突水矿井动水巷道骨料灌注截流可视化平台研制与试验研究

通过骨料灌注法进行动水巷道截流堵水是矿井淹没后进行救援和复矿的重要方法。为研究骨料灌注截流堵水机理,基于水头高度、流速、巷道尺寸、倾角、糙度、骨料粒径、灌注速度等因素建立大型骨料灌注截流试验平台,并依托平台进行单孔、多孔灌注试验,分析动水巷道骨料运移堆积规律。结果表明:骨料正常灌注期间堆积体具有向下游运移生长的特性,迎水面和背水面由涡流控制的坡脚形态存在差异化现象;低流速条件下骨料会快速接顶且孔间存在空腔,高流速条件下孔间堆积体逐渐接龙、灌注量在下游相互叠加;残余过水通道沿截面呈U形分布,存在扰流接顶效应、空气掏蚀效应、堵孔效应、溃坝冲刷效应等典型动力学现象;结合解析法和数值法,对骨料颗粒的起动速度及典型现象进行计算和模拟,验证了试验平台的可靠性;通过浆液灌注实验验证浆液配比和骨料粒径对注浆效果存在重要影响,浆液在骨料堆积体中存在“上多下少”的空间分带性。试验平台的研制对截流堵水工程技术优化具有指导意义。      

过水巷道中骨料起动力学机制及两相流耦合模拟

为研究动水巷道中骨料堆积状态与巷道倾角的内在关系,建立动水环境不同倾角巷道中骨料颗粒的起动判据,基于计算流体力学和离散元法建立描述骨料灌注过程的固液两相流耦合模型（CFD-DEM）,对5~10 mm、10~30 mm、30~50 mm骨料颗粒组在不同堆积厚度下的起动速度和水流携砂能力进行测试,并模拟各粒径颗粒组在不同倾角巷道中的静水休止角和动水运移规律。结果表明:起动速度在上山巷道、水平巷道、下山巷道依次减小,3种工况下骨料起动速度的平方之比值为:（tanΩcosθ+sinθ）:tanΩ:（tanΩcosθ-sinθ）;堆积体形态由流场与灌注能力的动态平衡状态所决定,当流场的携砂能力远小于灌注能力时接顶容易,反之接顶困难;巷道倾角对堆积体相对于水平线的休止角没有影响,在相同流速条件下骨料在下山巷道中堆积形态被“拉长”不易接顶,上山巷道中被“压缩”相对容易接顶;上山段截流可降低施工难度,截流位置确定后应根据巷道倾角实时调整灌注参数,下山巷道骨料粒径适当增加,上山相应减小,使堆积长度和高度同步“生长”实现快速截流。研究成果对截流工程选址和骨料灌注参数设定具有重要指导意义。      

快速封堵巷道顶板高压大流量集中涌水的井下骨料添加工艺

为解决注浆封堵巷道顶板高压大流量集中涌水时注入的浆液被涌水冲散流失的问题,提出了利用井下钻孔在涌水裂隙内添加骨料阻水的工艺。井下钻孔内注入骨料要使用骨料添加器,利用注水方式把骨料推送到涌水裂隙中去。以某矿FL8-1处的巷道顶板涌水堵漏为例,对井下钻孔骨料添加工艺技术要求进行了较为全面的介绍。指出注浆连通试验是判断钻孔内是否具备注入骨料的重要手段,当试验时钻孔内注入的水泥浆在极短时间内全部跑出时,说明导水通道宽大、直短,适合注入骨料,注入时要采用粗细结合的方式进行;相反,与涌水点连通性差的钻孔内则不具备注入骨料的条件。     

麦垛山煤矿送料孔施工技术

为解决麦垛山巷道掘进喷浆输料困难等问题,设计施工了Ф558．8mm、深度536．27m的送料孔。介绍了该孔的钻孔施工及固井工艺。     

煤系古风化岩相似材料配比研究

为制备具有力学性质递变特征的相似材料试样,本文通过水泥石膏相似材料的配比试验,得到了两种骨料(标准砂和河沙)相似材料力学性质与配比间的关系.在拟合河沙相似材料的室内力学测试数据的基础上,得到了配比值关于抗压强度和弹性模量的确定公式.试验表明:用水量、成型压力和平均骨料粒径对相似材料的力学性质均有不同程度的影响,在制样过程中需要加以控制; 低强度相似材料的抗拉强度不易控制,而单轴抗压强度和弹性模量对配比的变化有明显响应; 河沙相似材料的力学性质与配比间呈明显的线性关系,而标准砂相似材料存在临界骨料含量和临界水泥含量表现出明显的非线性特征; 在调整配比所能实现的抗压强度和弹性模量的变化范围内,相似材料能够较好地模拟单轴抗压强度大于3MPa的风化岩.     

工业废铁链在煤矿特大动水条件下溃水灾害的应用

在牛儿庄矿特大溃水事故的治理中，利用工业废铁链作骨料，建立短距巷道堵水塞，并进行孔组并列式双液注浆技术，是治理煤矿突水事故的一项行之有效、经济合理的手段与方法，为综合治理水患提供了一条新的途径。     

中速喷浆法的研究与应用

利用建立人模拟旋喷装置，对喷浆提速进行了研究。模拟试验成果及初步分析表明，适当提高喷浆速度，不会影响成桩质量，在广州工地施工试验表明，钻孔孔口反浆后，中速喷浆，可节约水泥，而桩的承载力不变。     

混合充填骨料胶结充填强度试验与最优配比决策研究EI北大核心CSCD

将全尾砂作为充填料进行充填法采矿,不仅可以降低采矿成本,而且还能够实现固体废弃物资源化利用,同时将固体废弃物充填地下保护环境,维护生态平衡。由于尾砂粒径较细,需要与棒磨砂、戈壁砂混合作为充填料应用于充填采矿,有必要开展混合充填骨料的配比优化研究。首先,分别测试了棒磨砂、戈壁砂和尾砂3种骨料的粒径级配和不均匀系数。然后进行了9组配比的胶结充填体强度试验,在该基础上对试验样本进行训练,建立了神经网络预测模型。最后采用该预测模型,进行混合充填骨料正交设计方案的充填体强度预测,并分别采用极差分析和回归分析,揭示了充填体强度与混合充填骨料特征值之间的关系。研究发现,混合骨料平均粒径和不均匀系数不同,充填体早期和后期强度存在显著差异;平均粒径较小的混合骨料早期强度较高,而平均粒径较大者则更利于提高充填体的后期强度。     

混合充填骨料胶结充填强度试验与最优配比决策研究

将全尾砂作为充填料进行充填法采矿,不仅可以降低采矿成本,而且还能够实现固体废弃物资源化利用,同时将固体废弃物充填地下保护环境,维护生态平衡。由于尾砂粒径较细,需要与棒磨砂、戈壁砂混合作为充填料应用于充填采矿,有必要开展混合充填骨料的配比优化研究。首先,分别测试了棒磨砂、戈壁砂和尾砂3种骨料的粒径级配和不均匀系数。然后进行了9组配比的胶结充填体强度试验,在该基础上对试验样本进行训练,建立了神经网络预测模型。最后采用该预测模型,进行混合充填骨料正交设计方案的充填体强度预测,并分别采用极差分析和回归分析,揭示了充填体强度与混合充填骨料特征值之间的关系。研究发现,混合骨料平均粒径和不均匀系数不同,充填体早期和后期强度存在显著差异;平均粒径较小的混合骨料早期强度较高,而平均粒径较大者则更利于提高充填体的后期强度。     

中速喷浆法的研究与应用

利用建立室内模拟旋喷装置，对喷浆提速进行了研究。模拟试验成果及初步分析表明，适当提高喷浆速度，不会影响成桩质量。     

软岩隧道围岩加固方法优化对比试验研究与分析

为解决软岩隧道工程的支护优化设计问题,研制出力学曲线与原岩相似的模型材料,形成软岩工程常用的支护设计方法对应的物理模型,即锚杆支护、锚喷支护、锚杆加长的锚喷支护,加上毛洞模型作为参考模型,4种平面模型形成三维模型后,置入大型真三轴模型试验机,在模型边界相同的条件下对软岩隧道的支护方法进行研究。试验结果表明：不同的支护方式具有不同的超载能力和不同的破坏特点;该相似模型材料对软岩大变形特点具有良好的适用性。试验还为软岩隧道支护设计提供了可靠的研究基础。     

水泥-粉煤灰浆液在水电站隧洞灌浆中的应用

针对三叉水电站引水隧洞Ⅳ标段围岩地质条件,详细分析了水泥-粉煤灰浆液在该工程引水隧洞灌浆中的应用情况。从应用情况综合分析可以得出,隧洞灌浆采用水泥-粉煤灰浆液是可行的,完全能满足设计要求,在保证灌浆质量的前提下,可以降低部分施工成本,具有较好的推广应用价值。     

隧道高陡仰坡稳定性分析及兼顾景观的防护工程优化设计

在综合考虑不同的岩土类型、结构面发育状况、风化程度等多种因素的基础上，选取相应的计算模式进行隧道高陡仰坡稳定性分析，并针对其不同的边界条件提出喷混植生、挂网喷锚、放射状布置锚索框架等兼顾景观的仰坡防护方案。     

地质钻探复杂地层固壁堵漏新工艺

基于现有地质钻探护壁堵漏技术手段的局限性和约束性,本文提出一种新的复杂地层固壁堵漏工艺。在钻遇松散破碎地层的孔段时,将一个喷嘴下入孔内,到达松散破碎段附近,然后把浆液高速、均匀地喷射在其周围,达到加固孔壁、堵塞漏失通道的效果。通过三维建模软件Solid Works建立此喷嘴的4种模型,并使用CFD软件Flowsimulation对4种模型进行了模拟和分析;通过改变喷嘴出口角度,对喷嘴内流体流场速度、压力等物理量进行仿真分析。结果表明:进口体积流量为50 L/min时,除了出口角度为60°的模型出口端泄压较为严重外,其余3种模型喷嘴内部压力分布基本无变化;出口角度不同的喷嘴其喷射速度差异明显,出口角度为30°时,喷嘴的喷射速度最大,达到1.25 m/s,使浆液能够喷射渗入地层进行有效地固壁堵漏。     

隧道软弱断层破碎带施工控制技术研究

以正阳隧道软弱断层破碎洞段为研究对象,分析了施工过程中出现的坍方、拱顶落石、掌子面涌泥、支护开裂剥落等造成施工障碍的工程难题,结合隧道所处地质条件、地理位置及施工措施等因素拟定安全施工控制技术方案,施工实践效果良好,可供同类工程参考。     

城市沥青路面泛白的成因探析和对策

为解决沥青路面泛白,提高路面的耐久性,从沥青混合料中材料的选择、施工配合比和集料级配的性能检验、空隙率和压实度控制以及日常养护等方面探析了沥青路面泛白的成因,并提出相应的防治措施。     

软土地层盾构隧道结构整体抬升实践

软土地层盾构施工易沉降过大导致轴线偏差,出现调坡困难,甚至影响后期列车运行速度,注浆抬升是轴线偏差治理的一种方法。宁波轨道交通某区间在施工过程中因对地层变化理解不彻底,导致沉降过大,调坡困难,为了不造成结构破坏,不影响工程工期,使隧道线型得到改善,对隧道结构整体抬升进行了实践。通过对地质情况分析,结构验算,注浆工艺研究,提出了下部注浆,内部支撑,实时监控,即时调整的思路,在注浆过程及时调整浆液。经过精细化管理,该区间最大稳定抬升量达3 cm。工程实践表明,注浆工艺和内部支撑对抬升阶段通用环管片结构安全起到重要作用,浆液的选择对后期稳定非常重要。该工程探索了软土地层盾构隧道不均匀沉降治理、控制措施,可为其他盾构隧道沉降治理提供参考和抬升设计提供依据。     

超细尾砂胶结充填体强度计算模型及应用

超细尾砂已成为充填材料的主要来源。为了便于充填料浆配合比设计与强度预测,基于超细料浆微观结构,提出用固体填充率表征充填料浆结构密实程度。选用某矿山超细尾砂进行了63组配合比强度试验。研究结果表明：固体填充率和水灰比与充填体无侧限强度分别呈指数函数和负幂函数关系。采用Pearson理论对试验样本进行相关性分析,结果表明：固体填充率与水灰比相互独立。在此基础上,建立了超细尾砂胶结充填体双变量强度计算模型,模型计算值与试验值的误差在7%以内。进行了超细尾砂胶结体强度随养护时间增长的试验,基于试验数据拟合规律,提出了强度龄期数学模型,建立了三变量强度计算公式。模型能准确预测矿山充填体强度,且能有效指导矿山充填料浆设计。     

柏井采空区地基注浆加固技术

通过目前国内外现有资料的对比研究，对严重影响石太高速公路修建和运营的柏井采空区采用压力注浆的方法，充填采空区上覆的裂隙冒落带，以达到加固地基的目的。灌注材料选用水泥和粘土，水固比为１：１．５，依据地面构造物不同，在桥涵地段采用１：０．８：０．７（水：水泥：粘土，下同）的配比，在边坡地段采用１：０．５：１的与比，在一般路段采用１：０．３：１的配比，灌注浆液的结石体在采空区及上覆的裂隙冒落带中充填率达