Theory and application of rock burst prevention using deep hole high pressure hydraulic fracturing

In order to analyze the mechanism of deep hole high pressure hydraulic fracturing, nonlinear dynamic theory, damage mechanics, elastic-plastic mechanics are used, and the law of crack propagation and stress transfer under two deep hole hydraulic fracturing in tectonic stress areas is studied using seepage-stress coupling models with RFPA simulation software. In addition, the effects of rock burst control are tested using multiple methods, either in the stress field or in the energy field. The research findings show that with two deep holes hydraulic fracturing in tectonic stress areas, the direction of the main crack propagation under shear-tensile stress is parallel to the greatest principal stress direction. High-pressure hydraulic fracturing water seepage can result in the destruction of the coal structure, while also weakening the physical and mechanical properties of coal and rock. Therefore the impact of high stress concentration in hazardous areas will level off, which has an effect on rock burst prevention and control in the region.

嵌岩低桩承台锁口钢管桩围堰设计与施工技术

昌九高铁扬子洲赣江公铁大桥西支主桥为(48+144+320+144+48)m无砟轨道钢箱桁组合梁斜拉桥。桥塔墩位于通航河道内,桥位处河床覆盖层浅,基岩强度高,基础由大直径钻孔桩和矩形嵌岩低桩承台组成,承台采用锁口钢管桩围堰施工方案。G33号主墩围堰平面设计尺寸54.56 m×28.52 m,锁口钢管桩采用Q345B材质∅1020 mm螺旋钢管,长28 m,钢管桩之间采用C-T形锁扣连接;围堰设置4层内支撑,单层内支撑设3道对撑,内支撑四角设型钢斜撑;基底设置混凝土垫层参与围堰结构受力。围堰采用XR360旋挖钻机在岩层中引孔,孔内换填细砂后插打钢管桩,钢管桩壁内、外两侧换填砂采用高压旋喷注浆加固。围堰设置智能化监测系统,对围堰受力、变形等进行实时动态监控。实践证明,该桥围堰结构安全可靠、止水效果良好、施工快捷高效。

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。

坦桑尼亚坦噶港老码头改造关键技术

坦桑尼亚坦噶港老码头改造工程面临深厚泥炭质土软基、改造空间受限以及老码头严重破损等不利条件。采用适用于深厚泥炭质土软基的后板桩接岸式高桩码头结构,采用高压旋喷桩对码头岸坡进行加固,确保码头结构的安全性;采用Plaxis 3D有限元数值分析方法对水泥土桩的内部和外部稳定性进行复核;针对高有机质土中的高压旋喷桩的成桩质量难控的问题,采用降低浆液压力、采用复喷工艺、降低浆液水灰比、外掺石膏等措施提升了旋喷桩的成桩质量。

深厚泥炭质土软基条件下的老码头改扩建

泥炭质土因其有机质含量高、含水量高、压缩性高、强度低、固结慢等特点,加固处理难度较大,严重危害工程安全。依托某境外老板桩码头改造项目,针对其存在深厚泥炭质土软基、堆场面积狭小、老码头结构破损严重、改造空间受限、边改造边运营等突出特点,拟定多种改扩建平面和结构方案。从码头运营、结构可靠性、经济性和施工难度等方面分析各方案优缺点,最终提出适应深厚泥炭质土软基条件下老码头改扩建工程的推荐方案,并分析了施工过程中关键技术难点及注意事项,可为类似工程提供借鉴。

极高水压下微裂隙竖井井底车场硐室堵水注浆施工关键技术——以大瑞铁路高黎贡山隧道1#竖井为例

为有效解决极高水压下微裂隙狭小硐室安全掘进中突水淹井的施工难题,依托大瑞铁路高黎贡山隧道1#竖井井底车场硐室超前堵水施工,针对竖井极高水压(7.6 MPa),地层蒙脱石含量高、可注性差,井底排水能力有限,注浆堵水难度大、要求高等特点,在钻注设备选型配套和设备拆卸吊装、极高水压防突措施、超前堵水启动和结束标准制定等方面进行现场试验研究与应用,得出以下结论:1)提出极高水压下微裂隙深大竖井井底车场超前堵水注浆“合理步距、封堵水流;由外到内、环环相扣;间隔跳孔、锁定水源;增加补孔、局部加强”的原则;2)定制大功率窄体履带式液压钻机并配置无级变速超高压低流量双液泵,满足狭小空间钻机反复拆、吊快速安全施工;3)采用溶液型的改性脲醛树脂,以2~3倍静水压力作为注浆终压,有效解决了地层可注性差的问题,达到了较好的堵水效果;4)通过原位压水试验预测前方涌水量并结合井内实际抽排能力,明确“以堵为主、限量排放”的治水原则,利用钻孔压水试验计算渗透系数并以此来制定超前注浆启动标准,以达到注浆效果的渗透系数确定堵水结束标准;5)确定注浆最优循环长度为25 m,综合施工效率达到最高。

大巷高位爆破切顶控制综采工作面采动压力方案研究

山西长榆河煤业在回采15号煤层时采动动压和采空区岩层移动均对东翼胶带大巷和东翼辅助运输大巷有较大的压力显现,出现顶板下沉、底鼓、两帮收敛、工字钢棚变形等现象。针对这一问题,为了保证该矿东采区15108工作面安全顺利开采,决定进行切顶卸压工程。通过分析研究,决定在东翼辅运大巷进行超深孔高位切顶爆破,并对关键层、爆破钻孔布置和参数等进行了研究设计。实践表明,设计的切顶爆破方案实施效果良好,工作面的回采动压被有效阻断,回采期间几乎没有压力显现。

高压旋喷桩在深基坑止水帷幕中的应用

在深基坑中项目,尤其在大型和高层建筑中,深基坑支护施工是极为重要的环节;其防止水渗漏更是施工中最应当注意的问题,也是地下工程建设中最重要的问题之一。本文主要论述高压旋喷桩在深基坑止水帷幕中的应用。

高压旋喷型圆形复合支护桩在深厚填土质斜坡工程中的应用及探讨

以某市政道路项目为实例,阐述了普通圆形支护桩在深厚填土质斜坡实施过程中遇到的刚度不足及塌孔等问题,提出了一种较为稳定可靠的高压旋喷圆形复合支护桩。该结构主要由高压旋喷复合土及钢筋混凝土圆形支护桩组成,为桩土复合支护结构,由高压旋喷固结体及圆形支护桩一起承担水平土压力,具有防止垮孔,提高支护桩刚度及桩周土体物理力学指标等优点。在分析复合型支护桩受力特征基础上,通过理论推导,得到桩截面刚度提高公式。应用结果表明:采用高压旋喷型圆形复合支护桩可以有效提高桩身刚度,减小支护桩使用阶段水平位移,同时解决了桩基施工过程中垮孔问题,对填土斜坡上的支护桩有一定的普适性。

软土地层高压喷射注浆挤压效应研究

高压喷射注浆在软土地层中会产生显著的挤压效应,控制和利用高压喷射注浆挤压效应有重要意义。引用高压喷射挤压效应圆孔扩张分析模型,提出面积置换率暂估计算公式,对比分析两个现场试验案例实测结果与理论计算结果,验证理论模型的适用性,研究软土地层高压喷射注浆挤压效应发展变化规律。模型计算与现场实测所揭示的挤压效应变化规律基本一致,表现为随着与高压喷射中心点水平距离的增加土层径向位移、超孔隙水压力及土层应力均逐渐减小,减小速率呈由大变小的状态。研究还表明挤压效应的影响距离与地层性质和面积置换率有关,土层饱和度的提升会提高挤压效应超孔隙水压力在总应力中的占比,提出了高压喷射注浆挤压效应控制和利用措施建议,为相关研究和工程应用提供参考。

高应力坚硬顶板深孔爆破卸压及见方效应分析

高应力坚硬顶板条件下工作面推进至采空区见方,极易引起上覆岩层结构失稳,诱发顶板事故。顶板深孔爆破是高应力坚硬顶板卸压的重要手段,目前顶板深孔爆破对见方区卸压的影响研究不足。以余吾煤矿N2107工作面坚硬顶板为工程背景,开展顶板深孔爆破技术,采用微震监测、钻孔应力、钻屑监测等方法评价两次采空区见方的卸压效果。结果表明,顶板深孔爆破对坚硬顶板卸压起到积极作用,两次采空区见方期间微震监测未出现大能量事件,钻孔应力监测和钻屑监测稳定在安全值范围。采空区见方表现出见方效应的压力显现特征,局部区域微震事件能量接近预警值,钻孔应力保持上升趋势。在此基础上,提出了采空区见方的卸压优化建议,以确保及时掌握动压信息,提高卸压效果。

高压旋喷桩双轴技术在深基坑工程的应用

文章分析了高压旋喷桩双轴技术的应用特点,讨论了高压旋喷桩双轴技术的应用要点,内容包括前期准备工作;测量放线定位;钻机就位安装;制备水泥浆液;进行钻孔作业;高压浆液喷射;提升喷浆管;进行补浆作业;废弃浆液处理等,通过研究高压旋喷桩双轴技术易出现的问题及处理措施,旨在加快深基坑工程施工进度,保证深基坑工程作业质量。

深立井大水工作面注浆堵水技术

结合山东菏泽龙固煤矿主井井筒在穿过高压、大水量含水层时的现场工程条件,提出了注浆堵水综合治理方案。方案采用"一个关键,四条原则"的设计施工方针。利用综合超前预报手段为先导,确定含水区域的位置、水量与裂隙通道的分布情况。为确保井壁和注浆安全,先进行井壁和止浆垫外围注浆,在井壁周围形成帷幕后再进行工作面注浆。对高压、大水情况下的注浆,采取"分次注浆,逐步降水"的方案。同时对分次注浆、钻孔布置等注浆技术参数的设计依据进行了阐述。总结了集"地质分析、综合探测、理论设计、施工反馈"于一体的注浆设计理念和技术经验,不仅成功封堵了涌水,而且对注浆施工期间的安全控制有显著效果。

煤层瓦斯压力测定中的钻孔注浆新技术研究

为简化复杂地质条件下测定煤层瓦斯压力的工序并提高高压注浆的成功率和可靠性,以达到准确、快速测量瓦斯压力的效果,基于胶囊注水封孔器的原理和特性及高压注浆的现场情况,提出了一种新型的注浆方法。通过钻孔注浆模型的建立和数值分析、模拟,发现新式注浆工艺可满足10 MPa的注浆压力,能有效封堵钻孔中的裂隙。现场对比实验证明新式注浆方法较传统注浆方法减少了工序,提高了安全性和可操作性,节省时间约35 h。新型注浆方法在复杂地质条件下可提高测压工作整体的效率。

井下增压超高压射流钻井技术研究进展

随着浅层油气资源勘探开发程度越来越高,深层油气资源成为中国油气资源战略接替的重要领域。而深井、超深井钻井勘探过程面临钻速慢,成本高等亟待解决的问题。应用超高压喷射钻井技术来提高深井超深井钻井速度是一种行之有效的方法,而实现超高压射流最主要的工具是井下增压器。通过国内外文献调研,主要介绍了国内外井下增压器工艺和增压机理以及超高压射流辅助破岩机理的研究进展,指出了前人研究的不足或尚未完善之处,在此基础上指出了井下增压器及其超高压射流辅助钻井破岩机理的研究方向。

岩土锚固技术的新进展

论述了我国岩土锚固技术的新进展 ,分析了单孔复合锚固体系和可重复高压灌浆锚杆的工作特点和应用效果 ,介绍了高承载力锚杆在水利、水电工程中的应用。

深部裂隙煤岩体变形破坏机理及高压注浆改性强化试验研究

为了对深部高应力裂隙煤岩体变形破坏特征及改性强化机理进行研究,首先采用小孔径水压致裂法对埋深500 m左右和1000 m左右的地应力分布特征进行现场实测研究,以此为基础对比分析了不同埋深条件下地应力分布特征、煤岩体破裂强度及典型裂隙分布发育特征,拟合得到了不同埋深条件下裂隙煤岩体摩尔强度包络线公式。采用数值模拟方法对比研究了不同埋深不同应力水平条件下煤岩体不同角度裂隙变形破坏特征。根据裂隙扩展应变能释放率与能量吸收率间的关系,探讨了影响深部裂隙煤岩体改性强化的主要影响因素。通过建立裂隙悬臂梁力学模型,采用格里菲斯裂纹扩展破坏准则分析了裂隙扩展临界载荷和裂隙不同角度间的关系。基于现场实测及数值模拟研究结果,通过对不同埋深煤岩体破裂强度的统计分析,结合煤岩体改性强化的工艺及装备要求,提出了深部裂隙煤岩体改性强化的基本原则及临界值范围。基于上述研究成果,在千米深井工作面巷道进行了现场试验,得到了裂隙煤岩体改性强化高压注浆全过程改性压力曲线。通过对裂隙煤岩体不同改性强化阶段浆液扩散特征的分析,最大注浆改性强化压力为30 MPa,一般为15~20 MPa,与提出的改性原则相符。通过现场取样表征分析、实验室扫描电镜对尺度2~20μm浆液固结体特征进行对比分析,采用纳米压痕试验对浆液固结体和煤岩体的界面弹性模量效应进行了分析,从宏观到微观验证了裂隙煤岩体改性强化效果良好。

深埋洞室群围岩渗流场分析及渗控效果初步评价

采用三维有限元精细模拟技术,对某抽水蓄能电站工程复杂渗流场进行计算,重点研究了深埋高压输水隧洞和岔洞钢筋混凝土衬砌开裂状态下洞室群围岩的渗流场分布特征。研究表明,在高压岔洞下游侧高压支管区设置防渗帷幕和排水孔幕组合防渗体系,对衬砌开裂状态下的高压渗水有显著控制作用,使该区域渗控效果基本满足要求,为下游厂房长期安全运行提供了保障。

千米深井复杂地质条件下煤层瓦斯压力测定

为了准确测定千米深井中煤层瓦斯压力,对现行钻孔封孔工艺的优缺点进行了分析,并把这些封孔工艺的优点结合起来,提出了三次注浆封孔工艺技术,结合主动测压技术,可快速准确地测定煤层瓦斯压力。该技术在梁宝寺井田进行试验,成功测定了梁宝寺井田的煤层瓦斯压力,对梁宝寺井田的瓦斯治理提供了理论依据。

深部高压水害隐患探测的井下电磁法技术

在煤矿深部高压水害隐患探测中,井下电磁法发挥着独到的作用。介绍了井下直流电法、井下高密度电阻率法、电透视法、井下瞬变电磁法的工作原理和施工方法,以及顶底板探测、侧帮水害隐患探测、回采工作面水害隐患探测及独头巷道超前探测的效果。结果表明,矿井电磁法对含水低阻体敏感,与探测目的层或地质体近距离接触,对导含水体具有较高的分辨能力,是探测采煤工作面突水隐患的有效方法。