粉质黏土地层盾构隧道下穿河流地表变形研究

以苏州地铁6号线双线盾构隧道下穿外城河为背景,结合盾构下穿河流施工工艺,借助Midas数值模拟与现场监测数据对地表位移及管片变形规律进行研究。重点讨论了盾构施工中注浆压力和注浆材料对地表变形的影响。研究结果表明：在双线隧道开挖的过程中,地表隆起有叠加效应,最大隆起值达到了2.86 mm,约为单线隧道开挖的最大变形量的1.5倍,最大地表隆起出现在两条隧道轴线连线中点偏向后行隧道一侧。地表的最大水平位移发生在双线隧道左上及右上两侧。左、右线管片整体上浮,最大竖向位移出现在两隧道中间内侧偏下的位置,右线管片左下侧变形明显大于左线右下侧变形,但变形趋势大致相同,呈对称分布。讨论了不同注浆参数对地表位移的影响,为双线盾构隧道下穿河流施工引起的地表位移预测提供了参考。     

厚煤层综放开采窄煤柱沿空巷道支护技术

运用Mohr-Coulomb准则分析巷道围岩应力,并采用数值模拟软件FLAC3D模拟井下实际工作条件,总结巷道围岩变形规律并验证支护技术的有效性。通过井下监测,得出掘进影响下巷道最大变形量为38 mm,下区段回采工作面采动作用下巷道最大变形量为500 mm。数值模拟及工程实践表明窄煤柱沿空巷道围岩非对称性变形破坏得到了有效控制。     

大采高长工作面地表移动变形规律研究

为研究大采高长工作面地表移动变形规律,采用数值模拟、理论分析及现场实测的方法分析大采高工作面长度变化时对地表移动变形规律的影响,得到大采高工作面覆岩压力平衡拱达到极限状态而发生失稳破坏的临界条件和地表移动变形特征参数。研究结果表明：随着工作面长度的加大,在工作面倾向方向上由于覆岩离层导致冒落带高度范围、地表移动变形量、开采影响范围逐渐扩大,地表最大下沉量和最大水平移动量与工作面开采长度呈线性关系。     

基于Photogrammetry的非开挖施工地表变形检测技术研究

非开挖施工过程中由于往往受到埋深的限制，导致上部土体有效应力降低，进而产生地表变形，变形过大还会引起地表既有建筑受到破坏，所以量化检测其变形程度在地下施工中尤为重要。本文主要讨论了采用Photogrammetry技术检测非开挖施工过程中地表变形的主要方法和应用情况。Photogrammetry技术是一种非接触式的变形检测技术，主要通过影像手段获取目标点的三维变形大小。该方法需要从空间多角度对目标点进行摄影测量，获取连续的三维影像信息，通过Photogrammetry软件进行现场目标点重现，进而获取三维可视目标点坐标值。本文通过现场的检测，获取了地表变形的数据，提出了检测的方法，并对数据处理过程中检测精度提出了探讨。     

水平定向钻施工中地表隆起和劈裂冒浆计算分析及对策

地表隆起和劈裂冒浆是关系到水平定向钻施工环境安全的一种典型问题，控制不当往往引发上覆土层及地面变形破坏、污染环境等施工事故。通过钻井液压力作用条件下的上覆土层受力状态分析，对地表隆起和劈裂现象的形成机理进行剖析，找到这种现象产生的根本原因和主要影响因素，为水平定向钻工艺设计和施工环节防止发生地表隆起和劈裂破坏提供思路和依据，从而有效降低此类事故的发生几率和损失。     

高应力软岩条件下错层位外错式相邻巷道联合支护技术研究

针对孔庄矿7301运输巷受高应力软岩影响,巷道难支护、变形严重等问题,从构造应力、顶底板岩性和巷道布置方式及支护参数3个方面分析巷道变形原因,决定采用"错层位外错式相邻巷道联合支护技术",采用数值模拟对原巷道支护方式和相邻巷道联合支护技术在垂直应力分布和塑性区范围2个方面进行分析,结果表明相邻巷道联合支护可抑制塑性区扩展。现场监测表明,顶板最大下沉量为76 mm,最大底鼓量为38 mm,两帮最大内移量为135 mm,表明采用"错层位外错式相邻巷道联合支护技术"巷道围岩的整体支护效果得到明显改善。     

程潮铁矿残矿回收引起的地表变形规律及安全性分析

程潮铁矿残矿的回收条件复杂,在井下形成较多采空区,影响地表建筑物设施的安全性,因此,采用FLAC3D软件模拟分析残矿回收对地表沉降、水平位移、地表水平变形、倾斜变化和曲率变化的影响。结果表明,地表最大沉降值、最大水平变形值、最大倾斜及最大曲率分别为15.894cm,0.045mm/m,0.12756mm/m和0.00212mm/m~2,均远小于建筑物保护等级的要求,同时工程现场监测的数据与数值模拟分析的结果基本吻合,表明残矿回收对地表的安全性影响很小。     

深部大断面软岩巷道变形破坏机理及高预应力支护技术

针对兴跃煤矿2#煤层回风大巷围岩变形量大这一问题,基于弹塑性力学及巷道围岩控制理论,采用理论分析及数值计算的方法,对深部大断面软岩巷道的变形破坏机理及高预应力联合支护技术进行了研究,提出采用"锚杆+钢筋梯子梁+钢筋网+锚索"联合支护方案。现场工程实践表明,采用高预应力联合支护技术后,顶板下沉量为48 mm,两帮移近量为86 mm,底鼓量为120 mm,离层量控制在26 mm以内,效果良好,得出高预应力联合支护技术可以较好控制大断面软岩巷道围岩变形及顶板离层,提高巷道整体稳定性。     

软土中打桩施工不良影响的防范问题研究

采用有限元数值模拟对减少软粘土中打桩挤土影响的施工措施进行了分析.数值模拟表明采用预钻孔及设置隔离槽,可以有效控制打桩引起的地表水平位移及隆起.在设置隔离槽时,隔离槽靠近打桩点一侧的地表水平位移会增大.距打桩点越远,地表水平位移及隆起越小;控制打桩顺序对减小打桩影响的作用体现为已打入桩对土体竖向隆起的遮帘及使打桩点远离被保护构筑物.此外,强调了信息化施工在防范打桩施工不良影响中的作用.     

王庄煤矿孤岛面煤柱应力演化规律及支护技术研究

利用FLAC~(3D)数值模拟软件分析了王庄煤矿43M1孤岛工作面回采过程中煤柱内部水平应力和垂直应力的演化规律。基于数值模拟结果,提出了相适应的巷道支护方案,现场监测表明:采用支护方案以后,顶板、煤柱侧和实体煤侧最大变形量分别为485 mm、362 mm和335 mm,巷道围岩变形得到了有效控制。     

深部岩体岩芯饼化特征分析与原岩应力计算研究

以三山岛金矿地质勘探钻孔岩芯饼化现象为背景,详述饼化破坏特征,结合国内外多种推算地应力的理论计算公式,与现场岩芯饼化厚度进行大量对比计算,并基于矿区多个水平的地应力测量和岩石试验结果,得出了岩芯饼化薄饼与厚饼推算地应力的优势公式。通过3DEC数值模拟软件结合前期地应力测量成果模拟了钻孔过程以及岩芯根桩的应力分布,依据应力分区和优势公式推算了岩芯根桩不同应力分区的岩芯饼化厚度。区域Ⅰ,最大主应力为82～83.6 MPa,饼化厚度为7.7～7.9 mm;区域Ⅱ,最大主应力为80～82 MPa,饼化厚度为7.9～8.36 mm;区域Ⅲ,最大主应力为76～78 MPa,饼化厚度为8.79～931 mm。通过数值模拟兼理论计算获得的岩芯饼化厚度与现场实测误差在2 mm以内,为岩芯饼化现象研究提供了有益思路。     

割缝与压裂协同增透技术参数数值模拟与试验

针对古汉山矿低透气性煤层穿层抽采钻孔卸压不充分的问题,提出了割缝与压裂协同增透技术,基于弹性断裂力学和Biot经典渗流力学理论,采用数值模拟的方法,分析了割缝钻孔与压裂钻孔协同布置时不同条件下压裂裂缝扩展规律,确定割缝钻孔与压裂钻孔水平距离为4 m时压裂效果较好,缝槽相对于水平方向的倾角应避免为45°,割缝钻孔形成的缝槽可以控制压裂裂缝的扩展方向,裂缝影响范围内应力由约8 MPa下降至4 MPa以内。现场试验表明,距割缝钻孔2 m以内的煤体发生了位移,协同割缝钻孔的瓦斯抽采纯量是割缝钻孔的2.3倍,是普通钻孔的7.8倍,协同压裂钻孔的瓦斯抽采纯量是压裂钻孔的2.1倍,普通钻孔的5倍,瓦斯抽采效率显著提高。     

大采高仰斜综采工作面矿压显现规律研究

针对某矿701仰斜大采高工作面在高强度采动影响下引起的围岩控制难题,采用数值模拟、现场观测相结合的方法对其采场矿压显现规律进行了分析。结果表明,701工作面初次来压步距约为30 m,周期来压步距约为10 m;倾斜方向工作面两端先于工作面中部发生来压现象。通过工作面煤壁前方支承压力曲线分布可知,最大应力集中系数随工作面推进距离增加而增大。根据现场实测发现,工作面中部支架的工作阻力远高于工作面两端头,初次来压时,作用于工作面中部支架的最大载荷为40 MPa,周期来压期间为30 MPa左右。在两巷中实测顶底板及两帮移近量发现,采煤面推进至距离观测站10 m时,两帮最大移近量为416 mm,顶底板移近量为408 mm。     

矿山巷道矿压数值模拟推演及监测技术研究

为进一步掌握矿山窄矿柱沿空掘巷成巷技术,提高资源采出率。针对具体的生产地质条件,通过矿压监测、数值模拟等手段分析了窄矿柱巷道掘进、工作面推进和二次采动窄矿柱支承应力分布特征及影响。结果表明：1)巷道掘进期间,巷道前50 m压力较大,尤其是巷道两帮移近较为明显,两帮最大移近量约200 mm; 2)巷道掘进阶段、采动影响时期,回风顺槽与上运输顺槽之间留设5 m矿柱,形成较大的应力集中,矿柱内最大垂直应力为21.38 MPa,工作面前后方矿壁内的垂直应力约为30 MPa,应力集中系数约为3,影响范围约为84 m,矿柱最大垂直应力为41 MPa; 3)受二次采动影响,矿柱内的应力约为40 MPa,与一次采动相比变化不大,而应力峰值出现在工作面前方的三角区域,最大可达57.4 MPa,表明该区域是工作面回采期间的防治重点。矿压监测与数值模拟结果较为一致,进一步证明了研究结果的可靠性。     

大倾角煤层变角度综放工作面开采覆岩运移规律

大倾角煤层变角度综放工作面受倾角变化的影响,覆岩运移、矿压显现规律更为复杂。针对枣泉煤矿大倾角煤层120210变角度工作面综放开采条件,采用物理相似模拟实验和现场监测方法,对比研究了大倾角煤层变角度工作面和单一角度工作面综放开采覆岩运移规律。研究表明:120210工作面受不同倾角的影响,覆岩运移规律较单一角度工作面差异大,上部区域倾角26°,覆岩运移特征表现出倾斜煤层开采的特征,基本顶以"悬臂梁"结构形式发生破断运动,顶板平均压力23.7 MPa,分布均匀;下部区域倾角44°,覆岩运移特征表现为大倾角煤层开采特征,顶板垮落的矸石沿倾斜滑移充填采空区,顶板平均压力29.5 MPa,分布不均、变化范围大;中部区域过渡段覆岩运移既有倾斜煤层又有大倾角煤层开采特征,顶板平均压力27.15 MPa,分布较均匀,是两者转换的关键区域。根据工作面不同倾角区域覆岩运移、矿压显现特征提出大倾角煤层变角度综放工作面开采围岩控制原则,并依据此原则提出工作面分区域顶煤放出量控制方法。     

裂隙含水层水平孔注浆“三时段”浆液扩散机理研究及应用

邯邢矿区是典型的华北型煤田大水矿区,其深部的大采深高承压水矿井采用地面区域超前治理奥灰水害系列技术,其中多分支近水平定向钻探及注浆是实现区域超前治理水害的关键技术。此前对注浆浆液扩散机理研究很多,但都是以垂向注浆孔及水平裂隙建立水动力学与岩石力学研究模型。地面区域治理奥灰水害是水平注浆孔高压注浆,为此开展了奥灰裂隙岩体高承压水的水平注浆孔浆液扩散机理研究,提出了注浆“三时段”的划分,并给出水动力学表达式;分析了垂向裂隙面上浆液圆环扩散形态;建立了垂向裂隙中浆水分区水动力学模型,推导出浆液扩散半径与注浆压力间关系;在有可注性差的上边界条件下,对浆液扩散形变问题给出数值模拟方法;为水平孔注浆初设及注浆参数优化提供了理论和技术指导,在邯邢矿区应用效果明显。     

基于现场监测与数值模拟的浅层采空区稳定性分析

隐患采空区是目前影响露天开采矿山安全生产的主要危害源之一。随着台阶开采的不断剥离,露天开采境界内各台阶与地下空区群的隔离层厚度越来越薄,随时有可能发生采空区顶板坍塌事故。考虑到露天矿采空区地质赋存条件和围岩稳固性等特征,以弓长岭露天铁矿浅层采空区为工程背景,运用现场监测和数值模拟相结合的手段综合分析了浅层采空区的稳定性。将液体静力水准地表沉降监测系统的监测数据与FLAC数值模拟结果对比,调整蠕变参数使得数值模拟的蠕变速率与现场监测结果一致,而后据此进行未来结果的预测。最终根据地表沉降数据确定的蠕变参数取值为A=1.0×10^-12、m=1.75、n=0.35。研究表明:静力水准测点地表最大沉降位移为-9.8 mm,蠕变计算结果顶板最大垂直位移约20.4 mm,应力最大值约25 MPa,综合分析显示该采空区较稳定。上述研究提供了一种基于采空区现场监测数据的数值模拟蠕变分析方法,可为类似矿山采空区稳定性分析提供借鉴。     

水井钻进施工中若干问题的探讨

水井钻进施工过程中,受地层条件制约很大,本文就水井施工中泵量,泵压的选择及其与其它钻进技术和工艺参数的关系进行了理论探讨,以供钻井施工单位和钻井设备制造企业参考,希望在实践过程中,摸索出最佳的钻井工艺方案,进一步提高我国水井钻进技术水平。     

碎软煤层干式定向钻孔控尘技术研究

针对目前碎软煤层干式定向钻孔产尘量大、粉尘扩散严重的问题,提出一种钻孔孔口非接触式控尘技术方案,设计并研制出集尘罩样机。对集尘罩与钻杆间隙宽度、密封装置气缝宽度、控尘气幕压力等影响控尘效果的工艺参数进行了试验研究,得到了最佳控尘效果的工艺参数。研究结果表明,当钻杆与集尘罩间隙宽度为2.0 mm、气缝宽度为0.2 mm、排渣气体压力为0.3 MPa、控尘气幕压力为0.5 MPa时,粉尘质量浓度由540 mg/m³降低到15 mg/m³,控尘效率达97.2%。现场应用结果表明,使用集尘罩后控尘效率达到98.3%,取得了较好的控尘效果。     

濮阳3286m岩盐勘探深井高密度钻井液工艺

濮阳岩盐普查项目ZK0401孔设计孔深3280 m。在该孔钻探取心施工中,结合地层水敏性、地层压力及地温特点,试验采用了耐高温、高密度饱和盐水钻井液,并配以适宜取心钻探工艺,成功地实施了连续岩盐取心,实际终孔孔深3286 m,收到了良好的效果。重点介绍了钻井液体系配方的优选及钻井液工艺技术措施。