含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流装置的研制及应用

 介绍自主研发的含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流装置，该装置主要由伺服加载系统、三轴压力室、水域恒温系统、孔压控制系统、数据测量系统以及辅助系统等6个部分组成，其最大轴压为100 MPa、最大围压为10 MPa、最高加热稳定温度为100 ℃，试件尺寸为f 50 mm×100 mm。该装置具有如下特点：(1) 所进行的试验能反映地应力、瓦斯压力、温度等对含瓦斯煤渗透率的综合影响；(2) 实现伺服液压控制加载功能，能进行多种形式的加载；(3) 实现“面充气”，更加逼真地反映实际煤层瓦斯源的情况；(4) 设计有导向装置，实现加压活塞杆和支撑轴的对位，避免在加压过程中产生晃动，使得试件受压均匀而稳定；(5) 数据采集使用更加灵敏、精确度更高的各类传感器；(6) 设计有大型水域恒温系统，并安装有水域循环水泵，加热过程更加均匀；(7) 具有研究含瓦斯煤渗透性、变形特性等多种功能。采用该装置进行含瓦斯煤在不同围压、不同温度条件下的渗透试验，结果表明含瓦斯煤变形存在4个阶段，其抗压强度随着围压的增加而增大；含瓦斯煤渗流流量在应力–应变过程中存在阶段性变化且随着温度的升高呈现总体减小的趋势。该装置可用于含瓦斯煤热流固耦合渗流领域的研究，为进一步深层次揭示煤层瓦斯运移规律和研究煤层瓦斯抽采技术提供理论基础。  

含瓦斯煤渗透率理论分析与试验研究

 从孔隙率的基本定义出发，充分考虑煤基质吸附瓦斯膨胀、热弹性膨胀、受瓦斯压力压缩对其本体变形的影响，首先给出煤体孔隙率与体积应变、温度及瓦斯压力之间的函数关系，再以Kozeny-Carman方程为桥梁，建立扩容前压缩条件下综合考虑有效应力、温度及瓦斯压力共同影响的渗透率动态演化模型。相关试验数据验证表明，所建立的渗透率理论模型具有良好的适用性，能反映出一定条件下的渗透率演化趋势。试验研究表明：煤体孔隙发育程度与渗透率具有较好的一致性，渗透率随孔隙发育程度的增高而增大；当温度和瓦斯压力一定时，渗透率随有效应力的增大而减小，并且瓦斯压力越低减小趋势越明显；有效应力和瓦斯压力一定时，渗透率随温度升高而减小，但其减小幅度基本不受有效应力变化的影响；温度和有效应力一定时，渗透率随瓦斯压力的升高呈先急剧减小而后逐渐平缓的趋势。含瓦斯煤渗透率与有效应力、温度和瓦斯压力之间关系的研究，为有温度场参与的多场耦合问题的研究提供理论基础，也为高温矿井瓦斯抽放率的提高提供技术支持。  

杭州地铁秋涛路车站深基坑信息化施工监测分析

通过对杭州地铁秋涛路车站深基坑工程东区施工中围护桩水平位移、钢支撑轴力、地表沉降和地下水位等监测数据进行分析,得出了一些有价值的结论。实测表明:桩体水平位移能直接反映围护结构的变形特性,是评价围护结构安全状况的重要指标,桩体的侧向变形主要是由土方开挖所引起,与开挖后墙面暴露时间长短相关;钢支撑的轴力随开挖深度增加而增加,其大小变化与开挖方式、开挖速度、气温以及下层支撑的拆除有关;基坑东侧的地表沉降曲线呈抛物线形分布,基坑南侧的地表沉降曲线呈三角形分布;坑外地下水位的变化可反映围护结构的止水效果。  

蠕变对含瓦斯煤渗透率影响的试验分析

 以重庆市松藻煤电公司石壕矿原煤制备的型煤试样为研究对象，设计含瓦斯试样的三轴蠕变及渗流试验方法和步骤。利用试样瓦斯渗透仪试验装置，在不同温度条件及不同有效应力水平下，对型煤试样进行三轴蠕变及渗透性试验，获得大量蠕变前后不同有效应力和不同温度条件下的渗流试验数据，研究蠕变对试样渗透率的影响规律。研究结果表明：在相同温度与有效应力条件下，蠕变后试样渗透率降低，下降幅度为25.2%～38.7%；在三轴应力条件下，随着有效应力增大和温度升高，蠕变前后试样渗透率逐渐降低，探讨两因素对渗透率的影响机制；定义渗透率损伤率来表示蠕变使得试样渗透率减小的程度，当温度一定时，渗透率损伤率与有效应力符合线性关系，该渗透率损伤率随有效应力增加而增加，且温度越高，增加的速率越大；在不同温度及有效应力耦合作用下，蠕变对渗透率的影响程度不同。研究结果对进一步认识瓦斯运移规律具有一定的意义。  

深基坑开挖对周边地表沉降影响因素分析

随着基坑工程的发展，基坑开挖对周边环境的影响越来越受到人们的重视，通过对杭州地铁地表沉降的监测分析，探讨了基坑开挖过程中的坑外地表沉降的影响因素及其规律，并对施工过程中的渗漏事故引起的地表沉降进行了分析，评价了支护结构的科学性和合理性，可供类似工程参考。  

煤与瓦斯突出模拟试验台的改进及应用

 为确保更好的煤与瓦斯突出模拟试验效果，针对原研制的模拟试验台存在的不足，对其突出模具及其配套的煤试件成型装置进行改进和重新研制。利用环向和面密封等全方位密封技术可使突出模具在2 MPa瓦斯压力下达到较长时间的良好密封效果；依靠3组直径不同的圆形突出口装配，可在不更换突出模具的条件下进行不同突出口径的煤与瓦斯突出模拟试验，经济实用；凭借布置的温度和瓦斯压力传感器与配套的试验控制软件连接，可较方便地实时监测突出过程中煤体内温度及其瓦斯压力的变化规律；研制的独立煤试件成型装置可准确实施预定的成型压力，且操作过程较为灵活、方便。利用改进后的煤与瓦斯突出模拟试验台开展的模拟试验表明，在瓦斯压力、突出口径方面均存在一个使煤与瓦斯突出发生与否的阈值，高于此阈值时，瓦斯压力或突出口径愈大则突出强度亦愈大，且瓦斯压力作为突出发生的动力同时也对突出煤粉有一定的粉碎作用。此外，煤与瓦斯突出过程中煤体的温度变化也印证了煤吸附瓦斯放热和解吸瓦斯吸热这一物理现象。  

考虑干密度和压实含水率影响的弱膨胀土土水特征曲线研究

通过采用常规压力板仪对压实含水率、制样干密度、土样结构等3种因素对非饱和弱膨胀土土水特征曲线的影响进行研究,通过采用Van Genuchten模型、Fredlund-Xing模型,通过最小二乘法对所测土水特征曲线进行拟合,着重分析了土样孔隙结构对土水特征曲线的影响。结果表明,常用的土水特征曲线模型Van Genuchten模型和Fredlund-Xing模型均可较好地对压实膨胀土样和原状样土水特征曲线进行拟合,但对于石灰改性膨胀土Fredlund-Xing模型的拟合效果较好。  

浙川县五里粱石墨矿区地质特征及成因浅析

五里梁石墨矿区位于河南省淅川县境内，是河南省主要的晶质石墨矿矿产地之一。根据目前工作程度，该矿区内共发现3个石墨矿体（层），石墨矿体（层）主要赋存于古元古界陡岭群大沟组地层中，矿体（层）产状与地层产状一致，呈层状、似层状产出。本文作者介绍了石墨矿床地质特征并对其矿床成因进行了初步的探讨。  

采动影响下大跨度煤巷耦合支护技术研究与应用

 为解决多次采动影响下大跨度煤巷支护难的问题，以高家梁矿20108工作面回风巷道为例，通过分析工程地质条件和工程岩体特性可知，20108回风巷道属于应力扩容膨胀型复合地质软岩，确定力学破坏机制为IABCIIBDIIIDA复合型变形力学机制，提出采用锚网索带注耦合支护方案。基于FLAC3D数值软件，对锚网索带注耦合支护方案进行数值计算，计算结果显示，与无耦合支护对比，屈服区域显著缩小，顶底板和两帮变形都得到有效控制。现场监测煤巷围岩变形表明，多次采动影响下煤巷两帮变形速率大于顶底板，表明两帮变形速率控制着20108回风巷道的使用功能。研究结果表明，锚网索带注耦合支护在采动影响下大跨度煤巷支护中取得良好的支护效果，数值计算表明，采动影响下大跨度煤巷采用耦合支护技术是可行的；现场监测结果也验证耦合支护技术的有效性和可靠性。  

水下隧道渗流场解析解及其应用

 以复变函数和地下水水力学理论为基础，推导由围岩、注浆圈、衬砌混凝土组成的水下隧道渗流场解析解。以厦门海底隧道F4风化囊地段为工程背景，研究影响围岩、注浆圈、衬砌的渗流参数对衬砌外水压力和渗流量的影响。研究结果表明，注浆圈和初期支护施工效果对衬砌后水压力和渗流量的影响很大，应重视注浆圈和初期支护的施工。当排水系统堵塞，渗流量减小时，初期支护和二次衬砌的外水压力会重新分配。结合理论计算和现场实测水压力结果，提出在堵水限排情况下，初期支护水压力可降至静水压力的1/3。