木寨岭深埋隧道北段地应力测量与围岩稳定性分析

基于兰渝铁路木寨岭深埋隧道工程区活动断裂调查和3个钻孔水压致裂地应力测量,获得了木寨岭隧道工程区北段的现今地应力分布特征,结果表明,北段工程区最大水平主应力为38.38 MPa,属于高地应力区;三个主应力的关系为SH>Sh>Sv,表明该区地壳浅表层现今构造活动以水平运动为主,主应力关系有利于逆断层的发育和活动;最大水平主应力优势方向为NE,反映穿越隧道北段的NWW向主要断裂带具有逆冲兼反时针扭动活动特征。根据地应力测量结果、相关理论及判据认为:隧道北段横截面形状以水平长轴、垂直短轴,且长短轴之比近似于隧道截面上侧压力系数的椭圆形为宜;隧道北段在埋深范围开挖时,硬岩具有岩爆发生的可能性,软岩具有发生严重挤压变形的背景。该成果为深入研究隧道区应力场特征,分析隧道围岩稳定性,科学设计隧道断面形状、结构和强度等工程地质问题提供了依据。

巷道内强主动支护与弱结构卸压防冲协调机制

为探索深部冲击地压巷道稳定性控制技术,解决冲击地压巷道支护与卸压之间的矛盾,以义马矿区常村煤矿21170运输巷为研究对象,依据冲击地压巷道的强弱强结构模型,采用理论分析、数值模拟、现场试验相结合,分析了强弱强结构消波吸能特性以及内强小结构破坏能量准则和弱结构吸能效应。根据钻孔破碎区力学特征理论推导了多次反复致裂中间弱结构卸压区影响因素,多次反复致裂半径与钻孔半径、初始应力、内摩擦角、弹性模量、降模量、峰值强度和致裂半径修正系数有关。通过数值模拟分析了内强小结构内置钢管支撑护壁技术对巷道围岩的强度和支护体结构完整性控制效果以及周围煤岩体的应力、位移的破坏规律。研究了内强小结构主动支护强化技术,中间卸压防冲弱结构的内置套管反复掏裂致裂方法,并通过微震能量监测验证了弱结构防冲吸能效应。研究结果表明:内置钢管支撑护壁技术在保护内强小结构不受破坏的作用下可以多次进行弱结构致裂,既防内强小结构松动圈裂隙扩展,又防止巷道支护层的整体失稳。工程实践表明:锚杆索主动支护+液压抬棚减跨强力支护+卸压防冲弱结构组成的“内支-外卸”组合技术,微震监测显示震动能量减少了50%,巷道两帮位移和顶板下沉显著较小,有效维护了巷道围岩稳定性,保证了工作面顺利安全回采。

冲击矿压巷道围岩控制的强弱强力学模型及其应用分析

根据巷道冲击震动破坏的原因和机理,建立了冲击矿压巷道围岩稳定性控制的强弱强(3S)结构力学模型,分析了该力学模型防冲抗震机理,在结构自身强度、应力转移和吸收、变形及能量耗散等方面分别表现出不同的3S特征,并推导得到了巷道支护体内强小结构发生冲击震动破坏的应力判据和能量准则。最后,对该模型在工程中的应用做了理论分析,提出要通过减小外界震源载荷、合理设置弱结构、提高支护强度等措施来防范巷道冲击矿压动力灾害。

当前我国高地应力隧道支护技术特点及发展趋势浅析

结合当今国内外不同支护技术的研究现状及发展趋势,文章分析高地应力环境引起的隧道硬岩岩爆与软岩大变形问题。研究指出:当前岩爆支护技术因受静力学因素为主导的岩爆发生机制影响,采用的支护构件普遍为变形性能较小的常规材料,且多具"被动支护"属性。而基于岩爆为动-静力耦合作用的结果及现行"喷锚网"支护体系中仅锚杆具有"主动支护"属性,最佳的岩爆支护体系应具备主动支护及释能两大功能,且以锚固构件的研发最为关键;针对软岩大变形的支护型式主要分为3种,即强支护、分层支护和让压支护。其中,强支护在挤压变形大的地下洞室中易诱发过大的围岩压力,适用条件有限;分层支护受其理论研究、分层厚度取值、层与层施作时机及对施工进度干扰等因素影响,也非最佳选择;而让压支护具备及时支护及边支边让等特性,可充分发挥围岩及支护材料的性能值,并可使两者均达到最优状态,为软岩大变形支护措施的最佳选择。

矿压监测技术在高应力软岩巷道支护中的应用

唐山某地下开采矿山-650m轨道石门和回风石门出现了不同程度的围岩变形与破坏,为此,在原锚喷支护的基础上对不同破坏地段实施了不同支护参数的联合支护。为了确保该支护方案的可靠性,对联合支护的巷道进行了矿压监测。结果表明支护方案是可靠的,为巷道支护提供了安全保障。

基于AdaBoost.R2和ELM的软测量新方法

针对软测量建模的特点提出了一种基于AdaBoost.R2和ELM的软测量新方法,该方法依据AdaBoost.R2可以提高单一学习机精度和ELM学习速度快的特点,将二者结合起来实现软测量建模.这种结合使得新的软测量方法在提高软测量模型预测精度的同时保证了软测量模型的建模速度.该方法已经应用于抚顺老虎台矿冲击地压预测中,实验结果表明其冲击地压软测量模型具有良好的预测精度.

西南某铁路隧道地质勘察中的几个问题

西南某铁路隧道全长8.5km,工程地质条件复杂,软岩变形、岩爆及涌水量的预测是本隧道勘察中需要解决的重要问题之一,通过在各勘察阶段综合采用遥感判释、现场调绘、综合勘探等方法,对隧址内工程地质条件进行了详查,查明了对隧道有影响的构造,地应力,地下水等的性质,为隧道的设计施工提供了依据.

软煤应变强度硬化冲击灾变

煤与瓦斯突出软煤层不具冲击倾向性,但在深部开采中却发生了软煤层冲击灾变动力现象.为探索软煤冲击灾变的成因,通过文献研究和工程案例实证分析,证明了软煤层冲击灾变现象的客观存在;通过煤样无侧限单轴压缩试验和冲击倾向性测定,得知试验煤样无冲击倾向性,极限载荷后单调应变强度软化;模拟工程背景现场与掘进工作面和采煤工作面中部相同的边界约束和加载条件,开展单自由度边界承压试验,考察灾变全程应力、应变、声发射特征,研究软煤冲击灾变机理.结果表明:单自由度边界条件下加载,3个煤样均出现应变强度软化-硬化-灾变过程,甚至反复软化-硬化;经应变强度硬化,灾变前煤样抗压强度均超过冲击倾向性的阈值条件;定义了应变强度软化、应变强度硬化系数,灾变前应变强度硬化系数分别为1. 26,1. 53,2. 25,应变强度硬化程度比较显著;软煤在单自由度约束条件下承压,应变硬化达到煤样冲击破坏强度条件时,可发生类似硬煤的冲击灾变,合理解释了现场软煤层冲击灾变的成因.深部高应力条件下,煤与瓦斯突出软煤掘进和开采,要对应变强度硬化导致煤层冲击灾变引起重视;工程上,这种冲击灾变的强度一般不高,但其可诱导煤与瓦斯突出或瓦斯异常涌出,危害性很高.

基于多源信息融合的冲击地压风险预警与弱结构防治技术

针对冲击地压的预警结果及预测位置离散性大等问题,研究了多源信息融合的冲击地压预警技术,建立了基于机器学习算法的多源信息融合深度预测模型。通过对冲击地压事件的分析,研究了冲击事故发生的主要原因、特点及影响因素;以煤岩的抗压强度、抗拉强度、弹性能和地应力为冲击地压预测的主要指标,建立了深度神经网络预测模型,确定不同预测指标的权重,通过大数据分析和有限数据验证,确定了模型的可应用型。以陕西某冲击地压矿井为例,对深度神经网络模型进行应用,通过现场实测验证了冲击地压预测模型的有效性和正确性,提出了构建巷道围岩弱结构防治技术吸收冲击地压能量。

应用拱顶沉降监测技术预报软弱围岩隧道突泥突水

在隧道软弱岩层中存在具有一定压力的水体会使周边围岩产生变形,因此可通过监测临近掌子面的拱顶位移速率来推测前方是否可能发生突水突泥。具体过程为通过统计已有测量的拱顶下沉速率量与突水突泥的事件发生的相关度,得出一个阈值。然后,根据这个阈值来推测前方是否可能发生突泥突水。石林软岩隧道的应用实例说明此方法具体可行,为超前地质预报提供了一个新的途径。

引汉济渭秦岭输水隧洞关键技术问题及其研究进展

引汉济渭工程是国务院确定的172项重大水利项目之一,秦岭输水隧洞是引汉济渭工程的控制性工程。针对秦岭输水隧洞施工过程中遇到的高地应力、岩爆、长距离施工通风、超长距离的贯通测量、突涌水、硬岩掘进、围岩失稳、软岩变形、高地温等问题,开展了超长隧洞岩爆预测与防治、突涌水分析和防治、施工通风、衬砌结构外水压力确定及应对、测量设计分析评估及施测精度控制分析、深层围岩基本工程特性、高地应力软岩变形及防治、TBM硬岩掘进、微震监测等关键技术研究,并提炼了主要研究成果及创新点。下一步,将对亟待解决的岩爆频发影响施工进度和硬岩大变形等问题进行重点研究。

沿空留巷调采三角煤及造回撤条件在三软、冲击地压综采工作面的应用

通过技术论证,对2北301综采工作面剩余三角煤,进行沿空留巷进行回采及造回撤条件,最大提高资源回收率,减少资源浪费,延长工作面推采时间,提高公司效益,减少对下一步开采采区煤柱冲击地压影响。

滇中引水工程香炉山深埋长隧洞主要工程地质问题

香炉山深埋长隧洞是滇中引水工程总工期控制性工程,隧洞总长62.596 km,最大埋深1450 m,具有线路长、埋深大、勘察研究范围广、地质构造背景与岩溶水文地质条件复杂、地下水环境影响敏感等工程特点。勘察期通过大范围线路比选和综合勘察测试研究,逐步选定了隧洞线路并基本查明其工程地质与水文地质条件,对隧洞高地震烈度区抗震与穿越活动性断裂抗断问题、涌突水(泥)与地下水环境影响问题、高地应力与硬岩岩爆及软岩大变形问题、高外水压力问题及穿越煤层、膨胀土特殊岩土工程地质问题等进行了深入分析,为隧洞工程设计、施工提供了可靠的技术支撑,为类似深埋长隧洞的相关研究提供参考。

深孔地应力测试在铁路隧道工程勘察中的应用

为分析铁路隧道隧址区地应力分布、发育方向、变化规律，判断隧道洞身围岩岩爆、软岩变形特征，运用单回路水压致裂法，对隧道区内施工的4个深孔进行了地应力测试工作。结果表明，隧道洞身附近最大水平主应力为12～21MPa，最小水平主应力为9．6～14．2MPa，估算垂直应力为9．6～15．4MPa；地应力特征是以构造主应力为主，三向主应力具有随深度增加而增大的趋势；隧道洞身附近最大水平主应力优势方向为NNW14°～28°，表明隧道洞身附近地应力以NNW向挤压为主，主应力方向与拟设隧道轴线走向夹角在12°～26°，对洞室围岩稳定有利。由于隧道埋深大，地应力高，构造发育，岩性构成复杂，软硬相夹，存在硬质岩产生岩爆，软质岩遇水变形的可能。建议隧道在硬质岩段施工，采用“短进尺、多循环、强支护”的掘进方法，在软质岩段施工，采用“少扰动、快封闭”的掘进方法。该研究对隧道的设计施工具有重要的现实意义。

构造发育区域地应力模拟及灾害判释研究

研究目的:随着我国路网的不断延伸,其建设区域逐渐趋向于构造发育、艰险复杂山区。伴随着强烈的构造运动,该类建设区域孕育着复杂的地应力状态。深埋工程岩体不可避免会出现岩爆和大变形现象。需要充分依托实测地应力数据,并对其进行数值模拟分析,由点及面获得工程环境的三维地应力状态。之后根据此类地区的前期建设工程对岩爆和大变形的揭示情况,对比分析勘察设计阶段数据,并提出合理有效的岩爆和软岩大变形的分析判定建议。研究结论:(1)伴随着极其复杂的应力状态,深埋隧道工程在硬岩条件下极易发生岩爆,在破碎软弱围岩条件下极易发生软岩大变形;(2)基于代表性的地应力测试结果,采用数值模拟的方法对场地的地应力场进行反演分析是全面分析场地地应力特征的一种有效可行的方法;(3)基于有限的地应力测试数据,依托该区域的地质勘察资料,结合地形地貌及地层岩性和相关构造,以有限元方法为基础,构建数值模型,最终获取了隧址区的三维地应力数据,经过模拟数据与实测数据的对比分析,验证了数据吻合度较高,同时揭示了隧址区的地应力发育特征;(4)岩爆及大变形的分析研判需结合实际工程实施后的经验数据进行适当修正,通过对比分析施工阶段实际揭示与勘察设计阶段的预测结果的差异,提出了更接近工程经验的分析判定标准以供后续类似项目勘察设计参考,以期合理控制工程风险和工程投资。

高地应力下岩体的破坏特征分析

结合工程实践经验,对高地应力下岩体的破坏特征进行了分析研究,研究发现,其破坏分硬岩和软岩两种,硬岩下有时会发生岩爆,软岩下可能会发生挤压大变形,都给施工造成了困难,指出在施工中都要对高地应力进行逐步释放,并做好施工辅助措施,以确保施工安全。

高地压隧道卸压槽与柔性支护防冲击地压技术

冲击地压是深部井巷工程最严重的自然灾害之一。通过在完整的巷道底板开凿卸压槽,人为地形成应力集中点,并在卸压槽内充填和巷道表面喷涂新型柔性材料,使开巷道施工过程中岩石中聚集的压能得到逐步释放,从而避免了破坏性冲击地压的发生,表明卸压槽与新型柔性材料相结合的工艺对防止巷道冲击地压是非常有效的工艺。

弱胶结软岩斜井支护形式及监测方案研究

鉴于红庆梁矿主斜井随着掘进深度的不断增加,主斜井顶板、两帮均出现不同程度的渗水现象,尤其是底板部分出现了大量的涌水使得掘进速度变慢,围岩遇水软化,施工难度大,提出了树脂锚杆+注浆锚杆+金属网+喷射混凝土封闭式支护形式,并阐述了具体的支护措施,指出该支护形式机械化程度高、施工速度快、综合效益好,可用于能注入浆液的砾岩层。

综采工作面智能化在三软、大倾角、冲击地压煤层中的应用

大兴公司针对煤层及顶底板"三软"、大倾角的特点,按照"机械化换人、智能化减人、智能化少人"要求,积极开展推广新工艺、新技术,经调研结合本单位实际情况决定在3212工作面装备、使用智能化一次采全高综采采煤工艺。

白云隧道深埋高应力段施工技术

结合白云隧道在高应力段遇到的岩爆和高应力软岩变形情况,阐述岩爆和软岩变形的机理,总结深埋白云隧道高应力段遇到的岩爆和高应力软岩变形段落的施工技术,为类似长大隧道高应力段遇到的岩爆和高应力软岩变形段的施工提供借鉴。