公路隧道揭煤防突技术及实践

针对以往公路瓦斯隧道揭煤依据已过时的现状,为提高公路瓦斯隧道的揭煤安全性,本文介绍了一套基于新的《防治煤与瓦斯突出规定》的隧道揭煤防突技术体系,该体系以“区域防突措施先行,局部防突措施补充”为总体原则,将整个揭煤过程分为区域综合防突措施阶段、局部综合防突措施阶段和过煤门阶段,并介绍了每个阶段的具体工艺方法和操作要领,最后以发耳隧道M4煤层揭煤为例,详细地介绍了隧道揭煤的全过程的探煤、瓦斯预抽、效果评价、安全防护及通风监控等过程,对今后大断面公路隧道揭煤工作具有一定的借鉴意义。     

高瓦斯低渗透性煤层隧道水力压裂机理研究

含煤层隧道施工中瓦斯抽排是关系到隧道安全施工的关键。利用有限元软件Midas GTS对高瓦斯低渗透性煤层段掌子面处煤层水力压裂过程进行数值模拟,研究注水孔周围煤体裂隙的起裂原因和裂隙发育过程,结果认为:在水力压裂作用下煤体原始裂隙主要受拉压破坏,周围煤体主要受压剪破坏,剪应力随水压力增加而增加,并向四周裂隙移动。针对贵州正在施工的某煤层隧道,分析该工程中利用水力压裂进行瓦斯抽排的技术及过程,并与数值模拟结果进行对比,证实了水力压裂增透技术有助于增加低渗透性煤层的透气性。进一步对比分析认为:由于煤体原始裂隙降低了裂缝起裂条件,而导致实际施工中水压力大小要普遍小于理论模拟结果。论文的研究丰富了水力压裂技术的实验研究资料,为今后煤层隧道揭煤方案提供重要参考。     

何家坡高瓦斯隧道安全施工的“防”与“治”

公路瓦斯隧道施工潜在有瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出等重大灾害风险,一直是隧道建设的控制性环节。以何家坡高瓦斯隧道为工程依托,分析了何家坡高瓦斯隧道的煤层瓦斯特征,概述了瓦斯隧道施工潜在的瓦斯危害,提出了“以防为主、防治结合”的安全施工策略,并在此基础上制定了何家坡隧道瓦斯工区施工的防控手段与治理措施,提高依托工程安全施工的可靠度。     

特厚煤层高强度综放开采水力压裂顶板控制技术研究

 针对塔山煤矿临空顺槽矿压显现剧烈的问题,进行水力压裂弱化煤层上覆坚硬K3老顶的现场试验,通过水力压裂期间监测钻孔以及巷道两侧锚杆出水情况与水压的变化分析水力压裂的影响范围,通过水力压裂前后周期来压步距、动载系数、顶板下沉量、两帮移近量、煤壁片帮统计、工作阻力与瓦斯涌出情况,深入分析水力压裂弱化坚硬老顶的特点。试验结果表明：(1) 切槽裂隙在水力压裂的作用下其扩展范围不超过55 m;(2) 裂缝所处的煤岩体环境使得裂缝扩展的压力时间曲线呈现3种轨迹形态;(3) 水力压裂前后,周期来压步距分别为18.69,16.76 m,平均周期来压动载系数分别为1.69,1.53;顶板下沉量与两帮移近量都明显缩小,巷道顶板整体完整;煤壁片帮深度平均值由原来的31.18 m变为7.06 m;瓦斯涌出相对稳定,上隅角瓦斯浓度由原来的0.20%降低为0.15%。工作面顶板完整性和强度得到了弱化,随工作面推进顶板能够及时垮落,5106临空顺槽顶板的压力明显减弱,说明水力压裂的效果良好,研究结果对类似条件下的工作面具有积极的指导意义。     

发耳隧道防治煤与瓦斯突出施工技术论述

发耳隧道位于贵州省水城县发耳乡境内,隧道进口位于发耳乡营昌村,出口位于新联村,是水盘高速公路的关键控制性工程,瓦斯浓度和穿越煤层数在国内已建公路瓦斯隧道中极为罕见属高瓦斯隧道.该隧道是一座上下行分离式四车道高速公路长隧道,隧道左线长2064m,右线长2099m,隧道最大埋深206.10m.隧道共穿越14层煤,煤层最厚4.80m,已揭煤层最大瓦斯含量为12.95m3/t,超过突出临界值临界值8m3/t,瓦斯压力大部分在1.5～3.12MPa之间,远超出瓦斯突出临界值0.74MPa:同时该隧道整个洞身穿越煤系地层、所处地理位置又为煤与瓦斯突出矿区,在整个隧道建设过程中受到了施工各方的特别关注与重视.从这一角度上来说,发耳隧道工程施工作业普通隧道施工工程作业最显著的差异在于其在施工过程当中必须兼顾煤与瓦斯突出问题的处理.基于此,本文从发耳隧道工程基本情况分析、区域“四位一体”综合防突措施分析以及局部“四位一体”综合防突措施分析这三个方面入手,围绕发耳隧道防治煤与瓦斯突出的施工技术这一中心问题展开了较为详细的分析与阐述,并据此论证了以上施工技术在防治煤与瓦斯突出问题中的有效性,在确保整个发耳隧道工程建设项目安全运行过程中的重要意义.     

“三软”煤层水力冲孔卸压增透技术研究

针对糯东煤矿"三软"高瓦斯低透气性煤层易流变、难抽采的问题,提出了底板巷道穿层水力冲孔卸压增透技术,并在糯东煤矿11702掘进工作面进行了现场试验。结果表明:冲孔后比冲孔前抽采瓦斯浓度上升3.4倍,瓦斯抽采流量增加4.4倍,炮掘工作面回风流中的瓦斯(体积分数)由冲孔前0.8%的超限预警状态变成冲孔后的0.4%的安全范围,水力冲孔技术应用效果显著,在糯东煤矿取得了良好的卸压增透效果。     

复杂地质构造条件下多煤层区域联合揭煤防突施工技术

为有效降低复杂地质构造条件下突出煤层的瓦斯含量,减小突出煤层揭煤施工的危险性,解决复杂地质构造条件下区域防突施工带来的工期影响,以重庆铁路枢纽东环线鹞子岩隧道为背景,对多煤层区域联合揭煤防突施工技术进行研究。在该项目中,由平导工作面向平导及正洞前方施作超前长钻孔,探测平导及正洞前方的构造情况、煤层分部情况及煤层瓦斯相关参数。根据煤层分布位置,利用平导超前正洞施工的条件,在平导洞内向正洞方向开设抽采硐室,采用多煤层平导与正洞区域联合揭煤防突施工技术。通过现场应用,并对平导与正洞区域联合揭煤防突实施效果进行了检验。实施结果表明:该技术措施的实施能够缩短工期,且为复杂地质构造条件下突出煤层段的安全施工提供了技术保障。     

基于Kriging估值法的非煤隧道瓦斯预测

在勘察设计阶段,基于一定精度的隧道瓦斯空间分布预测,对于瓦斯隧道安全施工具有十分重要的意义.论文在收集整理区域地质资料和兰渝铁路广元-合川段隧道钻孔瓦斯浓度检测资料的基础上,利用Kriging估值法理论,建立了川中油气区非煤隧道瓦斯空间分布规律的数学模型.利用同区域的巴中-广安高速公路6座隧道瓦斯资料,运用交叉验证的方...     

高瓦斯矿井底抽巷区域消突技术实践研究

为解决河南大峪沟煤业集团有限责任公司华泰煤矿工作面上隅角瓦斯浓度超限的问题,在12采区12030和12070工作面下部开展底板抽放巷、底板抽放巷穿层钻孔、并对底板抽放巷穿层钻孔进行水力冲孔卸压增透等措施。通过分析底抽巷区域消突工程可以从物理力学性质上增大二1煤层的孔隙率、透水性和润湿性。较大程度的提高了瓦斯抽采率,较好的解决了工作面和上隅角瓦斯浓度过大,为多构造突出矿井的安全高效生产提供了实践经验和理论参考。     

低透高瓦斯煤层群安全开采关键技术研究

 针对低透高瓦斯煤层群安全高效开采技术难题,以淮南矿区为主要试验研究基地,研究应用岩石力学、岩层移动理论和“O”形圈理论,针对不同煤层和瓦斯地质条件,探索出一整套“开采煤层顶底板卸压瓦斯抽采工程技术方法”,建立卸压开采“抽采”瓦斯和煤与瓦斯共采工程技术体系。研究“采场岩层移动规律、卸压瓦斯运移规律、卸压瓦斯富集区、开采煤层卸压范围以及开采煤层增压范围”科学规律,研究“首采层卸压瓦斯、上向卸压层瓦斯、下向多重卸压层瓦斯以及地面钻孔卸压瓦斯”理论与技术,形成系统、成熟的瓦斯抽采理论与技术。创新卸压开采抽采瓦斯理论和技术,解决了煤与瓦斯共采重大工程技术难题。     

采动条件下被保护层瓦斯卸压增透机理研究

保护层开采作为一种典型的煤与瓦斯安全开采形式在煤矿生产中具有重要的意义。通过由半无限开采积分模型求解得到的岩体内部位移场表达式并与相似模拟被保护层沉降曲线对比,研究发现理论模型可以较好地反映煤层实际变形。建立了“两带”裂隙分布模型及其简化力学模型,通过正交设计的全应力应变渗透试验发现,瓦斯渗透主要分为3个过程,发现瓦斯渗透急剧变化在体积应变达到0.015处,对比理论体积应变分布曲线,得出体积应变沿沉降范围总体上呈对称分布,在中心区域存在一个体积应变大于0.015的范围,可见其正处于渗透率急剧增加阶段,其卸压增透效果最好。研究结果为被保护层瓦斯卸压增透计算提供了参考。     

地铁龙泉山隧道瓦斯溢出段瓦斯综合防治技术

近年随着地铁工程向市郊发展,有些工程需穿越油气田区域地层,隧道开挖揭露该地层时瓦斯涌出量较大且随机、分散,一旦发生瓦斯爆炸或燃烧事故将造成重大伤亡和经济损失。文章探讨了在瓦斯溢出段钻孔内浓度100%,单孔涌出量高达0.315 m3/min,压力0.14 MPa时,采取超前探孔,雷达探测,强化通风,钻孔排放,注浆封堵等综合防控技术措施后避免了瓦斯事故,实现了安全快速掘进。为类似油气田地层瓦斯隧道施工提供一定经验参考。     

轴向应力加卸载过程含瓦斯水合物煤体渗透率变化规律研究EI北大核心CSCD

瓦斯水合固化及采掘扰动对瓦斯水合物–煤体介质体系渗透率影响是瓦斯水合固化防突技术应用的关键问题。为此,采用基于出口端流量的稳态法,利用应力–渗流–化学耦合作用含瓦斯水合物煤体三轴试验机,开展含瓦斯煤体渗透试验(3种含水率和3种粒度)及轴向应力加卸载过程含瓦斯水合物煤体渗透试验,分析水合物生成、加卸载过程有效应力及饱和度对煤体渗透率影响规律并初步探讨其影响机制。研究发现,瓦斯水合物形成后,煤体渗透率明显下降,降低幅度为79%~99%;含瓦斯水合物煤体渗透率与有效应力在加卸载过程符合指数函数关系,卸载过程渗透率变化存在3种模式,分别为少量恢复、部分恢复和卸载增透;加卸载过程含瓦斯水合物煤体渗透率损失率、损伤率均随饱和度增大呈增大趋势。试验发现,瓦斯水合物的形成堵塞煤体渗透通道,限制由瓦斯压力降低导致的瓦斯运移补充,有望快速降低瓦斯压力,缩短石门揭煤工期。     

五线并行浅埋特大断面隧道群快速施工技术

特大断面隧道的施工主要基于新奥法的原理将特大断面分割为几个小断面隧道施工,改善承载体的承载能力。五线并行特大断面隧道群施工工期紧张,在保证工期兼顾安全和造价等条件下,在平面轴线方向间隔一定距离同步施工,同步推进;将原CD法优化为“拱部CD法+中下部台阶法”施工,作业空间大;衬砌采用全液压组合钢模台车,提高工效,施工速度快,可满足施工需求。     

浅埋暗挖超大断面地铁车站隧道开挖方法研究

本文结合重庆轨道交通六号线五路口车站工程实际情况,在分析传统双侧壁导坑法存在局限性的基础上,提出了“台阶分部临时支撑法”和“台阶临时支撑+部分双侧壁法”两种改进的施工方法。通过对双侧壁导坑法和两种改进施工方法的数值模拟,分析隧道施工中位移的控制效果,确定了适合本工程浅埋暗挖超大断面隧道的开挖新方法(台阶临时支撑+部分双侧壁法),并将数值分析结果与现场监控量测结果进行对比,验证了此方法的合理性和正确性。研究成果为设计和施工提供理论依据,丰富和完善了浅埋暗挖超大断面隧道施工技术,并为类似工程提供借鉴。     

煤矿采空区瓦斯运移机理及规律研究

在对煤矿瓦斯涌出影响因素分析研究的基础上,对采空区瓦斯来源及运移规律进行详细的分析研究。研究指出：采空区瓦斯主要来源于开采层及其邻近煤岩层,在压力梯度的作用下,向采空方向流动：在一定空间范围内,采空区瓦斯压力与时间及距离呈负指数关系。只有压力梯度的存在,煤体瓦斯就会不断向外流动,瓦斯涌出速度随时问呈负指数关系迅速降低。由于采空区“三带”的形成是一个动态的长时间的过程,“裂隙带”瓦斯涌出通常会滞后于“冒落带”瓦斯涌出。该研究对煤矿采空区瓦斯治理具有重要的指导意义和价值。     

浅埋偏压隧道现场监测与分析

结合工程实例,对该隧道现有的施工方法进行评价,并提出了新的技术措施,用数值分析的手段,对不同施工方法下隧道施工时期的受力与变形进行了计算分析,综合研究表明:在浅埋偏压隧道中,“CD”施工方法较全断面法和正台阶法较为优越,应优先考虑。     

岩石隧道三台阶三步开挖施工方法研究

采用传统施工方法开挖隧道时会面临围岩分割断面多、开挖进度缓慢、大型机械使用程度低、工作效率低、对围岩扰动多、台阶过长、初支封闭成环较晚等问题。针对上述问题,提出了三台阶三步开挖工法,通过采用左右侧对称开挖支护施工方法、缩小台阶长度、快速初支封闭成环等措施,减少了围岩暴露时间,缩短了仰拱初支成环时间,成环时间仅为8d。该工法工序简单,减少了临时支撑体系拆除工序,减轻了对围岩的扰动,有效减小了隧道围岩变形。     

不同装药模式爆破载荷作用下煤层裂隙扩展特征试验研究

 为了研究炸药在不同煤岩介质中爆破所产生的裂隙扩展和力学特征,提高深孔预裂爆破对低透气性煤层进行增透的效果,在实验室搭建爆破模拟试验系统,设计穿层钻孔和顺层钻孔2种不同的装药模式,以Froude 比例法建立煤层深孔预裂爆破的试验模型,利用相似材料配比加工制备尺寸为50 cm×50 cm×50 cm的试样进行爆破模拟试验。通过超动态应变仪监测煤岩层的应变信号,利用高速摄像仪记录试样完整的裂纹萌生、扩展、贯通直至试样破坏的全过程,分析爆破载荷作用下试样的动态力学特性和裂纹扩展特性。研究发现,裂纹主要是由压缩波与卸载波共同作用形成的,裂纹扩展方向与炮孔轴线方向垂直;在煤岩介质中实施穿层钻孔爆破的爆破效果优于顺层钻孔煤层爆破效果,当爆破应力波从煤层入射到岩层后,出现反射拉伸波,反作用于煤体上,加剧煤岩不同爆破介质的破坏程度,促使爆破裂隙的扩展。研究成果可用于指导井下低透气性煤层深孔预裂爆破装药方式的选择,以提高瓦斯抽采效率。     

软土深基坑开挖对隧道影响分析及设计参数讨论

某地铁边基坑分坑设计,邻近地铁侧设地下二层区域(小区)和地下五层区域(大区)。大区开挖引起紧邻的上、下行线隧道变形沉降差达到39.9mm。通过数值模拟分析发现,较大沉降差的原因是,大区基坑开挖后,土体应变较大的区域形成“潜在滑裂面”,类似于主动滑裂面,而两条隧道分别位于“潜在滑裂面”两侧。参数分析发现,当小区地墙穿越“潜在滑裂面”后,增加小区地墙的插入深度和刚度可以显著减小隧道沉降。因此,设计中小区地墙插入深度不仅需要考虑小区基坑开挖,更需要综合考虑大区基坑开挖引起的“潜在滑裂面”影响。