超大直径盾构隧道联络通道冻结法施工交界面温度场研究——以北京东六环改造工程冻结联络通道为例 被引量：2

1

作者 李明 王磊 +3 位作者 崔灏 陈红蕾 孙长松 杨哲 《隧道建设(中英文)》 北大核心 2025年第2期352-360,共9页

为研究超大直径盾构隧道联络通道冻结法施工中的交界面温度场,以及冻结管非循环段长度等因素对土体与管片交界面冻结壁厚度的影响,以北京东六环超大直径盾构隧道盾构段联络通道冻结施工为背景,采用现场实测和数值模拟的方法,对土体与管... 为研究超大直径盾构隧道联络通道冻结法施工中的交界面温度场,以及冻结管非循环段长度等因素对土体与管片交界面冻结壁厚度的影响,以北京东六环超大直径盾构隧道盾构段联络通道冻结施工为背景,采用现场实测和数值模拟的方法,对土体与管片交界面温度场及交界面冻结壁厚度等进行分析。结果表明:1)冻结过程中冻结管前部的非循环段长度会显著影响交界面处的冻结效果,交界面冻结壁厚度随非循环段长度增加而减小;在北京东六环工况下,冻结管间距为1 m时,非循环段长度达到450 mm冻结壁无法在56 d内闭合。2)单排管叠加冻结能显著提高交界面的冻结壁厚度及冻结管容许最大非循环段长度,而等管距的环形单圈冻结同直线单排管冻结无明显差距。3)冻结交界面为弧形时,交界面冻结壁厚度较管片为平面时有显著增加;非循环段长度为300 mm时,上壁厚度比平面管片增加了15%,下壁和侧壁则增加了35%,可以认为管片弧度对交界面冻结有利。4)冻结壁与隧道管片交界面是冻结壁的薄弱位置,在冻结施工中应尽量减小非循环段长度,并重点关注交界面处的温度变化,积极冻结及开挖过程中应对交界面位置做好保温,防止施工过程中交界面位置化冻引起地下水击穿冻结壁,造成涌水涌砂事故。 展开更多

关键词 冻结法 超大直径盾构隧道 界面温度场 联络通道 数值模拟

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数字孪生技术在城市地下空间运维阶段的应用与研究进展 被引量：3

2

作者 曾仕琪 苏栋 +2 位作者 龚浩锋 刘平炜 陈湘生 《隧道建设(中英文)》 北大核心 2025年第1期57-76,共20页

系统综述数字孪生技术在城市地下空间运维阶段的应用现状和研究进展。首先,通过文献计量的方法,分析2019年1月1日至2024年4月21日发表的847篇学术文献,识别并总结数字孪生技术在城市地下空间运维管理中的核心技术和应用策略,从技术层面... 系统综述数字孪生技术在城市地下空间运维阶段的应用现状和研究进展。首先,通过文献计量的方法,分析2019年1月1日至2024年4月21日发表的847篇学术文献,识别并总结数字孪生技术在城市地下空间运维管理中的核心技术和应用策略,从技术层面对核心功能,例如实时数据监测、模型的持续更新、仿真与预测等进行系统总结。然后,探讨数字孪生技术在城市地下空间结构健康监测与管理、设施监控与管理、能源与环境管理以及灾害评估与应急管理4个主要领域的应用。最后,基于当前技术发展和需求,提出未来研究应集中构建系统性指标体系和开发多模态智能感知技术,以有效提升城市地下空间运维的安全性、可靠性和效率;同时,还需要通过构建多因素耦合作用下的运维性态演变规律和多维度性态智能评估技术研究,实现更为高效和精准的运维管理。 展开更多

关键词 数字孪生技术 城市地下空间 运维管理 结构监测 设施监管 能源环境 灾害应急

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超大直径盾构隧道联络通道冻结法施工关键技术——以北京东六环改造工程为例

3

作者 王磊 杨哲 +3 位作者 董世卓 孙长松 王恒 陈红蕾 《隧道建设(中英文)》 北大核心 2025年第9期1791-1801,共11页

为解决超大直径盾构隧道联络通道冻结法施工中面临的钻孔涌水涌砂风险高、造孔精度控制难、隧道支撑体系复杂、冻胀压力控制标准模糊、联络通道结构多次变径及冻土开挖效率低等关键技术难题,依托北京东六环改造工程6座冻结联络通道建设... 为解决超大直径盾构隧道联络通道冻结法施工中面临的钻孔涌水涌砂风险高、造孔精度控制难、隧道支撑体系复杂、冻胀压力控制标准模糊、联络通道结构多次变径及冻土开挖效率低等关键技术难题,依托北京东六环改造工程6座冻结联络通道建设项目,研发并应用一系列创新技术与施工工艺。针对超大直径盾构隧道几何特点和高水压富水地层条件,开发冻结钻孔吊篮式升降平台、高精度全站仪放线方法、大埋深高水压冻结孔口管防喷涌装置、复杂多断面变径结构工程三维可视化、旋挖钻机快速冻土掘进及650 mm管片透孔精准封堵止水等关键技术。研究结果表明:1)提出的关键技术体系有效解决了超大直径盾构隧道联络通道冻结法施工钻孔涌水涌砂风险,实现了高精度安全造孔;2)改进的支撑、冷排、泄压工艺及防护门设计有效控制了冻结风险,显著提升了冻结过程的安全性与可控性;3)通过三维建模可视化指导结构施工,完成了通道结构5次变径、钢筋精准绑扎及衬砌精准浇筑等工作,并结合旋挖钻机进行冻土开挖,大幅提高了冻土的掘进效率,降低了工人的劳动强度,缩短了工期。 展开更多

关键词 超大直径盾构隧道 人工冻结法 北京东六环改造工程 富水地层 联络通道 涌水涌砂

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煤矿冻结立井井筒机械破岩智能化建设工艺及关键技术分析 被引量：5

4

作者 刘志强 宋朝阳 +3 位作者 程守业 王强 周明 王恒 《煤炭工程》 北大核心 2024年第10期31-39,共9页

目前以钻爆法为主的短段掘砌综合凿井技术逐步成熟,煤矿立井建设深度已突破1000 m,逼近1500 m。然而钻爆法凿井依然存在下井作业人员多、作业环境恶劣、作业风险高和设备智能化程度低等现实难题,井筒非爆破破岩智能化建设技术已成为煤... 目前以钻爆法为主的短段掘砌综合凿井技术逐步成熟,煤矿立井建设深度已突破1000 m,逼近1500 m。然而钻爆法凿井依然存在下井作业人员多、作业环境恶劣、作业风险高和设备智能化程度低等现实难题,井筒非爆破破岩智能化建设技术已成为煤矿井筒建设技术发展的重要方向。为探索西部富水软弱地层井筒机械破岩高效智能化建设技术新思路,从井筒建设工艺、地质保障技术、智能钻井装备、协同作业技术4个方面,开展了煤矿冻结井筒机械破岩智能化建设工艺及关键技术分析。基于多工序平行作业快速建井的理念,以地层冻结技术解决地层涌水和软弱地层易失稳的难题,以反井钻机和竖井掘进机为机械破岩钻进的核心装备,提出了冻结井筒机械破岩智能化建设新工艺;提出“冻结+反井钻机钻井+永久支护”的建井工艺,分析了冻结地层反井钻机钻井装备可行性,剖析了冻结地层反井钻机钻井冻结壁控制、扩孔钻进、快速支护等方面的9项关键技术;提出“冻结+竖井掘进机钻井+钻-支平行作业”的建井工艺,分析了冻结地层竖井掘进机钻井装备可行性,剖析了冻结地层竖井掘进机钻井井帮稳定控制、破岩智能钻进和钻支协同作业等方面的9项关键技术,以期推动井筒安全、快速、绿色、智能化建设技术的发展。 展开更多

关键词 矿井建设 竖井 机械破岩 反井钻机 竖井掘进机

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煤矿矿井建设技术与装备70余年创新发展及推广实践 被引量：15

5

作者 刘志强 宋朝阳 +3 位作者 程守业 荆国业 高伟 李生生 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期65-83,共19页

比较全面地总结了新中国成立70余年来,我国煤矿矿井建设技术从引进吸收、自主发展到再创新的历程,以及在基础研究、工艺创新、技术突破、装备研制和成果转化方面取得的重要成果,涉及钻爆法、冻结法、注浆法、钻井法、沉井法等凿井技术... 比较全面地总结了新中国成立70余年来,我国煤矿矿井建设技术从引进吸收、自主发展到再创新的历程,以及在基础研究、工艺创新、技术突破、装备研制和成果转化方面取得的重要成果,涉及钻爆法、冻结法、注浆法、钻井法、沉井法等凿井技术以及煤矿岩巷掘进技术。目前,以钻爆破岩为主的凿井配套装备机械化、自动化水平显著提高,煤矿千米级深井短段掘砌综合凿井技术趋于成熟,竖井凿井最大深度达到1 341.6 m。冻结法、注浆法等凿井地质保障技术水平显著提升,逐步代替了帷幕法、板桩法和降水法等凿井技术,竖井最大冻结深度达990 m,斜井最大冻结段斜长达681 m,采用工作面注浆建成煤矿最长斜井为5 875 m,竖井地面预注浆加固深度达1 355 m。机械破岩井巷掘进技术取得突破性进展,反井钻机最大钻井直径达6 m,最大钻井深度达562 m;竖井钻机钻井法实现了最大钻井直径10.8 m,最大钻井深度660 m,且应用范围逐步扩大;竖井掘进机钻井法实现了零的突破,为煤矿竖井智能化凿井奠定了基础;煤矿岩巷机掘法作业线已经形成,岩巷全断面掘进机平均成巷速度超400 m/月。综上,70余年来我国煤矿矿井建设技术与装备创新发展,显著提升了煤矿井巷掘进作业环境、施工效率和安全水平,实现了井巷掘进工作面无人化、自动化、全机械化作业,解决了我国煤炭开发各阶段井巷建设的难题,保障了煤矿基础建设及开采接续建设。同时,从煤矿矿井建设发展起来的技术装备和取得的成功经验,在水力发电、市政轨道交通、山岭交通隧道、引水隧道等地下工程领域得到了推广实践,为国家重点工程建设和国民经济发展做出了贡献。 展开更多

关键词 矿井建设 井巷工程 竖井 斜井 机械破岩

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煤矿超长斜井破碎地层敞开式TBM掘进技术与应对方法研究 被引量：6

6

作者 刘全辉 汪青仓 +4 位作者 宋朝阳 赵一超 何琪 张同钊 刘锦玉 《煤炭工程》 北大核心 2024年第7期53-58,共6页

TBM因施工安全、自动化程度高、掘进速度快等特点,已成为斜井机械化、自动化和智能化建设的重要掘进装备。西部弱胶结地层围岩强度低、承载能力差,TBM在穿越破碎地层时发生塌方、卡机、栽头和掘进偏斜等风险概率较高,为此开展了西部煤... TBM因施工安全、自动化程度高、掘进速度快等特点,已成为斜井机械化、自动化和智能化建设的重要掘进装备。西部弱胶结地层围岩强度低、承载能力差,TBM在穿越破碎地层时发生塌方、卡机、栽头和掘进偏斜等风险概率较高,为此开展了西部煤矿超长斜井破碎地层敞开式TBM掘进技术与应对方法研究。基于可可盖煤矿斜井穿越地层和工程条件,制定了适应地层条件的TBM掘进参数调整方案,提出了刀盘转速、撑靴压力、刀盘扭矩、推进速度等掘进参数的控制方法,最大限度发挥了TBM高效掘进的性能;提出了斜井穿越破碎地层时,钢拱架、超前注浆、锚网支护等综合围岩加固方法;优化了辅助作业设备的配置方案及掘进作业流程,形成了注浆加固、围岩强支护、设备随掘协同的破碎地层安全施工技术,保障了可可盖煤矿斜井破碎地层敞开式TBM的安全与快速掘进。 展开更多

关键词 矿井建设 超长距离斜井 TBM 围岩支护 快速掘进

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超长斜井TBM掘进始发硐室围岩稳定性分析及加固技术研究 被引量：1

7

作者 汪青仓 刘全辉 +4 位作者 宋朝阳 王文忠 刘渭 赵一超 张同钊 《煤炭工程》 北大核心 2024年第12期32-37,共6页

全断面隧道掘进机(TBM)具有高度机械化、自动化、掘进效率高等优势,已逐步应用于煤矿斜井与岩巷掘进工程。通过分析可可盖煤矿斜井穿越的洛河组地层特性对斜井TBM始发硐室围岩稳定性的影响,开展现场锚杆拉拔力测试、原位强度测试、撑靴... 全断面隧道掘进机(TBM)具有高度机械化、自动化、掘进效率高等优势,已逐步应用于煤矿斜井与岩巷掘进工程。通过分析可可盖煤矿斜井穿越的洛河组地层特性对斜井TBM始发硐室围岩稳定性的影响,开展现场锚杆拉拔力测试、原位强度测试、撑靴支撑性能模拟等试验分析,并提出了超长斜井TBM始发硐室围岩加固及TBM撑靴支撑方案。研究结果表明,洛河组地层TBM始发硐室围岩的锚杆拉拔力均能达到100 kN以上,测试段洛河组地层岩石平均抗压强度为23.1 MPa,单体支柱支撑围岩受压强度达到33 MPa时,围岩未发生溃散、崩裂现象。基于现场测试结果,提出了TBM始发硐口处顶部管棚加固、掘进段顶部锚网喷支护和TBM进硐稳定支撑推进方案。经过洛河组地层TBM直接进硐掘进的工业试验,验证了洛河组地层TBM始发硐室围岩加固技术的可靠性和安全性,可为同类地层斜井TBM直接进硐方案设计与施工提供参考。 展开更多

关键词 矿井建设 超长距离斜井 TBM 围岩支护

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白云石对粉砂岩物理力学性质影响研究

8

作者 张春瑞 纪洪广 +4 位作者 付桢 张月征 宋宇 田竹华 范文博 《岩土力学》 北大核心 2025年第9期2661-2675,共15页

白云石是通过白云石化作用形成,该过程使岩石孔隙率增加,以白云石为特征矿物,研究其对粉砂岩物理力学性能劣化的影响,对深部地下工程设计和稳定性预测具有重要意义。基于X射线荧光光谱仪(X-ray fluorescence spectrometer,简称XRF)、X... 白云石是通过白云石化作用形成,该过程使岩石孔隙率增加,以白云石为特征矿物,研究其对粉砂岩物理力学性能劣化的影响,对深部地下工程设计和稳定性预测具有重要意义。基于X射线荧光光谱仪(X-ray fluorescence spectrometer,简称XRF)、X射线衍射仪(X-ray diffractometer,简称XRD)、镜下鉴定、超声波波速、核磁共振测试,定量分析了白云石对粉砂岩物理参数的影响;通过巴西劈裂、单调加载、循环加卸载试验,获得了抗拉强度、抗压强度等力学参数的演化规律;建立了表观弹-黏-塑损伤模型,结合计算机断层扫描(computerized tomography,简称CT)和扫描电子显微镜(scanning electron microscope,简称SEM)扫描探究了白云石诱发粉砂岩劣化的机制。结果表明:(1)白云石的存在使颗粒磨圆度优,晶间咬合程度弱,与方解石交代边界孔隙明显,使孔隙连通性提升,孔隙率增大了2.77倍。(2)白云石的存在使抗拉最大应变减小,使抗压强度折减了14.5%,压密阶段延长了9%,裂纹稳定扩展阶段缩短了12%。(3)循环加卸载应力差值越大损伤值越高,不含白云石的岩石损伤变化较大,呈前期快速增加,后期缓慢增加的趋势,而含白云石的岩石损伤变化较为平稳,白云石使表观弹-黏-塑性损伤积累更剧烈。(4)不含白云石岩样裂纹弯折,耗散能较高,蓄能值低,含白云石岩样裂纹平直,耗散能较低,蓄能值高。白云石的存在使孔隙连通性增强,裂纹更易扩展,张拉裂纹占比升高。 展开更多

关键词 粉砂岩 白云石 力学性能 损伤 能量 CT扫描

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西部矿区弱胶结地层工程围岩稳定性控制研究进展 被引量：19

9

作者 纪洪广 孙利辉 +3 位作者 宋朝阳 张月征 王九红 孟志强 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第1期117-127,共11页

我国西部矿区开采地层主要由侏罗系、白垩系地层构成,该地层岩石总体表现为强度低、胶结性差、易崩解等特性,属于弱胶结岩石。弱胶结地层工程围岩与中东部矿区地层岩石差异性较大,工作面顶板控制、巷道围岩控制等采用传统的控制技术很... 我国西部矿区开采地层主要由侏罗系、白垩系地层构成,该地层岩石总体表现为强度低、胶结性差、易崩解等特性,属于弱胶结岩石。弱胶结地层工程围岩与中东部矿区地层岩石差异性较大,工作面顶板控制、巷道围岩控制等采用传统的控制技术很难有效保障工程的安全性,常出现巷道大变形失稳、工作面压架、突水、溃沙、冲击地压等灾害。通过大量的调研和室内试验,获得弱胶结岩石抗拉、抗压等力学指标远小于中东部矿区同类岩石力学指标,建立了多因素耦合作用下的弱胶结岩石的变异程度评估指标体系,初步获得了典型矿区弱胶结岩石的变异性程度。以红庆河煤矿弱胶结岩石为例,发现了弱胶结岩石在力、水等载荷作用下,具有“类相变”现象,分析了胶结度对类相变现象的影响,给出了弱胶结粗粒砂岩的“类相变”状态特征及其敏感性参数。分析了导致工作面支架压架、突水溃沙灾害发生的覆岩垮落带、断裂带动态发育规律以及巷道围岩大变形规律,推演了弱胶结地层大采高工作面不同开采阶段垮落带动态变化表达式,建立了支架-围岩相互作用模型,给出了工作面来压和非来压期间支架工作阻力;针对弱胶结地层的松散弱特性,提出了巷道围岩双壳加固技术,可为工作面安全开采和巷道围岩控制提供保障。 展开更多

关键词 弱胶结岩石 围岩控制 围岩稳定性 岩石力学 双壳支护

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红黏土井筒注浆堵水材料及其工程应用研究 被引量：6

10

作者 贺文 《煤炭工程》 北大核心 2023年第9期47-52,共6页

为了满足乌蒙山区矿井水害防治需求,采用当地红黏土作为注浆堵水材料,通过室内试验研究了红黏土综合浆的浆液性能,得到红黏土综合浆的黏度和塑性强度与水泥和结构添加剂的用量正相关,并确定了适合井筒堵水的红黏土综合浆的浆液配比。通... 为了满足乌蒙山区矿井水害防治需求,采用当地红黏土作为注浆堵水材料,通过室内试验研究了红黏土综合浆的浆液性能,得到红黏土综合浆的黏度和塑性强度与水泥和结构添加剂的用量正相关,并确定了适合井筒堵水的红黏土综合浆的浆液配比。通过红外光谱分析研究了黏土综合浆的水化产物成分,结果表明水化产物主要可分为钙矾石、Ca(OH)2晶体和C-S-H凝胶3类。浆液结石体扫描电镜分析揭示结构添加剂可明显促进红黏土综合浆的早期水化反应进程,显著提高浆液结石体的微观结构密实度和结石率。最后,红黏土综合浆在毛坪矿112线盲竖井预注浆堵水工程取得了成功应用,堵水率达98%。红黏土综合浆可注性良好,可有效充填地层导水裂隙,堵水性能优越。 展开更多

关键词 红黏土 浆液性能 塑性强度 注浆堵水

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千米竖井硬岩全断面掘进机凿井关键技术与研究路径探析 被引量：37

11

作者 刘志强 李术才 +4 位作者 王杜娟 宋朝阳 刘征宇 田彦朝 荆国业 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第8期3163-3174,共12页

机械破岩为代表的非爆破破岩技术是现阶段竖井凿井技术发展的重要方向,是解决现有钻孔爆破凿井井下作业人员多、工序复杂、职业伤害严重和环境污染等问题的可行技术途径。目前,已形成适用松软地层条件的竖井钻机钻井和适用井筒下部存在... 机械破岩为代表的非爆破破岩技术是现阶段竖井凿井技术发展的重要方向,是解决现有钻孔爆破凿井井下作业人员多、工序复杂、职业伤害严重和环境污染等问题的可行技术途径。目前,已形成适用松软地层条件的竖井钻机钻井和适用井筒下部存在通道的反井钻机钻井,适用条件受到限制且未突破千米难关,竖井硬岩全断面掘进机凿井技术与装备依然处于研发起步阶段。竖井机械破岩凿井重大装备不仅是国家高端装备制造新兴产业发展的需求,也是千米竖井凿井技术变革的重要支撑。梳理了竖井掘进机发展历程与现状,分析了千米竖井多变地层稳定和高压涌水控制、坚硬岩石破碎、克服重力排渣、与支护相适应的井筒断面变化4个方面的难题,提出了地层预改性“干井掘进”、坚硬岩石“组合破岩”、克服重力“协同排渣”、掘-支协同“智能变径”等硬岩全断面掘进机凿井的核心功能需求。为满足复杂环境和工况下竖井掘进机高效可靠服役的需求,凝练了拟攻克的3个关键科学问题和8个关键技术问题,其中科学问题包括:①基于千米地层原位状态探识的竖井掘进机凿井围岩分级理论;②硬岩大断面多刀协同与射流辅助破岩机理;③大直径破岩掘进工作面岩渣分布与运移规律及垂直输送机制。关键技术问题包括:①千米地层原位探测、风险识别与改性技术;②大断面硬岩镶齿滚刀-盘形滚刀联合与水射流辅助高效破岩技术;③大直径刀盘机械与流体组合排渣技术;④竖井掘进机姿态调控与整机集中控制技术;⑤竖井掘进机系统耦合动力学分析及优化;⑥时空关系协同的竖井掘进机掘进与地层改性平行作业;⑦基于竖井掘进机凿井的井筒空间断面优化布置;⑧竖井掘进机前置高韧性薄喷临时支护与掘-支协同永久支护技术。最后根据科学问题和技术问题,面向工程示范制定了5项攻关任务,包括:①竖井掘进机凿井工艺及工程适应性;②千米竖井地层原位精细化探测、岩性识别与地层预改性关键技术;③千米竖井大体积破岩、垂直排渣与掘支协同关键技术;④千米竖井硬岩全断面掘进机研制;⑤千米级井筒竖井掘进机凿井工程示范,并明确了攻关任务之间的逻辑关系。基于以上内容,初步构建了千米竖井硬岩全断面掘进机凿井技术体系和研发路径,以期为我国千米竖井安全、高效、绿色、智能建设提供基础参考。 展开更多

关键词 千米竖井 机械破岩 竖井掘进机 排渣 掘-支协同 矿井建设

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富水溶蚀白云岩地层井筒地面预注浆技术研究 被引量：9

12

作者 周禹良 李斌 杨雪 《金属矿山》 CAS 北大核心 2022年第12期10-17,共8页

为解决我国西南地区富水溶蚀白云岩地层井筒水害防治难题,采用现场注浆试验结合数值模拟研究了白云岩含水层中浆液扩散特征。现场注浆试验表明老虎洞磷矿巨厚白云岩含水层整体可注,且上段地层可注性明显好于下段。通过压水试验、钻孔取... 为解决我国西南地区富水溶蚀白云岩地层井筒水害防治难题,采用现场注浆试验结合数值模拟研究了白云岩含水层中浆液扩散特征。现场注浆试验表明老虎洞磷矿巨厚白云岩含水层整体可注,且上段地层可注性明显好于下段。通过压水试验、钻孔取芯和COMSOL Multiphysics模拟软件,确定了老虎洞磷矿富水溶蚀白云岩含水层井筒预注浆合理孔间距为4.5 m,为后续井筒地面预注浆工程设计提供依据。同时,现场试验了多种控制措施防止白云岩含水层上段浆液严重超距扩散,得到延长凝结时间对提高注浆压力效果明显,并提出采取混合式注浆方式保证钻注效率。考虑下段地层可注性相对较弱,提出采用高压注浆增加注浆量以保证堵水效果。注浆过程中,地层透水率降幅明显,注浆结束后,各段地层透水率降低至0.5 Lu以下,地层由中等透水性地层转变为微透水地层。注浆结束后,压水试验得到回风井井筒地面预注浆堵水率为98.04%;1#进风井井筒地面预注浆堵水率为95.7%。研究成果可为西部地区类似条件下井筒防治水提供技术参考。 展开更多

关键词 溶蚀白云岩 巨厚含水层 井筒水害 地面预注浆 现场注浆试验

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基于重力排渣的大直径井筒钻掘技术与工艺体系研究 被引量：13

13

作者 刘志强 宋朝阳 +4 位作者 程守业 荆国业 赵钧羡 陈云 赵立克 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第1期272-282,共11页

井筒是井工法矿物开采和地下空间开发利用的关键工程,对于拟建井筒下部具备生产系统的有利条件,采用重力排渣的大直径井筒钻掘技术是重要的发展方向之一。针对吊桶式上排渣技术存在的排渣不连续、掘进效率低,且难以与破岩工序协同作业... 井筒是井工法矿物开采和地下空间开发利用的关键工程,对于拟建井筒下部具备生产系统的有利条件,采用重力排渣的大直径井筒钻掘技术是重要的发展方向之一。针对吊桶式上排渣技术存在的排渣不连续、掘进效率低,且难以与破岩工序协同作业等难题,探索改变凿井工作面的排渣方式,采用重力排渣工艺可提高凿井效率,即通过预先建立连接拟建井筒上下水平的小直径导井,或上水平施工条件不具备时在井筒下水平直接上向钻进导井,破碎岩渣在重力作用下直接掉落至下水平,再利用装载和运输设备进行装运排渣。首先论述了机械破岩钻井流体正循环和反循环上排渣技术工艺的适用性和局限性,提出了基于依靠岩渣自重进行重力排渣的工艺,分析了大直径井筒反井钻井、直接上向反井钻井、导井式竖井掘进机等机械破岩重力排渣技术的发展现状,凝练了基于重力排渣的机械破岩钻井技术现阶段面临的硬岩破碎、钻具稳定可靠、钻井偏斜控制、智能钻进等难题,系统梳理了导孔钻进、导井钻进、钻爆扩大、反井正钻扩大、反井钻机一次扩大和导井式井筒掘进机扩大等技术工艺及装备,构建了不同工序组合的综合成井工艺体系。基于重力排渣的机械破岩凿井技术,将继续在煤矿、金属矿山、水电、交通等领域大直径井筒建设中发挥重要作用,并为无人化、机械化和智能化井筒建设技术发展提供参考和借鉴。 展开更多

关键词 井筒 机械破岩 重力排渣 反井钻机 井筒掘进机 大直径井筒

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裂隙型类岩竖井注浆帷幕试样开挖卸荷响应试验研究 被引量：1

14

作者 周禹良 侯公羽 +4 位作者 李生生 贺文 杨雪 赵庆儒 黄佳铭 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期391-404,共14页

为研究竖井注浆帷幕围岩开挖卸荷响应,利用裂隙型类岩竖井注浆帷幕试样进行三轴开挖卸荷模拟试验,测试了开挖卸荷过程中试样的应变响应,并采用CT扫描对开挖卸荷后试样的破裂模式和破坏范围进行分析。结果表明:开挖卸荷后试样应变响应随... 为研究竖井注浆帷幕围岩开挖卸荷响应,利用裂隙型类岩竖井注浆帷幕试样进行三轴开挖卸荷模拟试验,测试了开挖卸荷过程中试样的应变响应,并采用CT扫描对开挖卸荷后试样的破裂模式和破坏范围进行分析。结果表明:开挖卸荷后试样应变响应随半径的增大而迅速衰减,且卸荷阶段的应变占主体;开挖卸荷后试样中浆液结石体和基质岩块的变形不连续,液结石体的变形大于基质岩块的变形;单液水泥浆充填的注浆帷幕试样抗变形能力强,试样中相同半径处的切向应变与径向应变都明显小于黏土水泥浆充填的注浆帷幕试样;应力水平对试样开挖卸荷响应具有重要影响,应力水平越高,卸荷阶段的变形越剧烈,卸荷阶段的应变占比更高。开挖卸荷后,单液水泥浆充填试样易沿着浆液结石体与预制裂隙的接触面发生开裂,破裂半径为开挖半径的1.2~1.5倍;黏土水泥浆充填试样破坏模式复杂,破裂半径为开挖半径的1.5~2.0倍。研究成果可为井筒水害防治中竖井注浆帷幕设计提供参考。 展开更多

关键词 深部开采 竖井 注浆帷幕 开挖卸荷 应变响应

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富水砂层交叠联络通道冻结设计方案研究 被引量：2

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作者 石立民 叶玉西 +1 位作者 杜有超 董世卓 《隧道建设（中英文）》 CSCD 北大核心 2024年第1期148-154,共7页

与常规联络通道冻结相比,交叠联络通道的冻结体量大、开挖构筑时间长、冻结孔布置形式更加复杂,其冻结设计与常规冻结设计有明显差异。为实现富水砂层叠落区间联络通道安全高效施工,结合叠落区间交叠联络通道结构形式,进行异型联络通道... 与常规联络通道冻结相比,交叠联络通道的冻结体量大、开挖构筑时间长、冻结孔布置形式更加复杂,其冻结设计与常规冻结设计有明显差异。为实现富水砂层叠落区间联络通道安全高效施工,结合叠落区间交叠联络通道结构形式,进行异型联络通道冻结方案设计。首先,在哈尔滨地铁3号线2期河松街站工程现场取土,并送至冻土实验室进行土体低温物理力学试验,得到-10℃时低温土体物理力学参数,确定粉质黏土-10℃环境下单轴抗压强度为3.53 MPa;根据试验结果进行冻结壁厚度设计,得到通道顶部及侧墙冻结壁厚度为3.0 m,集水井底部冻结壁厚度为4.0 m,平均温度为-10℃。数值计算结果表明,冻结壁强度和位移指标均满足安全要求。根据冻结壁厚度布置冻结孔,提出“地面垂直+洞内水平冻结”加固方式。针对距离建筑物较近的特点,为控制冻胀,采用地面垂直泄压孔与洞内水平泄压孔相结合的方式,施工期间地表最大冻胀量为8.59 mm,对环境影响可控。工程实践表明,采用该设计方案开挖工作面稳定性好,冻胀量可控。 展开更多

关键词 冻结设计方案 富水砂层 交叠联络通道 冻结壁厚度 冻结施工

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地铁车站超大双基坑的施工工序

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作者 费建波 肖俊 +1 位作者 周贤舜 杨朝帅 《深圳大学学报(理工版)》 北大核心 2025年第5期541-549,I0001,共10页

深圳大运交通枢纽新建工程包含车站主体基坑与交通核基坑,双基坑紧邻密贴,同时修建,施工难度较大、安全风险高.为明确明挖顺作和盖挖逆作开挖工法对基坑安全的影响,利用有限元方法模拟由明挖顺作法和盖挖逆作法组合得到的4种施工工序,... 深圳大运交通枢纽新建工程包含车站主体基坑与交通核基坑,双基坑紧邻密贴,同时修建,施工难度较大、安全风险高.为明确明挖顺作和盖挖逆作开挖工法对基坑安全的影响,利用有限元方法模拟由明挖顺作法和盖挖逆作法组合得到的4种施工工序,分析围护结构水平变形、各板竖向变形和周边地表沉降等指标的变化.研究发现,采用“车站逆作、交通核逆作”施工工序时交通核维护结构变形、地表沉降、中板和底板竖向变形最小,而采用“车站顺作、交通核顺作”施工工序时这些指标值最大.基于结构变形最小的原则,推荐“紧邻高架的较大基坑采用明挖顺作法、远离高架的较小基坑采用盖挖逆作法”作为适合该类工程的最优施工工序.研究成果可为提高该类工程的安全性提供理论支撑. 展开更多

关键词 地下工程 超大双基坑 数值模拟 明挖顺作法 盖挖逆作法 工序组合比选

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我国大直径钻井技术装备发展的挑战与思考 被引量：25

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作者 刘志强 陈湘生 +2 位作者 蔡美峰 纪洪广 宋朝阳 《中国工程科学》 CSCD 北大核心 2022年第2期132-139,共8页

“向地下要资源、要空间”是解决人类面临的能源、资源和生存空间基本问题的有效途径。井筒是从地面进入地层中的咽喉工程,其安全、高效、绿色、智能化建设是保障地下矿产资源开采和地下空间开发利用的必由之路。本文分析了发展大直径... “向地下要资源、要空间”是解决人类面临的能源、资源和生存空间基本问题的有效途径。井筒是从地面进入地层中的咽喉工程,其安全、高效、绿色、智能化建设是保障地下矿产资源开采和地下空间开发利用的必由之路。本文分析了发展大直径钻井技术装备的需求和必要性,对比分析了国内外相关装备的发展现状;从基础科学问题研究、应用技术研发、高端装备制造、工程示范等角度,剖析了我国钻井技术装备发展面临的挑战,提出了井筒建设技术与装备的发展方向。研究建议:确立智能钻井发展理念,明确智能钻井发展路径与任务,建立和完善大直径钻井相关标准规范,推动智能钻井平台与示范工程建设,以期为矿山、水电、交通、城市建设等领域井筒建设技术发展提供支撑。 展开更多

关键词 地下工程 井筒建设 矿产开采 地下空间利用 钻井技术装备

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基于水压致裂法的三山岛深竖井工程区地应力测量与反演分析 被引量：9

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作者 朱明德 王照亚 +6 位作者 张月征 李文光 侯奎奎 纪洪广 尹延天 付桢 郝英杰 《地质力学学报》 CSCD 北大核心 2023年第3期430-441,共12页

山东省三山岛西岭矿区拟建2000 m深副井,属于超深井建设工程。揭示建井工程区地应力场特征是开展竖井设计、建设施工的必要先决条件之一,研究中采用水压致裂法开展了深部竖井地应力现场测量工作,测量深度达到1899.00 m,通过数值仿真模... 山东省三山岛西岭矿区拟建2000 m深副井,属于超深井建设工程。揭示建井工程区地应力场特征是开展竖井设计、建设施工的必要先决条件之一,研究中采用水压致裂法开展了深部竖井地应力现场测量工作,测量深度达到1899.00 m,通过数值仿真模拟方法反演了竖井工程区2017.56 m深的地应力场。结果表明:在水压致裂测试的钻孔357.76~1899.00 m深度范围内,最大水平主应力(SH)为23.16~70.86 MPa,最小水平主应力(Sh)为15.24~47.06 MPa;主应力随深度近于线性增加,地应力测量孔实测最大水平主应力方向分别为NW55.5°、NW60.4°、NW58.4°,为近北西方向;竖井工程区应力场主要以水平应力为主导,1200.00 m以下铅直主应力(Sv)为中间应力,SH与Sv之比平均值为1.53;通过FLAC 3D软件的反演分析获得了建井工程区内地应力场随深度、地层变化的分布规律,测试点的反演结果与实测值基本一致。近2000 m超深地层地应力状态及其分布规律,为竖井工程的井筒井壁设计和工程风险评估提供了基础科学依据。 展开更多

关键词 深竖井 深部地层 水压致裂法 地应力测量 地应力反演

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高温养护混凝土及衬砌结构力学特征研究现状与分析 被引量：4

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作者 甘彬霖 冯旭海 +2 位作者 宋朝阳 王恒 赵玉明 《科学技术与工程》 北大核心 2023年第29期12362-12370,共9页

随着深部矿井和深长隧道的建设需要,混凝土结构面临着更加复杂的高地温环境。高温养护混凝土水化动力过程和力学特征规律与常温养护存在较大差异。概述了深部矿井和深长隧洞结构面临的高地温环境,分析了高温养护条件下混凝土水化动力过... 随着深部矿井和深长隧道的建设需要,混凝土结构面临着更加复杂的高地温环境。高温养护混凝土水化动力过程和力学特征规律与常温养护存在较大差异。概述了深部矿井和深长隧洞结构面临的高地温环境,分析了高温养护条件下混凝土水化动力过程,对高温养护混凝土力学性能演化机制和改善方法进行了综述;总结了不同高地温环境对衬砌结构黏结性能、温度场分布规律和受力特性的影响规律以及支护体系优化方法。认为高温养护混凝土水化反应机制不明确、温-湿条件耦合影响的非线性、工程研究领域和性能指标的单一性是高温养护混凝土性能演化表征及优化改性研究存在的主要问题。应加强高温养护条件下混凝土水化动力学模型的研究,建立温-湿度耦合养护条件下混凝土性能预测模型,拓展高温养护混凝土应用领域和强度等级的研究,以便更好地为高地温环境深地工程混凝土结构设计和应用提供指导。 展开更多

关键词 深地工程 高温养护 水化动力学 力学性能 衬砌结构

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溶蚀白云岩含水层注浆浆水两相运移特征LBM模拟研究 被引量：1

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作者 周禹良 袁东锋 +1 位作者 杨雪 李斌 《金属矿山》 CAS 北大核心 2023年第12期204-210,共7页

为了研究溶蚀白云岩含水层注浆过程中浆液驱替地下水效应,采用格子玻尔兹曼方法(LBM)研究了浆水两相运移规律。利用溶蚀白云岩岩样微纳米CT扫描图像,采用图像处理和阈值分割法识别其中的导水孔隙,运用三维重构技术获得溶蚀白云岩导水通... 为了研究溶蚀白云岩含水层注浆过程中浆液驱替地下水效应,采用格子玻尔兹曼方法(LBM)研究了浆水两相运移规律。利用溶蚀白云岩岩样微纳米CT扫描图像,采用图像处理和阈值分割法识别其中的导水孔隙,运用三维重构技术获得溶蚀白云岩导水通道三维数字模型,为浆水两相流模拟提供复杂的几何文件。采用Shan-Chen模型描述浆水相互作用,基于溶蚀白云岩导水通道三维数字模型,采用LBM模拟了导水通道中浆水两相运移扩散特征,获得浆水两相饱和度演化规律。结果表明浆液扩散具有明显的选择性,连通性较好的孔隙为浆相主要运移通道,浆相最先达到出口。孔隙中部流速明显大于孔隙壁面附近流速,孔隙壁面摩擦对流体流动产生明显的抑制。被束缚的地下水降低了试样整体渗透性,后续浆液沿着已经驱替形成的优势通道运移扩散,降低了注浆驱水效率。孔隙壁面附近残余地下水将造成浆液固结体与孔隙壁面之间难以有效接触,是注浆堵水的薄弱部位。研究成果可为溶蚀白云岩注浆堵水提供技术参考。 展开更多

关键词 矿井水害 溶蚀白云岩 岩石注浆 浆水两相流 LBM 模拟

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