Application of 3-D Parallel Electrical Technology Detecting the Water-Rich Areas

Coal working face is damaged more and more seriously by water below the coal face floor. Therefore, floor water detection is a must in the process of extraction. This article aims to introducing application and principle of the two-gateways parallel 3-D electrical technology and the arrangement of the observation system. The authors use this method to detect the water under the floor of a mine in north of Anhui. The results show that the two-gateways parallel 3-D electrical technology can accurately locate the water-rich areas, providing the basis for drilling drainage and grouting construction.

环向排水盲管间距对富水区隧道衬砌水压力的影响

隧道环向排水盲管纵向间距设置过大会导致衬砌结构承受较大的水压力,设置过小则会导致排水过量、威胁隧址区生态环境。建立富水区隧道三维流固耦合模型,研究了设置环向排水盲管条件下衬砌水压力分布特征,引入平均卸压系数来分析环向排水盲管间距对衬砌水压力的影响。进一步提出在仰拱下方设置排水洞的体外排水方法,可有效降低高水压富水隧道衬砌底部水压力。研究结果表明:(1)二次衬砌水压力在环纵向排水管位置处最低,相邻环向排水盲管间衬砌水压力分布沿隧道纵向方向呈周期性变化。(2)衬砌最大水压力出现在仰拱中心位置,可在仰拱处设置泄水孔或排水管以降低仰拱水压力。(3)环向盲管的强影响区约为环向盲管两侧1 m区域。(4)隧道稳定排水量随环向盲管间距减小显著增加。富水区隧道环向排水盲管间距的设置需要综合考虑衬砌水压力和运营期排水系统的排水能力。

富水深厚砂层中深大基坑封底加固效果模拟分析研究

针对富水深厚密实砂层中基坑的防渗和稳定性问题,多采用封底技术进行止水加固。以北京城市副中心站综合交通枢纽工程为背景,根据有限元模拟结果对比分析了封底止水加固前后基坑的防渗效果和变形特征,并通过数值模拟进一步探讨了加固厚度和承压水压力对止水加固效果的影响。结果表明,封底止水加固显著提高了基坑的防渗性能,降低了基底的隆起和地下连续墙的侧向变形。加固厚度和承压水压力的变化对封底止水加固的效果有明显影响,随着加固厚度的增大和承压水压力的减小,基底的渗流量、基底的隆起和地下连续墙的侧向变形显著减少。研究成果能为类似工程提供技术参考和理论依据。

富水软土地区盾构近距离下穿地铁运营隧道的施工保护措施

[目的]富水软土地区盾构近距离下穿地铁运营隧道施工导致既有隧道结构变形控制困难,有必要对盾构下穿地铁运营隧道的施工保护措施进行研究。[方法]以南京地铁5号线盾构近距离下穿既有南京地铁1号线区间工程为例,运用MIDAS/GTS NX有限元软件对盾构近距离下穿施工进行了有限元模拟,提出了既有隧道主动保护措施,以及新建隧道盾构掘进控制措施。采用施工监测的方法,对盾构下穿期间既有隧道竖直方向位移和水平方向收敛进行监测。[结果及结论]具体施工保护措施包括:在盾构下穿施工前,对既有隧道受影响区段进行加固,通过微扰动注浆、永久性环向支撑和纵向拉紧条等措施有效降低了隧道变形,并使之符合变形控制标准;在盾构下穿施工中,基于既有隧道沉降量实时调整土压力和出土量,采取同步注浆、上下孔注浆量分配等方法进一步控制隧道变形。在盾构下穿施工完成后,针对地层的后期沉降问题,在盾构下穿段隧道内准备充足的补压浆材料和设备,根据沉降监测情况进行后续补压浆加固。上述措施能够有效减小盾构下穿施工对既有隧道的影响。

基于SVM的富水岩溶区双线盾构隧道下穿既有线临界安全距离研究

双线盾构隧道在极复杂的岩溶地质中下穿既有线施工时,会对地层造成较大扰动,从而增加既有地表沉降过大或坍塌的风险,严重威胁既有线的运营安全。同时,隧道穿越富水岩溶区域时,需要保持一定距离以避免与溶洞相交,确保双线盾构隧道围岩的稳定性。利用FlAC^(3D)软件建立不同工况组合下双线盾构隧道与左侧溶洞的临界安全距离数值模型,分析不同地下水位对既有线沉降和围岩塑性区范围的影响,并采用正交试验和多元线性回归方法建立双线盾构隧道在不同围岩等级、地下水埋深、开挖隧道埋深和溶洞孔径组合下与溶洞的临界安全距离计算公式。此外,还基于SVM模型对正交试验结果进行机器学习,得到可以预测岩溶地区双线盾构隧道临界安全距离的智能预测系统,实现双线盾构隧道下穿既有线临界安全距离的非线性智能预测。结果表明:当地下水位位于既有线以上时,其水位越高,既有线的沉降量越大、围岩塑性区范围越大,地下水对盾构隧道与溶洞的临界安全距离有很大影响,应用SVM模型和多元线性回归方法确定双线盾构隧道与溶洞之间的临界安全距离是行之有效的。

长江流域建立水资源刚性约束制度的关键问题与对策研究

南方丰水地区建立水资源刚性约束制度,是为了更好地促进生态环境高水平保护和经济社会高质量发展。基于长江流域水资源开发利用、管理现状及特点,分析了长江流域建立水资源刚性约束制度需重点研究的关键问题,并从水资源和水环境承载能力、用水定额标准、计量监测、水资源规划论证、监管考核和市场机制等方面,提出长江流域建立水资源刚性约束制度的对策建议。

基于DNN的煤矿富水区探测反演方法研究

提出了一种基于DNN的煤矿富水区探测反演算法,该算法可以快速准确地实现煤矿富水区二维分布模型的重建。首先,利用时域有限差分方法(FDTD)获得不同分布模型的数值解;随后,依据数据样本搭建网络框架,网络的输入主要为电场分量,输出为相应的模型电导率参数。通过对神经网络进行训练,得到网络的最优系数,随后对富水区分布进行反演预测;结果表明:DNN算法在单个小目标异常体反演中,可以有效克服BP神经网络模型失效的问题,且对于多目标异常体的反演效果更加准确。另外,相同数据集下,DNN的训练耗时与预测耗时也少于BP神经网络。实验结果表明,该算法可以有效提高煤矿富水区探测效率。

某萤石矿老空区水害及稳定性风险综合评估研究

为掌握河南某整合萤石矿老空区体量规模、富水性、稳定性等基本情况,开展该矿黄土岗采区富水情况物探及稳定性评估研究。通过理论分析与地面物探相结合方法,进行老空区富水情况研究;通过现场调查,采用经验公式验算分析老空区稳定性。研究结果表明:黄土岗采区K_(2)、K_(3)矿体老空区共圈定8个富水异常区,其总面积21 074.22 m^(2),总体积358 902.3 m^(3);各个异常区在空间上分布较为分散、孤立,老空区属性为单一采空区,规模为小型,顶板稳定性良好,安全等级为安全级,综合评定老空区不构成重大事故隐患。在此基础上给出合理的老空区治理建议,为老空区的水害防治提供了可靠依据,也为相似条件下矿山的隐蔽致灾因素调查提供参考。

弱胶结巨厚砂砾岩含水层离层突水机制研究

安新煤田主采煤层上覆巨厚弱胶结砂砾岩含水层,富水性弱,但多个工作面回采期间发生突水,查明突水机制是矿井水害防治的关键。通过水文地质特征分析,阐明了砂砾岩含水层厚度分布特征和富水性分区特征。采用岩石单轴抗压强度、三轴声发射、X衍射试验等方法,获得了顶板隔水层岩石物理力学性质。基于关键层理论分析、导水裂隙带与采动富水异常区层位关系及相似模拟试验成果,建立了4种条件下巨厚砂砾岩含水层突水的水文地质结构模型,揭示了砂砾岩含水层不同条件下的突水机制,并明确了研究区突水点的突水机制,提出了隔水保护层失稳导致突水的工程判据。研究结果表明:研究区东部局部区域含水层富水性中等,以往多次突水均发生在弱富水区;砂砾岩含水层下顶板泥岩中黏土矿物含量达到59.6%,亲水性强,具有良好的隔水作用;但在采动作用下顶板隔水层岩体卸压后强度降低,厚度较薄时,受上部岩层载荷和采动富水区静水压力作用易发生破坏,成为良好导水通道;砂砾岩含水层物理力学性质特殊,采动扰动后孔隙裂隙发育,形成了富水变化异常区;弱胶结砂砾岩突水的强度与下部基岩特征、导水裂隙带发育高度、隔水保护层厚度等因素相关;研究区弱胶结砂砾岩发生突水的工程判据为正常区隔水保护层厚度小于30 m,受背斜构造影响区隔水保护层厚度小于60 m。弱胶结巨厚砂砾岩含水层离层突水机制及工程判据对西部矿区水害防治提供了借鉴。

富水区隧道涌水突泥预警及风险源控制技术研究

为减少富水区公路隧道施工中的涌水突泥灾害,本文依托古兜山隧道工程,提出了多种针对涌水突泥隧道地段的超前地质预报方法及风险源控制技术:(1)提出了分级管理的隧道超前地质预报方法,根据围岩等级选用地质调查、TSP、地质雷达、超前地质钻孔方法进行综合预报;(2)采用了大管棚、小导管及帷幕注浆超前支护方法,对古兜山隧道涌水突泥风险进行控制,有效避免了在富水区出现涌水突泥现象。

强富水区山岭隧道穿越断层破碎带施工技术研究

为降低隧道穿越断层破碎带施工中的涌水突泥风险,该文依托古兜山隧道实体工程,采用“TSP+地质雷达+超前地质钻孔”的地质超前预报技术,探明隧道掌子面前方的地层状况和富水程度,提出富水区隧道穿越断层破碎带施工关键技术。提出隧道洞口明挖法与隧道洞内光面爆破技术及洞内围岩段的双侧壁导坑法、单侧壁导坑法、三台阶七部法的开挖方式;采用S-Ⅴb型隧道衬砌结构型式与全断面帷幕注浆、加强泄水等技术相结合的支护方式,其中的整体承载结构为初期支撑系统和二次模筑衬砌的组合结构。该施工关键技术可有效避免古兜山隧道施工的突水涌泥现象,可指导类似工程的施工。

全球深水区富烃凹陷形成机理

进入21世纪以来,深水区已经成为全球常规油气储量增长的主要领域,目前处于发现期的早期,勘探潜力巨大。截至目前,全球深水区已发现的探明油气地质储量在10×10^(8)t以上的巨型、大型富油气盆地(群)共17个,其形成条件是影响/制约深水油气勘探的关键科学问题。基于对全球深水区已发现油气田分布和形成条件的综合研究,首次提出了控制深水巨型、大型富油气盆地(群)形成的“四广”成藏特征,即广烃源、广优储、广强盖、广圈闭。全球海洋深水区油气勘探存在两大领域:已证实的巨型、大型富油气盆地(群)的新领域和潜在的巨型、大型富油气盆地(群)。已证实的巨型、大型富油气盆地(群)的新领域主要包括盆地的超深水区、深层隐蔽圈闭及浅层隐蔽圈闭,是今后主要勘探领域,如大西洋陆缘盆地盐下深层、东非陆缘侏罗—白垩系碎屑岩与碳酸盐岩、南海北部深水区深层潜山、巴伦支海三叠系、东地中海盐下白垩系碎屑岩及侏罗系生物礁、澳大利亚西北陆架波拿巴盆地深层石炭—二叠系等,勘探程度低,是近期深水勘探的主攻方向。潜在的巨型、大型富油气盆地(群)资源潜力大,当前这些盆地或已钻井有油气发现、或没有钻井且勘探程度低,与已证实的巨型、大型富油气盆地(群)经历了类似的构造演化过程,油气地质条件相似,是未来深水油气勘探新的增长点。

基于生态保护的强富水区山岭隧道地下水限排研究

山岭隧道穿过强富水区时,常因排水方法不当导致隧道上部及周边地层含水量大幅降低,对隧道周边生态环境造成不利影响。本文依托古兜山隧道工程,开展基于生态保护的堵水限排的技术研究,采用计算疏干漏斗体积的方式,依据裘布依模型、泰斯公式计算隧道的涌水量,同时对补水量进行估算,提出适用于富水区隧道地下水的允许排放量。

等值反磁通瞬变电磁法在地下浅层富水区应用——以新余市下村镇为例

岩溶、软弱土及富水区等不良地质体在我国分布较广,强降雨作用下地质不良区域容易产生塌陷等地质灾害。新余市渝水区下村镇靠近沪昆高速铁路的区域出现了严重的地质塌陷,塌陷基坑周围空间受限且地下管线等干扰源较多,传统瞬变电磁法早期信号受收发线圈互感效应影响,存在探测精度低、抗干扰能力差等问题,并且还有明显的浅层盲区。为了查明该区域不良地质体的发育位置,并为地质灾害防治提供治理建议,本研究应用了等值反磁通瞬变电磁法(opposing coils transient electromagnetic method, OCTEM),并且辅以钻探验证,结果表明:OCTEM法具有较高的精确性,研究区地球物理成果与钻探结果一致性较好;研究区低电阻带分布范围较广,经实地钻孔验证,低电阻异常均为地下水引起;地层从上至下依次为软可塑粉质黏土—硬可塑粉质黏土—软塑粉质黏土—中风化灰岩;塌陷区域地下微承压水上涌,逐步侵蚀区域周边软可塑粉质黏土层,塌陷基坑内静水位面标高为55.60 m,位于地表下约1.4 m处;塌陷区域下方存在地下水通道,灰岩层在水流长时间冲刷侵蚀作用下形成土洞;长期抽取地下水可能会引起地下渗流区扩张发育,主体责任单位必须及时封堵塌陷区地下水,防止其进一步侵蚀周边松散土层。

瞬变电磁法在采空区积水与灰岩富水区探测中的应用

针对米山煤矿二采区15号煤层所面临的上覆水害问题,在开采前为查明上覆3号煤层采空区积水,以及顶板K 5、K 2灰岩富水区。在地质分析与地球物理特征分析基础之上,进行瞬变电磁法探测试验。优选了探测设备、回线装置与探测参数,通过地面瞬变电磁探测,初步圈定了3号煤层采空区积水、顶板K 5与K 2灰岩富水区的分布范围。针对初步圈定的老空水与灰岩水分布范围,利用不同硬件、回线装置与探测参数的瞬变电磁进行浅埋区复测,同时开展不同物探方法的直流电法复测,验证了前期探测成果,确定了7处3号煤层采空区积水与6处灰岩富水区,为下一步安全高效绿色开采提供了技术支撑,值得进一步推广应用。

富水区隧道穿越断层破碎带施工应急预案研究

为降低富水区公路隧道穿越断层破碎带施工中涌水、塌方等突发事件的危害,保证施工人员的安全,该文依托古兜山隧道实体工程,建立富水区隧道施工中突发事件应急预案体系。对富水区公路隧道穿越断层破碎带施工过程中可能的突发事件进行分类,建立富水区隧道突发事件应急预案。研究表明,富水区隧道施工过程中发生涌水事故时,应及时疏通横通道,布设抽水泵将涌水抽出洞外,减少洞内水流量;出现坍塌事件时,应当及时处理伤亡人员,并及时运走废土;发生爆炸事故时,应迅速灭火及时疏散工作人员,救治伤员,清理现场,避免造成二次伤害;发生大型机械设备故障情况后,要及时处理伤亡人员,并尽快判断其位置和损伤范围,及时开展救援,转移机械设备,抢修故障机械。

寒冷地区富水路基工程项目管理与创新研究

针对寒冷地区富水路基工程项目的条件与特点,该文探讨此类路基工程气候、地质和水文特点,以及该特殊条件对工程项目的影响,结合影响因素提出相应的工程项目管理思路和创新措施。在项目管理与创新方面,强调对特殊环境下施工和管理技能的培训与培养,建立技术人员交流和经验分享机制,以提高团队的专业水平和应对能力。同时,引入信息化管理系统、智能化技术和大数据分析等手段,优化资源配置和管理,提高工程质量和效益。该文旨在通过工程项目管理的创新和提升,推动寒冷地区富水路基工程项目朝着可持续发展的方向迈进,实现经济、社会和环境效益的统一。

高密度电法在地下水渗流通道探测中的技术应用

地下水渗流可能会引起土体物理性质改变,引发地质灾害。高密度电法用于地下水探测宏观成像分辨率高,采用高密度电法对某居民区地下水渗流通道进行探测,通过观察分析视电阻率反演图像,追踪低电阻率异常来判断地下水渗流通道及富水区位置,最终发现场区内地下水在重力的作用下由西向东,通过地下车库顶板上方和地下车库外墙间两个渗流通道,在场区东南侧汇聚成富水区,造成下方毛石护坡局部涌水。该推断为下一步处理方案设计提供了准确的依据。

浅埋强富水区下绿色高效保水开采技术

西部地区煤层资源丰富,开采强度大,传统开采方式容易导致含水层水资源流失,产生严重的缺水问题,因此,研究浅埋强富水区的保水开采技术,通过控制岩层移动保持含水层的稳定性,研发低成本、广适用的保水开采技术和材料,形成浅埋强富水区煤层的绿色高效保水开采体系,实现煤炭开采与水资源保护的双重目标,对保障水资源安全、维护生态平衡和促进经济发展具有重要意义。本文首先分析了保水开采现状与难题,从技术先进性和安全性等方面对现有技术进行了对比,从材料、设备和工艺等方面进行了深入研究,总结并分析了不同技术的适用条件。接着以锦界煤矿为例,依据保水采煤方案和导水裂隙带实测高度,对井田进行区域划分,提出“分区分类治理”的原则,并创新性地提出了采前第四系松散含水层底部隔水层再造技术,形成了有效隔离,实现了煤炭开采与水资源保护的协调发展,保护了自然地貌和地表植被。同时,针对现有综采架后膏体充填不高效,且支架无法做到充填非充填灵活转换的问题,设计提出了一种新型充填非充填两用支架,既可作为同一工作面分段充填、非充填支架两种模式交替使用,又可进行后部支架拆解,安装掩护梁侧护板,满足普通支架使用需求,提高了设备使用效率。最后对采后导水裂隙带裂隙顶部注浆修复改造技术和注浆效果评价进行了总结,以锦界煤矿的应用为例进行了说明,对鄂尔多斯盆地类似条件煤层开采具有广泛指导意义,为煤炭行业的绿色开采提供了重要支持。

巴拉素井田煤层富水性分区及水量预测

针对陕北侏罗纪煤田榆横北区内巴拉素煤矿2号煤层水的特殊赋存运移形式,通过理论分析、计算预测、模拟实验等方法,对其水资源量、富水性分区及矿井涌水量进行研究,探索了研究区内2号煤层水特征;根据影响富水煤层的煤层厚度、煤心采取率、煤层孔隙度、煤层顶板含水层厚度及底板隔水层厚度5项主控指标,结合ArcGIS软件和层次分析法(AHP)对研究区2号煤层进行富水性预测分区,并对不同工况条件的井下掘进(含井筒、巷道)、回采工作面涌水量进行预测。结果表明:估算的研究区2号煤层水静储量约0.665亿m^(3),动态补给水量约362m^(3)/h,煤层水整体呈衰减趋势;2号煤层富水性分为相对强、较强、中等、较弱和弱5类富水区。