地铁盾构施工负环管片安全拆除条件及实例研究

盾构始发是盾构工法的重要施工工序之一,也是盾构施工中最容易发生事故的环节,关系到盾构隧道能否顺利掘进与及时贯通。以北京地铁为例研究了地铁盾构施工负环管片安全拆除条件问题,采用FLAC3D进行了三维模型计算分析,分析了负环管片的位移及反力架应力变化情况,实测了盾构始发段的土压力、注浆压力、盾构推力、负环管片位移、反力架应力变化规律;通过数值计算与实际监测结果的比较,给出了负环管片及反力架的安全拆除条件建议。结果表明:当负环管片的相对位移变化量趋近于零、反力架应力值基本趋于稳定时,隧道衬砌管片环与壁厚注浆及围岩之间的摩擦力足以平衡盾构推力,方能拆除负环管片与反力架。数值分析与实测结果相吻合,说明数值计算模型合理,结果可靠。     

厚黏土层冻结法施工的煤矿井筒安全监测分析

为及时掌握冻结法施工过程中煤矿井筒穿过厚黏土层时外壁受力及温度分布情况,采用信息化监测技术长期监测某矿井筒外壁的安全状况。研究2个监测水平冻结压力、混凝土应变、钢筋应力以及外壁温度随施工进度的变化关系。结果表明:冻结压力、混凝土环向应变、钢筋应力三者的实测最大值均小于设计值;混凝土竖向应变实测最大值虽大于设计值,但由于混凝土与钢筋共同受力作用,对井壁整体承载力影响不大,井筒仍处于安全状态。若外壁降温梯度大,则井壁混凝土极易产生裂纹,不利于后期防治水工作。     

轴压水压下井壁混凝土强度准则与承载力研究

为解决含水基岩段井壁结构设计安全性问题,基于相似模型理论,将混凝土强度等级、厚径比、配筋率作为井壁承载力的影响因素,设计并完成9组模型试验。采用轴压水压逐级加载方式,研究相应条件下井壁混凝土应力应变特性、破坏特征与机制,建立井壁混凝土强度准则及其结构承载力计算公式。结果表明:井壁大致呈压剪破坏状态,井壁混凝土应力内侧大外侧小;获得的强度准则与现行矿井设计准则相比验算精度更高,偏差范围为-6. 00%～6. 94%;随着混凝土强度等级提高,井壁承载力呈线性增加趋势,平均每提高10 MPa,承载力增加11. 04%,而提高配筋率对井壁承载力影响极其微弱,且不利于控制造价。     

基于特征源与环境特征的中国煤矿重大事故研究

通过对中国煤矿1980—2000年20年间发生的重大事故的分析显示,在中国煤矿重大事故的直接原因中,人因事故(含故意违章、管理失误、设计缺陷)所占比率高达97.67%以上,从而使人们对中国煤矿重大事故的致因有了新的认识。笔者从重大事故发生的特征源与环境特征角度,对中国煤矿重大事故及事故中的不安全行为进行研究,无论在理论层面,还是实践层面,对遏止煤矿重大事故都极具价值,意义重大。     

采动底板力学特征及其对回采巷道稳定性影响

应用理论分析、计算机模拟和现场实测,分析了采动底板应力传播规律及其对底板巷道稳定性影响规律。研究表明:煤壁前方应力增高区附近底板压应力分布呈现"球根"状,随着埋深的增加,垂直应力先增加后减小,剪应力浅部采场边界高度集中,是引起层状底板剪切滑移的根本原因。张集矿1113(1)工作面回采过程,活化了已回采稳定的两工作面层间似连续-非连续-散体结构,导致非连续结构的剪切滑移失稳,和散体冲破相互咬合摩擦力的移动,引起了1113(1)工作面轨道巷广距离失稳。相邻采区开采顺序由上下煤层间隔同采调整为上下煤层顺序开采后,巷道表面位移显著降低,技术经济效益显著。研究成果可为煤层群开采采区设计、底板巷道稳定性控制提供理论基础。     

横向均布荷载下煤矿井壁结构模型试验研究

为解决600 m以上巨厚表土冲积层中冻结法凿井所面临的井壁结构安全性问题,根据前期井壁受力监测与分析结果,提出高强高性能钢筋混凝土复合井壁技术。设计并完成9组正交模型试验,采用横向均布油压逐级加载的方式模拟水平地压作用,研究响应条件下井壁应力特性、强度特征及破坏机理,给出井壁极限承载力经验公式和强度准则。结果表明,复合井壁结构的安全系数高,横向均布荷载作用下承载力大,混凝土强度等级每提高10 MPa,井壁承载力响应提高20.19%。同时计算表明,井壁强度准则比同类准则更精确,误差范围不超过6.5%。     

地面注浆控制井壁破裂变形的理论与实践

阐述地面注浆控制井壁破裂变形的机理,并就具体工程进行分析。根据对井壁混凝土应变、地表变形、注浆帷幕测试结果,注浆前、第一阶段注浆、第二阶段注浆、注浆后的4个阶段内,井壁竖向附加应变分别经历了增加100με、缓释200με、再缓释200με、最终缓释200με的变化过程。与此同时,工业广场地表经历了抬升(对应与第一阶段注浆)、稳定(对应于间歇期)、再抬升(对应于第二阶段注浆)和稍降(对应于注浆后)的过程,地面最终抬升约稳定在70~80mm之间。利用高频应力波检测注浆体,笔者认为注浆帷幕交圈闭合较好,平均厚度近7.6m。研究表明,地面注浆加固能有效地改善井壁的受力状态,对井壁既有应变有显著缓释作用,对矿井疏排水造成的井壁附加应变的增长有明显抑制作用,从而起到维护井筒安全的作用。     

气体钻井突发性井壁失稳动力演化机理及试验研究

从致密砂岩损伤破坏的角度出发,综合考虑致密砂岩的物理力学性质、地应力、裂缝圈闭高压等因素,在分析孔隙压力、地应力、裂缝圈闭高压在突发性井壁失稳过程中所起的作用基础上,将气体钻井突发性井壁失稳具有强烈时间效应的动态力学过程分为孕育、突变、井筒运移和终止4个阶段。对裂缝圈闭高压、地应力作用下致密砂岩的加速损伤演化引起的突发性井壁失稳机理进行了阐述,裂缝圈闭高压是突发性井壁失稳的主要动力源,地应力对突发性井壁失稳起辅助作用。通过模拟实验表明,受地应力破坏后的致密砂岩岩体在有裂缝情况下,卸压初始时刻释放的能量是无裂缝时的5~10倍,且该能量与动力学失稳密切相关。     

深水钻井热交换作用下的井壁稳定性分析

为了研究深水钻井过程中热交换作用对井壁稳定性的影响规律,建立了钻井液、钻柱、海水和地层各介质热交换作用下温度控制方程,根据热弹性理论计算温度变化对井周应力的影响,结合地层强度准则与拉伸破坏准则确定深水井壁坍塌压力与破裂压力。结果表明,钻井液循环对地层产生的冷却作用能够降低井壁坍塌压力与破裂压力,但破裂压力降低幅度比坍塌压力的降低幅度稍大。因此,尽管钻井液的冷却效果能够抑制井壁坍塌,但应注意低温度的井壁更易形成诱导缝,甚至引发地层漏失。计算结果对深水钻井作业具有指导意义。     

深水钻井热交换作用下的井壁稳定性分析北大核心CSCD

为了研究深水钻井过程中热交换作用对井壁稳定性的影响规律,建立了钻井液、钻柱、海水和地层各介质热交换作用下温度控制方程,根据热弹性理论计算温度变化对井周应力的影响,结合地层强度准则与拉伸破坏准则确定深水井壁坍塌压力与破裂压力。结果表明,钻井液循环对地层产生的冷却作用能够降低井壁坍塌压力与破裂压力,但破裂压力降低幅度比坍塌压力的降低幅度稍大。因此,尽管钻井液的冷却效果能够抑制井壁坍塌,但应注意低温度的井壁更易形成诱导缝,甚至引发地层漏失。计算结果对深水钻井作业具有指导意义。     

硬岩竖井爆破损伤区探测及衬砌荷载*

为研究硬岩竖井受爆破开挖扰动的影响,依托米仓山公路隧道竖井工程,采用RSM-RCT（B）测试系统探测竖井爆破损伤区范围为1.1~1.4 m,并利用残余地质强度指标标定损伤区力学参数,将其纳入收敛约束法和数值分析中,以评估损伤区对竖井围岩及衬砌荷载的影响。研究结果表明,在硬岩竖井中开挖爆破是造成岩体损伤区的关键因素,地应力方向和大小对硬岩损伤区分布基本无影响。分析结果表明,爆破损伤区导致围岩变形增大,从而使得衬砌荷载增加,最大剪应力出现在损伤区与未破坏岩体之间的交界处,大小为16 MPa,同时靠近该位置的衬砌荷载也会变大,较深竖井可采用分区段支护,降低投资成本。研究结果可为硬岩竖井开挖荷载计算及设计优化提供一定参考。     

基于三维模型的螺杆钻具传动轴螺纹强度评价研究

为了研究螺杆钻具传动轴在三维井眼轨迹空间中的受力状态,根据螺纹连接的有限元控制方程,建立1种带螺旋升角的直扣螺纹力学模型,采用有限元方法对其进行计算,研究相应工况下连接螺纹的强度,结果表明:分别在压缩、扭转、弯扭组合载荷作用下,公扣螺纹端整体受到的应力比母扣螺纹要大3~4倍;压缩载荷也是连接螺纹粘扣的重要原因;传动轴接头受到弯扭组合作用的影响最大,其次为扭矩载荷,影响最小的是压缩载荷;长期在弯扭载荷作用下工作,会导致螺纹接头发生屈服破坏。以上结论有助于对传动轴的力学强度进行定性和定量判断,为进一步研究传动轴连接螺纹的受力提供了1种新的认识。     

煤矿立风井防爆门发展现状分析

煤矿风井防爆门是保护主通风机的重要安全设施。在本世纪以来的重大煤矿爆炸事故中,因风井防爆门设计缺陷造成事故扩大化的问题屡有发生,使得煤矿风井防爆门受到多方关注和重视,并获得快速革新和发展。梳理了国内外煤矿风井防爆门相关法规和标准的制订情况,分析了十多种典型煤矿立风井防爆门的结构、特点和防爆工作原理,介绍了相关理论和试验研究成果。在此基础上,着重分析指出了风井防爆门发展中存在的问题,并提出了解决问题的方向和思路。     

平煤八矿丁一风井通风阻力测定与结果分析

以平煤八矿丁一风井所服务的三个采区为例,系统地介绍了通风阻力测定方法、测定路线选择及测点布置。运用条件平差方法对测量数据进行处理,通过理论公式计算得到测定结果,然后对矿井通风系统进行分析。测定结果得出丁一风井通风系统的进风段、用风段和回风段阻力分布不平衡,部分区段通风阻力过大,通风总阻力超出了规定要求。结合丁一风井实际情况进行分析,找出了造成部分区段通风阻力过大的原因,并提出改进措施,为矿井通风安全管理提供了真实可靠的基础资料。     

超深竖井掘进岩爆特征及防治措施

由于会泽矿3#超深竖井（施工深度达1 526 m）的工程地质条件,在竖井开挖到一定深度后有不同程度的岩爆现象显现,其中两次比较严重的岩爆发生的位置埋深较深,井筒深度达到1 400 m以上。为此建立了井壁地应力监测系统,对岩爆的发生进行预测。根据井壁周边不同深度布置的4个点处的应力变化曲线分析,总结了地应力分布规律,4#位置（东偏南70°）井壁受测压力最大,最大水平主应力可以达到120 MPa以上,其方位与最大主应力方向相符。结合3#竖井工程岩爆现象的分析,以及岩爆发生的特征,给出了预防岩爆所采取的工程措施,为此类工程施工制定岩爆防治措施提供了科学依据。     

某矿一起坠井事故的剖析与对策

对某矿副井发生的一起3名乘罐人员坠井事故进行了分析,并提出了预防措施。     

转锥式闪速热解反应器结构安全性设计理论研究

本文对转锥式热解反应器结构安全性设计理论进行了初步的探讨 ,主要是对热解装置工作影响较大的两个问题 :高热负荷条件下转锥强度的计算和转轴的临界转速问题进行了研究。     

非平行壁面采场充填体三维应力分布规律研究*

为研究上下盘非平行壁面倾斜采场充填体应力分布规律,选取倾斜采场中三维水平充填层作为微分计算单元,基于极限平衡法考虑其竖直方向的受力平衡,提出非平行壁面的倾斜采场充填体的三维应力解析解,并分析不同参数对应力分布规律的影响。研究结果表明:三维条件下非平行壁面倾斜采场充填体竖向应力分布形式同平面应变条件下类似,在计算深度较小时竖向应力为近线性分布,随着计算深度的增加竖向应力增加率逐渐减小,但应力数值相对平面应变条件下较低。上盘倾角一定时,下盘倾角越大则拱效应越不明显;采场高度一定时,高宽比越大,拱效应越显著。充填体—围岩界面内摩擦角对充填体内拱效应影响较大,界面黏聚力和充填体抗剪强度参数对充填体应力分布影响相对较小。研究结果可为充填体强度设计提供参考。     

障碍物对隧道火灾中竖井自然排烟效果的影响*

为研究障碍物对隧道火灾中竖井自然排烟效果的影响,利用数值模拟方法分析不同的纵向风速和隧道内障碍物所处的不同位置对隧道及竖井内温度场、流场结构的影响,并根据模拟结果计算竖井排出热量。结果表明:随着火源与障碍物纵向距离的改变,在近火源区域,竖井后方会发生吸穿现象;在中间区域,障碍物后方发生边界层分离,烟气层变厚;在近竖井区域,竖井和负压区的耦合作用使烟气层变薄;排出热量随着纵向风速的增大先增加后减少,临界风速为1.5 m/s。