋势;实测附加应力扩散角较非加筋土体大,基本在40°~75°之间;侧向土压力系数沿墙高的分布在不同断面有所不同;筋材应变沿筋长呈单峰值分布,峰值出现位置距墙脚的水平距离从高到低逐渐减小。

自锁式景观砌块加筋挡土结构的设计与应用

介绍砌块仿花岗岩挡土结构的特点和砌块形状,针对砌块挡土结构在我国刚开始应用,没有设计、施工规范的现状,依托可以借鉴的加筋挡土结构和浆砌块石挡土结构设计规范,提出了自锁式砌块加筋挡土结构设计中的地面荷载强度及土压力计算方法、砌块层间稳定验算方法、加筋长度和间距验算方法、挡土结构整体稳定验算方法和施工过程中需要注意的主要问题,为自锁式砌块加筋挡土结构设计人员提供了设计验算内容、验算方法和安全系数取值范围,为现场施工和监理人员提供参考,并为该类型的挡土结构推广应用提供技术支持。

农村面源污染治理的“4R”理论与工程实践——生态拦截技术

农村面源污染因其排放路径的随机性、排放区域的广泛性以及排放量大面广等特征,即使在实施源头控制后,仍然不可避免地有一部分污染物随各排放途径输移,对下游水体水质造成很大的影响,因此,实施生态拦截技术,高效阻断污染物输移是农村面源污染治理技术中非常重要的一环。研究表明,生态拦截沟渠技术不额外占用土地,能高效拦截净化氮磷污染物,并兼具生态景观美化之功能。人工湿地技术、稻田消纳技术以及前置库技术,也能有效拦截氮磷污染物,在农村面源污染治理实践中得到了一定的应用,但其占地面积大的缺点限制了在我国经济发达地区的推广。以丁型潜坝技术为代表的陆-水交接面污染拦截净化技术在我国农村面源污染物的过程阻断方面开始崭露头角,具有较高的应用潜力。缓冲带、生草覆盖、脱氮沟以及湿地-多级塘等技术也有一定的应用前景。生态拦截技术的应用需结合区域环境特征和地形地貌现状,因地制宜,兼顾生态功能、环境功能和景观功能,在充分利用和改良现有沟渠塘的基础上注重氮磷养分资源的回用,从而提高拦截效率,实现水体生态系统的生态修复。

模块面板式土工格栅加筋土挡墙动态特性试验研究

为了研究模块面板式土工格栅加筋土挡墙在高速铁路列车载荷作用下的动力响应规律,分析其作用机理。结合室内模型试验进行了包括加筋土挡墙墙面变形、墙体加速度、动土压力、残余土压力及土工格栅拉伸应变等分布规律的研究。结果表明:墙面累积水平位移沿墙高呈单峰值分布,最大值位置靠近墙顶;挡墙内竖向加速度受频率影响较大,8 Hz时加速度出现大幅增长,加筋体内加速度沿墙高出现衰减;动土压力主要受载荷幅值及加载次数的影响,在加筋体内沿墙高逐渐衰减,垂直动土压力的衰减速率逐渐增加,水平动土压力的衰减速率逐渐减小;随加载次数的增加,残余土压力逐渐增大,沿墙高墙体中部的残余土压力稍大;筋材累积应变随加载次数的增加略微减小,沿筋长呈单峰值分布,峰值位置距墙脚水平距离从高到低逐渐减小。

考虑填土强度的加筋土挡墙动位移计算

加筋土挡墙在地震荷载作用下的位移大小对结构的抗震性能影响显著。为了计算地震荷载作用下加筋土挡墙的位移,Newmark滑块法通常被用于设计中。由于传统的Newmark滑块法在计算中忽略了填土强度的变化,因而采用单一峰值或残余强度的计算将可能导致计算得到的位移小于或大于实际位移值。在二楔块破坏模式的假定条件下,根据楔块的力学平衡条件,建立了加筋土挡墙滑动安全系数计算式,同时通过引入位移阈值考虑了填土的应变软化特点。通过将计算结果与模型试验结果对比,得到以下结论:相较于单楔块法,二楔块法更能真实地反映出墙体的实际破坏模式,且计算得到的屈服加速度系数更接近试验值;相较于采用单一峰值或残余强度计算的位移,考虑填土应变软化的计算解更接近于模型测试值。

自嵌式砌块与双向土工格栅的摩擦强度试验研究

在自嵌式砌块加筋挡土墙工程中,加筋与填土及自嵌式砌块的界面作用特性是最关键的技术指标,直接决定该工程的内部稳定性。通过室内拉拔试验可知,当法向应力大于24.8 kPa时,双向土工格栅会在其与上砌块后缘互锁连接接触处被拉断,而不是从混凝土砌块间被拔出,且此时双向土工格栅发挥出的抗拉强度远小于其条带拉伸情况下的抗拉强度;双向土工格栅与混凝土砌块界面间的强度包线由两段直线组成,当法向应力小于24.8 kPa时,摩擦强度随法向应力的增大而增大;当法向应力大于24.8 kPa时,摩擦强度为一常数。

悬臂排桩支护基坑连续破坏控制理论及设计方法研究

基坑工程的连续垮塌问题已引起工程界和学术界的重视,然而目前尚无相关控制理论。基于悬臂排桩基坑连续破坏机理,提出利用间隔设置连续破坏阻断单元法(简称阻断单元法)控制连续破坏发展,并采用有限差分法对不同开挖深度、不同土质条件和不同加强桩刚度情况下阻断单元的效果进行了分析,进一步结合荷载传递系数曲线总结出不同加强桩刚度情况下的阻断单元设计原则。结果表明,设计合理的阻断单元可以有效地将局部破坏引发的连续破坏控制在设定范围内,而当阻断单元中加强桩数量不足时,连续破坏具有跨越效应,即越过阻断单元继续发展,并转而导致阻断单元破坏。对于支护桩受弯破坏型的连续破坏,冠梁破坏或主动切断冠梁并不能阻断连续破坏的传递,相反可能加剧连续破坏。

沿空留巷上覆岩层关键块稳定性力学分析及巷旁充填体宽度确定

由于沿空留巷服务时间较长,巷道围岩变形较大,合理地计算巷旁充填体宽度至关重要。根据沿空留巷上覆岩层的活动规律,建立了关键块和直接顶的力学模型,分析了关键块与沿空留巷围岩相互作用机制,推导出巷旁支护阻力的计算公式,并引入了关键块稳定性系数K1、K2及其稳定性影响因素的敏感度。研究结果表明,当K1>1时,关键块发生挤压变形失稳;当K2>1时,关键块发生滑落失稳。以淮南谢一矿512(5)工作面为工程背景,确定了合理的巷旁充填体宽度,计算出关键块稳定性系数,获得了各影响因素对关键块稳定性的敏感度。实例分析表明,采高对关键块的稳定性影响较大,在大采高工作面中进行沿空留巷较为困难。

采用K–刚度法设计的模块式加筋土挡墙数值模拟

基于一采用K–刚度法设计的模块式加筋土挡墙建立有限差分数值模型,并采用界面双曲线模型真实模拟底层模块–水平基座界面及水平基座–地基界面,研究实际模块式加筋土挡墙在工作应力下的性状,并进一步分析墙趾界面剪切特性。结果表明:数值计算的挡墙筋材应变分布、填土中各层筋材最大拉力、墙面筋材连接力和墙面最大位移值与实测值比较吻合;K–刚度法计算的填土中筋材最大拉力值与数值模拟和实测值吻合较好,但墙面连接处筋材因受地基沉降和填土压实产生的下拉力影响而大于填土中筋材最大拉力,故K–刚度法不能用于墙面筋材连接力的验算;相较于刚性地基,压缩性地基上模块式加筋土挡墙的墙趾正应力系数较大,而墙趾承担荷载比例较小;尽管基座–地基界面剪切刚度较模块–基座界面小很多,由于其承受的剪应力也很小,墙趾并不会沿着基座–地基界面发生滑移破坏,模块–基座界面对挡墙墙趾起到主要的约束作用。