软土地层双洞口顶管接收井下沉力学特性研究

相较于常规沉井,顶管接收井几何形式的差异对结构受力、变形的影响规律尚不明确,亟待对此展开深入研究。以武汉市某排水顶管工程矩形接收井为依托,对沉井结构受力及下沉姿态开展现场监测,并利用数值模拟进行了对比验证和拓展研究。结果表明:预设顶管接收洞口引起的结构局部刚度降低,会导致结构在初沉阶段受弯效应增强,从而使接收洞口附近的内层钢筋压应力减小并使钢筋转向受拉状态,并且在下沉后期加剧该处钢筋应力变化幅度;因沉井外壁摩阻力增大而产生的附加应力叠加弯矩作用,使结构内、外层纵向钢筋沿井壁厚度方向的内力分布不均。对软土地层进行土体加固,有利于提高顶管接收井结构稳定性和顶管机头接收精度。

基于孔间直流电透视的煤层底板采动破坏电阻率时移变化规律与机理

煤层采动过程中,底板应力状态的改变会产生变形与破坏,而不同煤层采动过程中底板破坏具有一定的规律。目前基于直流电阻率法的煤层底板水害监测主要集中于底板变形与破坏的电阻率响应特征上。为了研究工作面回采过程中煤层底板的电性时移变化特征,采用孔间直流电透视观测系统和时移电阻率反射系数法,通过数值模拟和现场试验揭示了煤层底板采动破坏电阻率时移规律。首先,针对典型地电模型,对比单独反演和时移电阻率变化率的结果,验证了孔间直流电透视时移方法的可靠性。然后,针对煤层底板采动破坏,分析了采动过程中底板承压水导升与底板破坏带的电性响应规律与特征,并讨论了时移电阻率反射系数确定煤层底板破坏深度的可行性,为野外施工提供理论依据。最后,通过现场监测试验,获得工作面回采过程中煤层底板的电性变化特征,并采用时移电阻率反射系数R确定了工作面底板岩层的破坏深度为15 m。结果表明:利用孔间直流电透视法获得的煤层底板采动破坏电阻率时移特征可在一定程度上消除了监测数据中的地层因素和随机噪声影响,且时移电阻率反射系数可用来确定煤层底板破坏深度。该方法将探测目标从单一的研究地质异常转换到对煤层采动过程中工作面底板破坏的全生命周期动态监测,进而实现了工作面底板结构破坏的精细刻画。

船闸深孔反弧门实时在线监测技术应用研究

针对船闸输水系统工作反弧门长期在深孔动水条件下频繁启闭,给船闸安全运行造成安全隐患,提出一种深孔反弧门实时在线监测技术方案。为掌握深孔反弧门运行情况,将已密封好的应变及倾角等传感器布置在闸门上,再利用钢丝网架胶管将采集信号输送至在线监测系统。监测系统实时进行反弧门在线监测与数据显示,并实时分析结构应力、运行姿态及启闭力,根据分析结果,给出不同等级报警信息及相应的处置建议,提示运行操作人员对反弧门采取对应措施。对广西大藤峡水利枢纽船闸反弧门实施实时在线监测,测试数据表明实施的反弧门实时在线监测系统是可靠稳定的,证明将实时在线监测技术应用于深孔且动水频繁启闭的闸门是可行的。

基于“两带”探查技术的顶板水害危险性分析——以伯方煤矿为例

应用钻液漏失量观测、岩芯采取统计、钻孔电视观测和钻孔电阻率动态监测等多种“两带”探查技术方法,对伯方煤矿3煤开采的覆岩导水裂隙带发育特征进行研究,分析3煤采动影响下的顶板水害危险性。研究结果表明:3213工作面导水裂隙带发育高度为87.66 m,发育至K9砂岩含水层;垮落带发育高度为22.61 m,发育至2煤下部K8砂岩含水层。3313工作面垮落带最大高度为煤层顶板20~21 m,至2煤顶板砂岩含水层;导水裂隙带最大高度为煤层顶板83~87 m,至K9砂岩含水层。由此计算得出的垮落/采厚比为3.58~3.76,裂缝/采厚比为14.85~15.56。3煤回采产生的导水裂隙可造成二叠系下石盒子组和山西组砂岩含水层与3煤采空区的连通,含水层地下水岩导水裂隙向下渗流,增加了顶板水害的风险。建议矿井严格落实顶板水害防治的相关要求,降低采动裂隙对矿井正常生产的影响。

地应力监测孔钻进效率统计与分析研究

随着地应力监测台站的不断建设,地应力监测孔钻探施工技术在实践中不断得到改进。本文简要介绍了地应力监测孔的钻探技术要求、钻探设备选型及钻进工艺,对施工完成的地应力监测孔的钻进时间和钻进效率进行了系统的统计和分析。通过分析研究,总结了影响地应力监测孔钻进效率的几个因素,包括监测孔选址、钻进过程管理、钻进工艺和试验配合等。并针对这些影响因素,提出了通过强化钻进过程管理、利用技术套管和分级扩孔等关键技术、加强开孔和测斜等重要环节的技术管理、做好试验配合等措施提高钻进效率的建议,为今后实施类似钻探工程项目提高钻进效率提供了参考依据。

有限空间新建设施基坑开挖沉降特征及小变形控制

针对有限空间新建基坑变形控制难题,采用理论分析、数值推演和工程实践相结合的研究方法,建立了考虑应力释放的有限空间夹持力学模型,推导了夹持应力与地层损伤因子的函数关系,研究了应力释压孔对有限空间地层应力的影响特征,提出了变形支挡–应力阻隔一体结构控制方法,并通过北京科技大学工程实践基地(二期)验证该方法的有效性.结果表明,地层损伤因子与夹持应力呈线性负相关关系,随开挖深度逐渐增大,布设释压孔可有效降低有限空间夹持应力,释压孔有利于调整地层夹持应力和控制地层变形,变形控制率为33.48%~58.72%,且变形支挡–应力阻隔一体结构控制方法的水平变形控制率为28.57%~37.91%,地层沉降变形控制率为36.86%~54.26%,与数值模型计算结果趋势相同,论证了理论分析和数值推演结果有效性,为有限空间基坑稳定性控制提供数据支撑.

基于数字孪生的航空壁板制孔位置实时监控研究

航空壁板盲制孔过程中,因受夹具装夹的影响,壁板产生一定量的变形。为了能够实时获取并显示壁板变形后的制孔位置数据,驱动机械臂到达精确的制孔位置,基于“虚实结合,以虚控实”的思想,提出一种基于数字孪生的航空壁板制孔位置实时监控系统。搭建基于数字孪生的五自由度机械臂制孔状态监控系统结构模型,阐述系统的架构;对数字孪生系统框架的关键技术进行分析;最后,以实际五自由度机械臂制孔为例,对搭建的数字孪生制孔系统的可靠性进行验证。结果表明:该数字孪生制孔系统具有良好的稳定性与有效性。

采煤沉陷区立体化调查监测技术体系研究

采煤沉陷带来耕地受损、生态破坏和地灾隐患等一系列问题,开展采煤沉陷区调查监测,识别沉陷范围、预测沉陷边界、监测沉陷速率,有利于及时掌握沉陷地类、沉陷机理和稳沉状态,为耕地保护、生态修复及灾害防治等工作提供参考。本文通过合成孔径雷达干涉测量(Synthetic Aperture Radar Interferometry,InSAR)、微动勘探实测数据和沉陷区地层相近区域的地面沉降光纤孔监测数据研究皖北某煤矿沉陷区边界和采空区,结果表明:以10 mm为界线,利用InSAR可以快速划定沉降边界;通过微动勘探实测数据发现1000 m深度煤系地层的横波速度比正常地层低25~50 m/s,InSAR结果也显示该区域出现了地面沉降;分析收集到相近区域12组光纤孔监测数据,77.7~200 m深度段地层为主要变形区域,压缩量约为163.77 mm,数据频率能达到分钟级。由此可见,基于InSAR、微动和光纤孔监测三种方法实现多源异构数据耦合,能够在“高潜水位、中厚煤层、千米以深”的采煤沉陷区达到“由表、及里、实时”的立体化调查监测效果,构建立体化调查监测技术体系存在可行性。

棉花播种监测系统设计与试验

针对新疆地区棉田在播种过程中,因穴播器取种、排种不畅产生的棉种漏播问题,设计了一种准确监测穴播器取种状态的监测系统。系统选用STM32单片机作为主控制器,激光对射型传感器和霍尔传感器作为监测元件,获取穴播器的取种信息,计算出播种总数和空穴率并传输到人机交互显示屏上,同时通过GPRS通信模块将播种数据实时上传到远程服务器。搭建棉花取种信息监测试验台,并通过田间试验验证系统的稳定性和精度。台架试验结果表明,在穴播器转速为30~45 r·min^(-1)时,合格穴数的监测精度不低于98.09%,空穴数的监测精度不低于95.69%,监测系统的精度完全满足工作需求。田间试验结果表明,在拖拉机行驶速度为2.5~3.8 km·h^(-1)时,合格穴数的监测精度最低为95.06%,相比台架试验下降了3.03百分点;空穴数的监测精度最低为91.89%,相比台架试验下降了3.80百分点。将系统监测和人工监测的样本数据进行F检验,系统监测与人工实测的合格穴数和空穴数的F值0.975(7.15),P0.05值>0.05,表明系统监测的数据与人工监测的数据无显著性差异。该监测系统在田间作业过程中有较高的稳定性和精度,能够满足棉花精量播种的取种状态监测要求,对棉花的增产增收具有重要意义。

超大直径泥水平衡盾构隧道下穿城区商业体沉降控制

以北京东六环改造工程超大直径泥水平衡盾构段下穿欢乐宋商业体为背景,建立隧道下穿过程数值模型,探究在不同的掌子面泥水压力、注浆压力、深孔注浆地层加固措施下建筑基础的沉降规律。深孔注浆措施对大体积建筑沉降控制效果显著,掌子面泥水压力与注浆压力对沉降控制的效果相比深孔注浆较小,建议软弱地层下穿既有建筑采用深孔注浆加固,辅之适应地层深度与地层物理性质的掘进参数。

充填钻孔轨迹控制与套损实时监控技术研究

充填钻孔作为矿山尾砂充填系统的核心通道,一旦发生堵塞,恢复难度大、成本高。因此,如何延长充填孔使用寿命已成为制约矿山尾砂治理、推动绿色矿山建设的重要挑战。钻孔偏斜率是影响充填孔套管寿命的最关键因素。因此,开展了小顶角高垂直度孔轨迹随钻监控与微拐点导向技术研究,同时研发了基于光纤光栅应变传感器的套管损坏实时监测系统,为提高充填孔成孔效率与质量,实现孔内套管损前预警与治理,延长充填孔寿命提供了有益参考和借鉴。

基于小孔扩张理论的顶管施工扰动分析应用

针对顶管穿越施工扰动影响问题,依托某污水处理厂顶管下穿箱涵工程,基于岩土介质小孔扩张理论采用MATLAB平台对顶管-土-箱涵相互作用进行编译计算,考虑不同开挖面支撑力和不同顶管埋深,分析顶管施工引起的既有箱涵结构受力和位移变化。结果表明:顶管施工导致的箱涵附加竖向位移及弯矩沿顶管轴线左右对称,箱涵附加应力以顶管轴线为中心向两侧递减;随着顶管埋深和开挖面支撑力的增加,既有箱涵的最大位移、应力以及弯矩逐渐变小。根据顶管埋深,选择合适的开挖面支撑力,可有效降低顶管施工对既有箱涵的施工扰动。同时通过现场实测数据分析,验证顶管穿越地层及构筑物变形的理论分析与现场实测规律的一致性,拓宽小孔扩张理论在顶管工程领域的应用。

上向大倾角钻孔内监测传感器安装固定装置研制与应用

为确保监测传感器在上向大倾角钻孔内稳步推送与有效安装固定、提升监测效果并保障作业安全,研制了上向大倾角钻孔内监测传感器安装固定装置,采用子弹头式导向结构与弹簧+尖头倒爪的固定结构。应用结果表明:配置该装置后监测传感器在上向大倾角钻孔内实现了定向推送,推送过程中无下坠情况,确保了作业安全;传感器安装完成后最大滑动距离仅为0.06 m,实现了监测传感器全耦合式固定与有效安装。该装置优化了传感器孔内安装工艺并节约了生产成本,为确保煤岩动力灾害超前在线监测效果提供了支撑。

深孔爆破断顶技术在深井冲击地压防治工作的研究与应用

针对冲击地压影响范围广、破坏能力强、发生频率高、防治难度大的问题,以李楼煤业1303工作面为工程背景,根据相关要求和现场情况制订了合理的断顶爆破工艺和钻孔布置方案。根据微震监测、应力监测和来压步距观测对1303工作面断顶卸压效果进行考察,实验结果表明:10^(4)J及以上能量事件频次下降明显,10^(3)J及以下能量事件频次增加,单位进尺释放能量值下降幅度达40.77%;预警总次数下降了33.33%,预警位置集中在距离断顶孔0~1.5、6.0~6.5 m区域;周期来压步距同比下降5.1%,平均围岩变形量同比减小40.9%,达到了破坏顶板完整性、缩短顶板悬顶长度、减小来压步距,以及释放岩层弹性能的目的,说明针对该工作面采取的卸压防冲技术效果明显,可以有效降低工作面的冲击危险性。

基于循环神经网络的深孔钻削镗床刀具振动监测

为克服刀具状态监测缺陷,采集得到加工期间产生的振动以及声音等多种音频信号,通过平衡样本训练深循环神经网络(RNN)。利用深孔镗床开展模型验证,分析刀具状态的变化情况。研究结果表明:为实现模型监测效果的验证分析,利用深孔镗床完成模型的测试。测试结果达到了98.4%的准确率,获得了理想监测效果。相比较模糊PID与BP神经网络,采用循环神经网络进行处理时除了可以实现降噪功能以外还能够有效保留信号本身的有用信息。

基于上软下硬地层开挖风险处理及效果评价分析

乌鲁木齐地铁1号线下穿老城区,地质条件复杂,开挖过程中岩层交接处伴有涌水含泥带砂的情况,存在较大范围的拱顶粘性土和角砾层,下部风化岩层的围岩分布,施工或处理效果不佳,会造成地面沉降过大、地面坍塌,建筑结构沉降不均匀等环境影响。以南门站~北门站区间为例进行讲解,通过采取上半断面深孔超前注浆、初支后径向注浆、地面钻孔注浆加固、监测预警等措施,确保了开挖面的稳定性,取得了较好的施工效果。

预裂爆破孔间距设计在冲击地压防治中的应用

伊化矿业30209工作面在回采期间出现强矿压显现现象,为解决强矿压显现的问题,引入顶板深孔预裂爆破手段进行卸压。以理论推导为基础,分析96 kg炸药爆破时裂隙区的范围,结合数值模拟手段对孔间距为8 m、10 m及15 m分别进行模拟,研究不同孔间距下的塑性区发育范围,并将新的参数设计方案在现场进行试验。通过微震监测数据统计结果,对比不同孔间距时的卸压效果,验证了设计的参数方案具有更好的卸压效果。

化工装置厂区防渗注浆关键技术研究

近几年来,国家对环境保护越来越重视,而化工装置厂区内危险源众多,如液氨、柴油、甲醇等,一旦泄露将对地下水资源和土壤等造成不可逆转的破坏,因此,对化工装置厂区进行防渗处理将是一种必然趋势。由于装置厂区建构筑物较多,特别是已建装置厂区,进行防渗处理时可采用的处理方法受限,强夯、土工铺膜、挤密桩等因为施工工艺的限制均不能进行施工,而注浆由于施工简单,作业面小,在调整钻孔注浆角度后可直接在装置下注浆,且注浆后防渗效果较好,能起到预期的防渗效果,因而化工装置厂区防渗注浆施工会在以后的施工中越来越被社会所认可并广泛采用,具有良好的发展趋势。此文通过对化工装置厂区内防渗注浆关键技术的研究,为今后类似的防渗注浆工程施工提供了理论依据和技术支持。

海上深层潜山长裸眼地层测试技术

为安全高效评价渤海油田深层潜山油气藏,从长裸眼段测试工艺、管柱、安全控制、压井技术等方面开展了细化研究。通过对比不同工艺优选出了“坐套测裸”+“生产测井”潜山测试工艺;引入RD试压阀与RD旁通替液阀,优化试压替液一体化测试管柱,在传统测试管柱的基础上增加了试压、替液的功能;选用PDF-HSD无固相测试液体系,引进含砂实时监测装置,通过控制压差有效地控制地层出砂;引进有毒有害气体实时监测技术并在流程中加装实时除硫装置,达到安全监控及除硫的目的;长裸眼段测试压井技术有效保障了施工后的井控安全。经渤海油田3口井应用,有效保障了作业安全,均达到工业油气流,成功获取地层测试资料,顺利评价所在区域油气藏。该技术为类似深层潜山长裸眼储量解放提供了借鉴思路。

基于马坑铁矿深部开采的地下水动态监测完善方案

为解决马坑铁矿深部开采地下水监测存在检测效果不佳的问题,根据水文观测孔布置原则及涌水量实际监测需要,通过新增7个水文观测孔、5个涌水量观测站,并结合原有水文观测孔,建立了地表与井下联合的地下水自动监测系统,实现了对矿区地下水动态变化的实时监测,为矿区防治水提供可靠预测预报基础。