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。

预制综合管廊U盾架管机施工技术研究与应用

为探索预制综合管廊盾架一体化施工关键技术,提升预制综合管廊机械化施工水平及效率,以雄安新区某综合管廊项目为依托,对U盾架管机开挖、推进、调向等关键技术进行研究。通过构建U盾架管机推进受力模型,探索掌子面预留核心土对推进阻力的影响,得出不同断面管节所需的管节密封压紧力对应的核心土欠挖量,验证U盾架管机采用主顶油缸压紧管节密封的可行性;采用插刀、推板超欠挖进行辅助纠偏,联合主顶油缸、铰接油缸分组协同控制,将掘进姿态控制在±20 mm以内;针对U盾架管机平、纵断面折线转弯工况,采用可调节环宽的楔形过渡桥施工技术,实现最大7.7°水平折线转弯、70‰纵坡折线转弯;同时,对U盾部分与架管机部分在掘进、调向、管节安装过程中的协同施工技术进行研究。现场应用试验表明:U盾架管机施工可以满足预制综合管廊沟槽开挖、设备推进、掘进调向、管节安装等工序的一体化施工需求。

碎软煤层高速螺旋钻探装备研制与实践

针对王坡煤矿碎软煤层钻孔施工排渣难、事故率高、成孔难等问题,设计了高转速履带式钻机、配套螺旋钻杆及三角梯齿钻头,能够有效地解决在钻进过程中出现的卡钻、塌孔等问题。现场工业性试验表明,该套钻探装备有效解决了施工过程中存在的排渣难、喷孔顶钻等问题,提高了钻孔成孔率,为矿井本煤层瓦斯抽采提供了重要支撑。

PCCP broken wire detection based on orthogonal electromagnetic principle

Aiming at the major failure mode of prestressed concrete cylinder pipes (PCCP),namely the fracture of prestressed steel wires,the broken wire detection technology based on orthogonal electromagnetic principle is studied. The detection system model is established and optimized by using COMSOL finite element simulation software. Furthermore,the theoretical analysis of the wire-breaking effect is carried out. The influence of factors on broken wire signal characteristics such as edge effect,circumferential relative position of the detector and broken wires,excitation frequency and relative permeability of steel wires is analyzed,which provides a theoretical guidance for the field detection. The influence of the steel cylinder structure on the simulation results is analyzed,which provides a reference for the improvement of calculation efficiency. The corresponding detection system is designed and implemented. Concretely,a high-voltage and high-power sinusoidal signal coil drive scheme based on sinusoidal pulse width modulation technology and an intelligent power module is innovatively proposed and the corresponding protection circuit is designed. The broken wire signal could be effectively extracted through a lock-in amplifier. The experimental results show that this system can effectively identify the broken wires with low cost.

大口径PCCP断丝加固技术工程应用和效果评价

针对埋地预应力钢筒混凝土管(PCCP)的断丝现象,介绍了常用的三种加固方案,即在断丝管节内壁粘贴碳纤维片材、对断丝管节进行体外预应力加固以及更换断丝管节进行修补加固。为了验证这些加固技术的应用效果,对断丝管节加固前后的断丝数据及冬、夏季典型时段断丝数据进行了分析,并对加固方案效果进行了评价。结果表明:碳纤维加固不能显著减少断丝的持续发生;体外预应力加固效果明显,可基本解决断丝的发生,是相对可靠的断丝管节加固技术;更换断丝管节需耗费大量的人、财、物,适用于管线应急修复。

地下长距离水平冻结加固及开挖清障技术

受施工环境、技术和装备水平的影响,目前盾构机直接穿越重要构筑物基础和围护结构难度极大。通过采用地下长距离水平冻结加固及开挖清障技术,在软土地层距运营地铁站底板下2.209 m,穿越4道地下连续墙(含斜向)和8根格构柱,实现42 m单向高精度水平穿障钻孔;通过运营地铁车站下方大体量冻胀控制、冻结断管修复和免拔技术,保证了直径7.9 m、长38 m的隧道安全及盾构机的顺利穿越,减少了对环境的影响,实现了浅覆土大断面长距离轨交隧道区间和车站的暗挖建造。

孤岛工作面碎软煤层跟管护孔钻进工艺研究

针对孤岛工作面高应力碎软煤层钻孔易卡钻、塌孔导致钻孔成孔难度大、瓦斯抽采效果差的问题,开展跟管护孔钻进工艺研究。选取王坡煤矿3206孤岛工作面作为试验地点,分析得出该工作面需要采用大转矩、高转速钻机,以增强钻具排渣效果及孔内事故处理能力,同时需要考虑高应力区段钻孔护壁工艺及孔内高效排渣工艺。提出采用跟管护孔钻进工艺过高应力区,以达到护壁效果;采用螺旋钻进氮气辅助排渣工艺,以增强排渣能力,降低钻进过程中煤炭自燃的风险;钻孔穿过高应力区后,通过优化钻具组合,进一步提高钻孔在碎软煤层中的成孔深度。现场试验结果表明:相比于直接采用回转钻进施工钻孔,采用二级护孔钻进工艺施工钻孔平均孔深提高149%,采用三级护孔钻进工艺施工钻孔平均孔深提高114%,说明跟管护孔钻进工艺比回转钻进工艺更适合3206孤岛工作面碎软煤层钻孔施工;插接式螺旋钻杆施工钻孔成孔率高于丝扣连接式螺旋钻杆,螺旋钻进氮气辅助排渣工艺的成孔深度明显大于干式螺旋排渣工艺;?100/63.5-28 mm插接密封式螺旋钻杆及氮气辅助排渣工艺最适合3206孤岛工作面瓦斯预抽钻孔施工,平均孔深为100.6 m,成孔率为80%,瓦斯抽采效果优于其他钻具及钻进排渣工艺。

深部高应力破碎巷道钢管尾砂支架支护技术研究

为解决深部高应力破碎巷道难支护、矿山尾砂污染环境、利用渠道匮乏等问题,以锦丰金矿30中段水仓作为工程背景,在分析巷道变形特征基础上,提出以尾砂为主要填充材料的钢管尾砂支架。通过数值试验分析钢管尾砂支架、钢管混凝土支架和U型钢支架的承载性能,试验表明:同一侧压力系数条件下,钢管尾砂支架受力大致与U型钢支架相同,约为钢管混凝土支架的两倍,变形量相比于U型钢支架降低了10%~30%。在工程实践中,基于3种类型支架的支护方案,在支护完成45天后,围岩逐渐稳定,变形量没有明显地增加,巷道围岩稳定性得到有效控制。

深部破碎矿体首采进路管棚支护参数计算方法及应用

彝良驰宏毛坪矿采用下向进路充填采矿法,为确保490 m中段首采进路的安全施工及掘进迎头岩体稳定,提出一种管棚+工字钢联合支护方法。选择顶板中心区域一段作为有效计算长度,采用太沙基理论计算松散破碎岩体对管棚的荷载,将管棚简化成两端固支粱结构,计算管棚弯矩、挠度和端部反力,进行管支护参数计算。结合现场实际情况,进行不注浆超前管棚+工字钢联合支护方法,现场应用后效果较好。该种计算方法及支护方式,有助于类似采矿方法首采进路支护提供参考。

煤矿井下碎软煤层完孔筛管相位角研究

筛管完孔技术是煤矿井下碎软煤层进行瓦斯抽采的重要技术措施。针对目前完孔筛管抽采效率问题和下入筛管特点,建立了筛眼在不同相位角下的物理模型,采用数值模拟方法,分析了筛管内部流体抽采速度及抗围压强度,当筛管筛眼相位角为60°时,未见涡流减速区,流速最大且抗围压强度满足需求,并在山西某煤矿进行现场试验验证。结果表明:下入筛眼相位角为60°筛管钻孔较下入普通筛管钻孔的瓦斯抽采效果整体提升了19%左右,研究结果对煤矿井下瓦斯抽采孔筛管结构参数优化提供了一定的参考意义。

预应力管桩断桩事故分析及处理

预应力管桩成桩质量好,承载力高,基础造价低,在南方地区应用比较广泛。但在复杂的地质情况下,特别是软土地区,极易出现管桩偏位、断桩、斜桩等现象。当预应力管桩出现断桩和偏位后,该事故桩的竖向承载能力远达不到设计标准,不及时处理容易造成上部结构下沉从而引发工程质量事故。因此,及时开展对预应力管桩工程事故的分析和处理可以有效防止工程事故的再次扩大,同时可以一定程度上缩短因为工程事故耽搁的工期,对今后工程出现类似问题有较强的参考价值。文章结合了某项目预应力管桩案例,分析了预应力管桩断桩偏位的主要原因和间接原因,介绍了多种预应力管桩断桩和偏位的处理办法。

地下废弃管道破损内渗诱发地面沉降性状研究

针对地下废弃管道破损内渗诱发地面沉降的问题,通过一系列室内试验和数值模拟,提出了一种定量预测破损管道内渗引发的地面沉降量的新思路。首先,通过一系列不同工况下的室内模型箱试验,研究了破损管道渗漏位置、管径尺寸对地面沉降的影响。在此基础上,基于摩尔-库仑本构模型,建立有限元模型,模拟不同工况下的地面沉降曲线。最后,对不同工况进一步进行数值模拟,并根据模拟数据建立沉降槽模型预测地面沉降。结果表明:在内渗阶段,砂土表层沉降速率与水位下降速率呈正相关;管道破损孔位置影响沉降槽形态;数值模拟结果与实验数据基本吻合,证明了数值模拟对破损管道内渗分析的有效性;提出的沉降槽模型可以预测地面沉降量,在工程实践中具有良好的参考价值。

三软煤层巷道掘进防漏的顶预防性注浆技术研究

某矿3130巷沿着13号煤层底板掘进,13号煤层为典型的三软煤层,顶板冒落及变形量大问题较为明显,特别是3130巷掘进至1 560~1 620 m范围内时,受区域褶曲构造影响顶板破碎、裂隙发育,巷道冒顶风险更为突出。因此,提出采用注浆方式对顶板进行超前加固的预防性措施,提高顶板稳定性及承载能力。依据3130巷围岩特点并结合以往注浆经验,提出使用管棚注浆方式加固顶板岩体,并具体设计超前注浆加固技术方案。现场应用后,巷道掘进期间顶板始终保持稳定,未出现冒顶、片帮等问题,同时巷道围岩变形量整体较小,围岩变形控制效果显著。

东海某大斜度井打捞落井钻具失败的若干认识和启发

东海某大斜度井A1井在ϕ311.15 mm井眼完钻后发生了卡钻事故,爆炸切割后在上层套管内进行了侧钻,侧钻井眼完钻后又发生了断钻具事故,经过多次打捞,均以失败告终。该文从钻具组合、施工参数、软件模拟等方面简述钻具断落后打捞处理过程、分析打捞失败的原因,对该区域类似井钻井施工及事故预防及处理提出了合理化建议,可以为同类地层钻井施工以及井况处理、打捞工具及打捞方式选择提供一定的启发和借鉴。

一种大型钻井平台钻杆断裂定位旋转打捞装置及方法

钻杆断裂定位旋转打捞装置技术,是解决带钻头的钻杆打捞,避免钻杆滑落、倾斜影响工期的重要技术。根据可可盖煤矿竖井钻机装备性能特征,首先提出了使用内胀式打捞器打捞断裂钻杆的方案,经过多次尝试无任何效果,并剖析了存在以上问题的原因;其次提出了使用定位旋转打捞装置来打捞断裂钻杆的方案,并展开了现场试验,发现钻杆顺利扶正,且未脱离打滑,证明了该定位旋转打捞装置及方法是一种可行的打捞断裂带钻头的钻杆的技术工艺。

工作面过断层区顶板支护技术应用

基于裕兴煤矿15205工作面过断层期间,端面顶板出现严重破碎现象,造成工作面回采难度大、煤壁垮落严重等,威胁着工作面安全高效回采的问题,通过技术研究,对带压擦顶支护、注浆支护、单锚杆支护三种端面破碎顶板支护方案进行对比分析后,决定采用“膨胀注浆锚杆+超前管棚”联合支护技术。通过实际应用效果来看,采取联合支护技术后控制了端面顶板破碎现象,端面距由原来的1.5 m减小至0.4 m,煤壁片帮深度由原来的1.3 m减小为0.5 m,取得了显著应用成效。

回采巷道掘进过断层围岩支护技术研究

2505运输巷掘进过DF112断层期间受断层影响区煤层及围岩破碎、断层破碎带内岩体不稳定等影响,巷道容易出现大变形甚至顶板冒落问题,给巷道掘进及后续使用带来制约。在分析运输巷及断层现场情况基础上,提出通过补强、超前钢管+注浆方式对控制断层影响区破碎围岩,并对支护参数进行具体设计。现场应用后,2505运输巷过DF112断层期间顶板始终保持稳定,未有大变形或者冒落等征兆,监测得到顶板最大下沉量为115 mm,表明现场使用的支护技术措施取得较好围岩控制效果。

移动式海洋平台破舱稳性优化分析

为提高海上石油平台的安全性,对海上石油平台拖航时的的破舱稳性原理和计算衡准进行阐述,基于MOSES程序进行精细舱室建模和分析,并提出提高破舱稳性的改良优化措施和平台发生破舱后的补救措施。研究表明:这些改进破舱稳性的方法具备实际应用价值。研究成果可为移动式海洋平台设计和应急预案制作提供一定参考。

基于涡流原理PCCP断丝的无损检测方法研究

基于涡流原理,提出一种PCCP(预应力钢筒混凝土管)断丝的无损检测方法;即:将PCCP视为放大后的类似金属管道,预应力钢丝作为主体结构,检测时利用内含线圈的探头在管内形成涡流,涡流产生磁场反作用于探头磁场,引起探头内磁通量的变化。通过采集探头阻抗波动即可获取磁通量变化,分析阻抗波动过程就能够推测出PCCP预应力钢丝的损伤情况。通过电磁感应和等效电路建立关联方程,推导阻抗波动公式,并在阐述试验方法的基础之上,初步论证了该方法的可行性。

预应力钢筒混凝土管(PCCP)的破坏模式及原因分析

将PCCP的破坏模式归纳为沿环向和纵向破坏两大类,指出PCCP破坏的原因主要包括设计、制造、安装、环境和运行这5个方面,并结合几个典型的工程实例,对PCCP的破坏类型和原因进行了分析。