直接顶板为强岩溶含水层巷道掘进防治水技术

针对小马村矿一5煤层开采掘进时煤层顶板多次发生直接顶板(L5,强岩溶含水层)突水,严重影响安全生产的问题,根据一5煤层赋存及水文地质条件,在分析矿床充水因素的基础上,结合掘进工艺,在东区一5煤层轨道大巷掘进时将超前预注浆技术应用于顶板加固防治水,包括沿煤层打探孔、掏煤掘进、临时支护、超前打顶板探孔、卧底掘进、钻孔注浆、永久支护等一整套工艺措施.应用顶板超前预注浆控制技术防治煤层顶板突水属国内首次,实践证明,顶板超前预注浆控制技术能够有效防治顶板突水,能够解决强岩溶含水层直接顶板下掘进时突水问题,保障了安全生产,可为类似条件下防治水工作提供借鉴意义.     

盾构刀具整体磨损状态识别研究

刀具磨损情况是影响盾构机掘进效率的重要因素,也是决定开仓换刀时间和频率的关键依据。针对盾构掘进过程中刀具整体磨损状态难以判断的问题,统计换刀点每把刀具磨损量与限定磨损量之间的关系,提出了3个磨损状态等级。在推导3种关键掘进参数(推力、扭矩和掘进速度)与单把滚刀切削分力理论关系的基础上,提出一种对掘进参数信号进行小波包分解以识别刀具整体磨损状态的方法。该方法以分解后的信号节点小波包系数标准差组成的特征向量作为磨损识别指标,通过敏感性分析找出对刀具磨损最敏感的节点特征向量,进而通过拟合分析确定磨损状态与磨损识别指标的函数关系。对深圳地铁14号线大运站至宝荷站区间工程实例的分析结果表明,该方法能准确识别盾构刀具的整体磨损状态,其中使用掘进速度信号进行识别的精度最高,推力次之,扭矩最低。该方法在使用中仅需对盾构机自动采集的掘进参数进行处理分析,不需要布置传感器,具有简便易行、成本低和精度高等优点,为及时开仓换刀提供了可靠依据。     

盾构掘进土层识别及刀盘转速控制策略研究

利用模拟盾构试验平台,研究了土压平衡盾构(EPB)掘进过程的土层识别方法,在此基础上提出了刀盘驱动功率效能评价方法,盾构刀盘转速适应土层变化专家控制策略,并对盾构刀盘驱动系统节能给出了新的途径.通过统计分类的模式识别方法分析了1.8 m EPB试验盾构在模拟土箱不同土层中的掘进试验数据,划分土层的类别,并使用贴近度的计算方法得到样本所属地层的量化参数,建立了土层识别方法.研究表明,以盾构掘进的场切深指数(FPI)、扭矩切深指数(TPI)构成的掘进土层状况的特征空间,具有很好的土层识别性,能够用于刀盘转速的闭环控制.     

掘进巷道爆破后排烟时间计算

为研究掘进面爆破后排烟时间,推导掘进面炮烟运移规律公式,对排烟时间影响因素进行灰色关联度计算,得出主要影响因素的敏感性大小排序为:巷道出口到掘进面迎头的距离(0.827)风筒口到掘进面迎头的距离(0.738)风筒供风量(0.628)炮烟中CO初始体积分数(0.547).在归来庄金矿掘进巷道中进行炮烟监测试验,研究了压入式通风条件下,风筒口到掘进面迎头的距离LO分别为10、15、20、25、30 m时,巷道出口到掘进面迎头的距离LP分别为40、60、80、100、120 m的排烟时间.研究结果表明:排烟时间随巷道出口到掘进面迎头的距离增加而变长,两者拟合成线性关系;排烟时间随风筒口到掘进面迎头的距离增加而变长,成非线性增加;排烟系数c与LO拟合成线性关系,并推导出不同工况下排烟时间的计算式;在试验及相似巷道的5个工况下进行验证,相对误差为6.1%,3.8%,5.4%、8.8%,9.3%,具有较好的准确性和可靠性.     

城市地铁TBM隧道掘进诱发既有建筑物变形的空间属性效应

针对城市地铁全断面硬岩隧道掘进机(tunnel boring machine,TBM)隧道掘进诱发既有建筑物沉降变形的问题,考虑隧道下穿城市建筑物群实际工况的复杂性,以青岛地铁1号线小北区间段硬岩地层TBM隧道掘进下穿既有建筑物群为实际工程背景,采用数值计算分析方法,建立TBM隧道掘进连续下穿多座既有建筑物的三维力学计...     

对实现巷道快速掘进的实践分析——以光面爆破技术为例

光面爆破技术直接影响着爆破效果,对实现巷道快速掘进影响重大。本文以光面爆破技术为例,分析光面爆破的作用原理、技术要点、存在的问题、及在实践中的具体方法进行详细的分析,推动巷道快速掘进的发展。     

煤矿掘进冒顶事故的原因和对策分析

煤矿巷道的掘进过程常有事故发生,造成不可挽回的人员伤亡,其中冒顶事故所占比重较大,并且已经成为目前煤矿巷道掘进中潜在的最大危险,这也是我国煤矿事业迫于解决的问题。因此,本文针对煤矿巷道掘进中冒顶事故进行分析,得出造成该项事故的原因以及解决的方法,为从事煤矿掘进工作的员工提供安全保障。     

基于层次分析法优选掘进巷道通风方法分析

针对掘进巷道井下爆破炮烟扩散产生的安全问题,基于掘进巷道现场通风方法数据参数,借助Fluent软件开展矿山井下爆破炮烟扩散规律数值模拟,利用层次分析法定量评判了3种通风方法(压入式、抽出式、混合式)对掘进巷道工作面风速、炮烟体积分数、通风时间及工程投资的影响,优选出掘进巷道最佳通风方法。研究结果表明：利用压入式通风方法是排除巷道炮烟的最佳方式,量化得分0.517。CO体积分数与通风时间呈负指数递减关系,当风量为2.35 m³/s、风筒直径为0.5 m,距离工作面10 m的压入式通风方法条件下,通风1 500 s井下CO体积分数即可满足安全标准。     

一种基于TBM掘进参数的现场岩石强度快速估算模型

基于隧道掘进机(tunnel boring machine, TBM)现场实际掘进参数与岩石强度的相关性,提出一种现场岩石强度快速估算模型。该模型详细分析了开敞式TBM现场实际掘进参数的趋势,建立了其与岩石单轴抗压强度(uniaxial compressive strength, UCS)的拟合关系式;根据回归系数R²排序:0.761 2(贯入度指数)> 0.759 5(推力)> 0.691 5(掘进比能)>0.598 6(扭矩)> 0.561 5(贯入度),确定采用贯入度指数(field penetration index, FPI)快速估算岩石强度UCS。与以往岩石强度经验模型对比,该估算模型更具针对性和适用性。研究成果为TBM工程岩石强度的快速估算提供了一种新的切实可行的思路。     

水力挤出快速消突措施在大众煤矿的应用

针对安阳大众煤矿煤巷掘进工作面具有严重突出危险、推进速度缓慢等问题,在掘进工作面试验了水力挤出消突措施.结合现场实际情况,从理论上确定了注水孔布置方式、孔深、封孔长度、注水压力、注水量和注水时间等技术参数.通过对掘进进尺、效检结果、瓦斯涌出量、应力分布和煤壁位移等观察分析,结果表明:水力挤出具有效检超标率低、消突效果好、明显提高掘进速度、安全可靠等特点.     

水力挤出快速消突措施在大众煤矿的应用

针对安阳大众煤矿煤巷掘进工作面具有严重突出危险、推进速度缓慢等问题,在掘进工作面试验了水力挤出消突措施.结合现场实际情况,从理论上确定了注水孔布置方式、孔深、封孔长度、注水压力、注水量和注水时间等技术参数.通过对掘进进尺、效检结果、瓦斯涌出量、应力分布和煤壁位移等观察分析,结果表明水力挤出具有效检超标率低、消突效果好、明显提高掘进速度、安全可靠等特点.     

昔格达地层引水隧洞支护施工技术及颗粒离散元模拟

根据攀西地区昔格达地层的基本特性,提出了昔格达地层引水隧洞的施工支护关键技术,并结合攀西地区某铁矿采矿场引水隧洞施工中的塌方治理问题,采用了颗粒离散元(particle flow code,PFC)方法对塌方进行了模拟.结果表明,该类围岩隧洞的施工中,应坚持掘进前先超前支护、掘进中初期支护和二次衬砌紧跟的施工理念,一旦...     

掘进面沿顶钻进消突力学模型及配套钻具研究

对于掘进具有突出危险性的高应力易塌孔煤层,面临着掘进工作面消突困难问题.为解决煤巷掘进工作面快速掘进这项技术难题,提出沿顶钻进区域性消突方法,通过建立沿顶钻进力学模型,从力学的角度分析沿顶钻进施工后,掘进工作面煤孔解放层周围应力变化情况,验证该方法的可行性;研制高强度、高韧性钻具,完成配套的沿顶钻进工艺装备,为现场工业性试验提供完备的技术和装备支持.研究结果表明,沿顶钻进能够有效避免塌孔,有利于煤体应力释放,是解决掘进工作面难以施工钻孔、快速消突的有效技术手段.     

基于优化BP神经网络的TBM性能预测

由于隧道掘进机(tunnel boring machine,TBM)掘进速度与机器参数、岩体参数之间的非线性关系复杂,难以准确预测,为了构建可靠的TBM性能预测模型,分析TBM掘进速度的主要影响因素,提出应用模拟退火算法(SA)和遗传算法(GA)优化BP神经网络的TBM性能预测模型,并使用吉林引松供水工程的TBM数据库对GA-BP模型和SA-BP模型进行训练测试。结果表明,与传统BP神经网络方法相比,优化后的模型预测泛化性更好,且精度明显提高。优化后的BP神经网络能在一定程度上克服易陷入局部最优的缺陷,应用于TBM性能预测具有良好表现。     

松软煤层巷道掘进快速消突技术应用研究

针对严重突出的松软煤层巷道掘进防突难度大、措施效果不理想、掘进进度缓慢、矿井采掘抽平衡失调、生产接替紧张等问题,通过分析比较超前排放钻孔、浅孔抽放、松动预裂爆破和水力挤出等4种常用防突措施的施工工艺、消突机理和适应条件,认为水力挤出是适宜于松软煤层煤巷掘进快速消突的技术措施.依据水力挤出防突技术设计,进行了松软煤层煤巷掘进时水力挤出快速消突的应用实验.实验结果表明,水力挤出防突措施工艺简单,实施过程短,工时消耗少,措施效检超标率低,可成倍提高掘进速度.     

突出煤层巷道掘进隐伏构造微震超前探测技术应用研究

介绍在突出煤层巷道掘进过程中,通过布置传感器实时采集微地震信号,利用微震监测技术超前探明了掘进巷道采动影响区顶底板的隐伏断层(构造)空间状态及其影响范围,从而实现对地质异常区域进行及时微震预警,通过采取科学合理的针对性安全技术措施,保证突出煤层巷道掘进施工安全。     

刀盘掘进过程动态仿真

刀盘是岩石隧道掘进机(TBM)开挖岩石的关键部件,通过试验或者现场施工数据得到其与围岩的相互作用规律极为困难。利用数值模拟方法,在ABAQUS/Explicit环境下建立了模拟刀盘掘进的三维分析模型。采用扩展的DruckerPrager非线性弹塑性模型作为岩体的本构模型;应用包含单元删除功能的损伤失效准则模拟切屑的形成及分离,并基于显式积分算法实现了TBM刀盘掘进全物理过程的直接数值模拟,得到了刀盘的动态掘进载荷以及掌子面岩体的损伤失效状态。仿真结果表明:对于所选定的岩石力学参数,当推进距离达到8.5 mm时,掌子面岩体全面损伤,刀盘进入稳定掘进阶段;在掘进过程中,刀盘载荷波动剧烈,其第1阶主频约为刀盘转动频率的2倍。上述模拟方法可以为TBM掘进过程的分析提供有效的工具。     

复杂条件煤巷掘进顶板控制数值模拟及应用

为了解决刘庄煤矿大断面煤巷复合破碎顶板稳定性难于控制,制约快速掘进,影响安全施工和巷道维护这一重大工程问题,运用FLAC3D数值模拟分析,对巷道断面和支护进行优化设计,提出人造拱形断面及滞后迎头一段距离的弱化支护技术,实现了最高月掘进1 510m的好成绩,为煤巷快速掘进顶板控制提供了保障。     

新建盾构隧道下穿既有构筑物施工的力学机理

为了研究盾构隧道下穿既有构筑物以及盾构机身施工振动对地面产生的影响规律和程度,以深圳地铁16号线下穿既有构筑物工程为研究对象,采用数值模拟软件迈达斯GTS NX,完整再现施工的动态过程,通过数值模拟计算结果和实测数据的可靠性分析,研究盾构施工掘进速度对地面沉降的影响分析、盾构隧道施工掘进压力不同对地面沉降的影响和盾构刀盘掘进掌子面产生的振动对地面构筑物的振动影响。研究表明:其他掘进因素不变情况下,掘进速度越快,掘进压力越大,地面沉降越小。盾构刀盘掘进振动对地面的影响符合相关规范,施工中应该根据实际经济预算情况,合理选择掘进参数。     

不同含水条件下巷道掘进面破裂红外辐射特征试验研究

针对巷道掘进面前方含水构造(干燥无水、无压水、承压水)难以判别的问题,通过开展不同含水条件下粉砂岩双轴加载试验,利用红外热像仪对岩石破裂过程进行监测,分析巷道受压过程破裂演化规律及温度场时空演化特征.结果表明:不同含水条件下的岩石破裂过程大致分为4个阶段,且加载过程岩石表面平均红外温度均随着载荷呈线性增加;若岩石破裂前...