地浸采铀工程工艺水余热供暖回灌水防冻技术研究

中国某地浸采铀工程采用工艺水余热供暖,经过换热后工艺水温度4℃左右,需要经过长距离的室外管道输送后回灌。项目所在地为寒冷区,最大冻土层深度2.4 m,室外最低温度-32℃,为解决回灌水冻结问题,现场对冻土层温度进行监测。试验结果表明:土壤层距地面0.5、1.0、1.5、2.0、2.4 m处最低温度分别是-7.4、-4.5、-1.6、-0.5、0.0℃;管道周围土壤形成的以管道为中心的"冻融圈"可以防止管道内输送液体在短时间内冻结。通过对比4种管道埋设方案,推荐本项目中回灌水管道采用浅埋敷设不保温方案,施工简单,运行时不会完全冻结,安全可靠,节约工程投资。     

铁路隧道断层带复杂地层冻结工程中注浆对冻结的影响

程儿山隧道F2断层破碎带冻结工程采用地面垂直群孔方式冻结,冻结段水平长度56.44m,冻结深度234m,布置5排共128个冻结孔。其中有29个冻结孔施工中进行了注浆,主要注入水泥-水玻璃双液浆,以确保顺利成孔。由于水泥-水玻璃双液浆结石体凝固过程中,释放出大量的热量;加之水玻璃属弱酸盐类,冰点较低,不易结冰,冻结时温度降到0℃后,需持续很长时间,最长达37d,才能降到-0.5℃以下。受注浆影响的区域,温度降到-0.5℃以下后,迅速下降,不再受注浆影响。表明冻结受注浆影响只是暂时性的,可用延长冻结时间的方法来加以解决。     

西北地区风化岩土体冻结特性及抗压强度分析

陕北侏罗纪煤田榆横矿区松散层较厚,岩石风化严重,冻结井筒施工设计需要依据表土和风化岩石的冻结特性和力学参数。目前对于风化岩土体的冻结特性及力学性质尚未有研究,根据榆横矿区钻孔风化岩土体取样,对细砂、黏土、细粒砂岩、粉砂岩和砂质泥岩试件进行了冻结温度、冻胀特性和冻结单轴抗压方面的试验研究。结果表明:表土的冻结温度介于-1.0～-1.5℃之间,风化岩层冻结温度相对较低,介于-2.5～-3.0℃之间;表土的冻胀率和冻胀力明显大于风化岩石;随冻结温度的降低,试件的抗压强度逐渐增大,且增长幅度呈加快的趋势;冻结温度对细砂、黏土和粉砂岩抗压强度的增强幅度相对较大,对细粒砂岩和砂质泥岩的增强幅度相对较小。     

聚氨酯在浅部地层冻结管保温中的节能研究

针对冻结施工中浅部地层冷量散失,产生的冻胀危害永久井架安全的情况,将单管稳态导热温度分布曲线用于冻结管保温层及周围土体的温度分布,得出土体显热散冷量公式,然后结合相变换热公式分析冻结管在保温前后周围土体的相变换热量,最后给出工程实例测温数据及数值拟合曲线,验证单管稳态温度分布曲线的适用性。数据分析表明:159 mm冻结管经50 mm聚氨酯保温后,壁外降温幅度约为保温前的50%,冻结管外3 m范围内温度降幅明显;未保温冻结管管外1m处温度降至0℃需60 d,而保温后则需210 d以上,同样冻结期内产生相变土体体积远小于未保温情况,从而节省大量潜热耗冷量。     

多风井混合式通风矿井反风演习实践

为探究全矿反风风速对硐室火灾烟气蔓延的影响,利用FDS火灾数值模拟软件构建矿井巷道三维模型,模拟全矿反风风速为1.0、1.5、2.0、2.5 m/s条件下的火灾场景,分析不同反风风速下硐室左右两侧烟气浓度和巷道内能见度的变化情况。研究结果表明：当全矿反风风速为1.0 m/s时,巷道进风侧风流紊乱,烟气出现明显回流现象;随着反风风速的增大,进风侧风流方向开始反转,巷道内能见度和风流反向速率不断增大;反风风速为1.5~2.0 m/s较合适,且当针对硐室火灾事故采取救灾救援措施时,反风风速需确保大于临界风速2.5 m/s。

     

砂垫层基础可防冻害

大兴安岑地区,室外最低气温为零下45℃～52℃,土壤冻结深度达2.8～3.5米,其下部有0.8～1.0米厚的永久冻结层.在平房及二层建筑设计中,习惯将基础埋到1.5～2.5米深,没有达到防冻深度.因此,尽管采用基础圈(环)梁,门窗洞口等薄弱处仍普遍出现裂缝.     

热电厂循环冷却水系统优化运行与凉水塔防结冰研究

冬季运行时2台机组供热抽汽、凝汽器排汽、真空度、排汽饱和温度、冷凝器冷却负荷等运行工况不变,循环水系统由2泵2塔运行,改为1泵1塔运行,循环水量为1200 m3/h。此时凉水塔底池水温度升高5℃左右,冷凝器进水温度为12℃左右,出水温度22℃左右。     

冻结壁形成特性预报与冻结调控机制在赵固二矿西风井中的应用

赵固二矿西风井井筒穿过冲积层厚704.6m,是我国第四个穿过700m冲积层的井筒。砂性土层最深控制层位冻结壁设计厚度10.3m,平均温度-21.5℃|粘性土层最深控制层位冻结壁设计厚度9.9m,平均温度-19.0℃,掘进模板段高2.5m。调控实现不同层位冻结壁设计厚度、平均温度、井帮温度,不仅能检验冻结方案设计的科学合理性,还对该井冻结段安全经济、快速施工具有重要意义。本文介绍了该井开展冻结壁形成特性实测分析、工程预报及对冻结过程调控,实现了冻结壁设计指标,取得超700m深厚冲积层冻结段安全快速施工成功案例。     

高寒区冻岩爆破机理分析及力学特性试验研究

高海拔寒区矿山气温低,岩石常处于冻结状态,且上覆冻土层,爆破机理不明,爆破效果难以控制。将理论分析与室内试验相结合,分析了低温冻结条件下岩石爆破破碎机理及岩石主要力学参数变化规律。从非冻结岩石爆破破碎基本理论出发,阐述了岩石爆破破碎机理的3种较为流行的理论基础,分析了冻结岩石的爆破破碎机理。此外,开展了20℃、0℃、-5℃、-15℃、-30℃条件下岩石动静力学试验。结果表明,相同冻结温度下,岩石动态强度显著大于静态强度;随着温度的降低,岩石的动静态强度逐渐增大,岩石力学参数均呈现出线性相关关系;冻结条件下,岩石内部结构更为紧密,整体承载能力大幅度提升,岩石的爆破难度增大。研究结果可为高寒区现场爆破参数技术优化提供重要依据。     

325综采工作面蹬空回采技术

1工作面概况祁南矿32采区325综采工作面煤层厚度2.0～4.5m,倾角10°左右,煤层黑色,粉末状、块状混杂,赋存较稳定,硬度大于1.0,中部含泥质夹矸。直接顶为块状赋存,较完整稳定,向上为1.0～2.0m厚的泥岩、泥质粉沙岩及0.2m左右的煤线;煤层直接底为1.0m后的泥岩。埋深390～470m。水文地质条件较为简单。腰巷掘进施工过程中遇到一条逆断层(F6),其走向290°,<65°,H=4.5m,影响范围仅有47m,给综采工作面回采带来困难。腰巷采用锚杆支护,跟煤层顶板按中线施工。净宽×中高=2700×2400mm,顶板高性能锚杆配合W4钢带和金属菱形网,20×2400mm锚杆,间排…     

全矿反风风速对硐室火灾烟气影响的数值模拟

为探究全矿反风风速对硐室火灾烟气蔓延的影响,利用FDS火灾数值模拟软件构建矿井巷道三维模型,模拟全矿反风风速为1.0、1.5、2.0、2.5 m/s条件下的火灾场景,分析不同反风风速下硐室左右两侧烟气浓度和巷道内能见度的变化情况.研究结果表明:当全矿反风风速为1.0 m/s时,巷道进风侧风流紊乱,烟气出现明显回流现象;...     

大管径高温直埋蒸汽管道设计浅析

高温蒸汽管道由于介质温度高,管径大,在直埋敷设时存在一定的特殊性,直埋敷设难度较大。对大管径直埋蒸汽管道设计方法进行探讨,结合实例,详细分析了直埋蒸汽管道在设计中的技术特性。以较经济的保温厚度、墩距、补偿器、补口、支点、节点的量的选定及处理方案,确保管道的安全可靠运行。     

大倾角煤层回采巷道底鼓机理及控制技术

针对庞庞塔煤矿5-107工作面回采巷道底鼓严重这一问题,分析了采动影响下回采巷道底鼓机理,建立了回采巷道受采动影响的底鼓力学模型,并进行了受力分析;同时,采用FLAC~(3D)模拟研究了回采巷道的变形破坏规律。研究结果表明:采用底板开挖卸压槽的方式控制回采巷道底鼓效果显著,卸压槽深度0.5、1.0、1.5、2.0 m对应的最大底鼓量分别为302.6、256.5、217.8、170.0 mm;随着卸压槽深度增加,最大底鼓量逐渐减小且巷道拉底次数明显降低,产生非常可观的经济效益。     

两种斜井冻结方式的温度场模型实验研究

受高精度小倾角斜井冻结孔钻机缺乏的限制,斜井冻结施工多采用竖直孔冻结方案,造成能源的极大浪费。通过建立大型三维冻结模型试验台,研究了采用竖直孔和倾斜孔两种冻结方式下斜井冻结壁的温度场分布规律,对比分析了不同施工阶段的冻结壁扩展和解冻差异。研究结果表明,在积极冻结期,竖直孔冻结方案中冻结壁较快达到设计要求,整个冻结范围内温度分布均匀、冻结范围更大;在维护冻结期,竖直孔冻结方案中冻结壁顶板和底板的解冻厚度在100mm左右,而倾斜孔冻结壁解冻范围比较稳定,受开挖影响小。轴向冻结冻结壁顶板平均温度均能维持在-6～-5℃,而且在连续开挖后,依然能够保持长期稳定。而竖直孔冻结时,顶、底板平均温度为-4～-2℃,侧帮平均温度为-5～-4℃。     

华南下扬子区现今地温场特征

在前人研究成果的基础上,整合了新近获取的地温数据,基于下扬子区66口钻井的试油温度数据及岩石热物性参数资料,分析了该区现今地温梯度、大地热流及1 000 ～5 000 m埋深处的地层温度的分布特征.研究表明:该区大部分的现今地温梯度为18 ～ 25℃/km,其中,苏北盆地地温梯度较高(平均为30℃/km);全区现今大地热流为48～80 mW/m2,平均为60 mW/m2,与全球大陆区平均热流相当.深部地层温度估算指出,该区北部4 000 m埋深处的温度已达150℃,区内主要古生界海相烃源岩层系目前为高-过成熟的生气阶段,具有适宜页岩气保存的温度条件.     

高应力强膨胀泥岩底板煤层少留底煤综放开采技术研究

为解决亭南矿井留2m左右的厚底煤开采导致的矿井丢煤严重的问题,分析了304综采工作面煤层底板岩层特征及底板膨胀性能分级。并从回采巷道布置方式、回采巷道支护方式、回采工艺等方面研究了少留底煤综放开采的关键技术,最终确定亭南矿304工作面回采巷道采用留设2.0m底煤的布置方式,在开采期间分两次落底1.5m,工作面留设0.5m底煤推进。结果表明,采用此方法,在304综放工作面多回收煤炭62万t,占留设2.0m底煤资源量的25.7%,大幅提高了工作面的经济效益。     

榆神矿区地下水和干旱指数对植被耗水的联合影响

为研究干旱矿区地下水位下降和气侯变化对典型植被耗水的联合,选择榆神矿区优势植被沙柳为研究对象,以干旱指数表征气候变化,在野外调查、室内测试及原位试验的基础上,采用有限元算法分析不同地下水位埋深和干旱指数组合条件下的植被耗水特征。研究结果表明:植被生长受干旱指数和地下水位埋深的双重影响,当地下水埋深为1.0～2.0 m处,植被耗水主要受地下水控制;地下位水埋深为2.0～2.5 m时,植被耗水受地下水和干旱指数的双重影响;地下水位埋深大于2.5 m时,植被耗水主要受干旱指数影响;单指数模型可以很好的拟合地下水埋深和植被实际蒸腾量(T_a)与潜在蒸腾量(T_p)比值(T_a/T_p)的关系曲线,其相关系数高达0.99,利用单指数模型和T_a/T_p的比值可以反求出枯水年、平水年和丰水年条件下的植被生态临界地下水位,不同水文年的植被生态临界水位有差异性,认为当地下水位埋深大于1.24 m(平均),植被生长受到水分胁迫,当地下水位埋深大于2.06 m(平均),植被出现退化现象;同时,采煤引起地下水位下降对植被生态的影响是有限的,只有当采前地下水位埋深为1.0～2.5 m时,地下水位下降才会引发植被生态退化;当采前地下水位埋深大于2.5 m时,采煤引起地下水位下降基本对沙柳的生长不产生影响,此时植被生态退化主要受气候变化影响。目前,榆神矿区采前地下水位埋深普遍大于2.5 m,影响矿区生态环境的主要控制因素是气候变化(降水量),考虑到近年来榆神矿区降水量有增大趋势,因此出现"虽然地下水位明显下降,但是生态环境局部转好"的现象。     

液氮冻结法在含流水地层斜井封水中的应用

为了快速修复某矿斜井流水地层中冻结帷幕的缺口,基于液氮低温高效原理,提出了采用液氮冻结技术对含流水砾石层实现快速冻结的方案,采取了加大液氮供液管在流水砾石层位置的开口密度、增大液氮流量、调低回气温度等措施来保证砾石层冻结帷幕的交圈。测温数据表明:积极冻结110 h后,测1孔24 m层位温度降至-31.3℃;积极冻结160 h后,A1孔24 m层位温度降至-10.3℃。冻结结束后,井下抽水,水位不变。     

某严寒地区尾矿库冬季放矿方式可行性分析

严寒地区尾矿库放矿方式不当会在沉积滩产生放矿冰冻层,影响尾矿坝正常渗流及抗滑稳定性。以某严寒地区尾矿库冬季放矿方式为例,理论计算了矿浆流的温降距离及冻结距离,进行了冬季放矿滩面状态调查及放矿参数监测,根据勘探取样及孔内测温确定了尾矿堆积体内冰冻层赋存情况及温度变化规律。结果表明：矿浆流冻结距离远大于其温降距离,流动的矿浆进入冰盖层前不会冻结。集中放矿能很快形成放矿流道,沿流道流动至冰盖层处进入水下,流动矿浆对周边冰冻层起到了融化作用。堆积坝面以下范围冻土层已彻底融化,库区范围冻土层分布于沉积滩以下20 m左右,最大冻土厚度为2～3 m。冰冻层以下地层未见冻层,且随深度增加,堆积体内部温度逐渐升高至10℃左右。结果说明,该尾矿库冬季放矿方式是可行的。冰冻期末恢复坝前放矿前,通过对坝前滩面表层冻层采取破冰作业破坏其完整性,加快其融化速率,降低冰冻层对坝体渗流及稳定性的不利影响。     

丁集煤矿风井深厚粘土层段冻结施工技术

通过对淮南丁集煤矿风井井筒深厚粘土层段冻结施工技术的分析,总结出了安全快速施工的技术经验:一是采用强化冻结措施,保证井帮温度达到设计要求,进而保证冻结壁强度满足安全施工要求(垂深400m左右的深厚粘土层,井帮温度应控制在-8.0℃以下)。二是采用短段掘砌方式施工,缩短井帮暴露时间,减少冻结壁变形;同时尽可能提高外壁混凝土早期强度,使外壁能承受住早期冻结压力的作用,防止被压坏。