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社会责任
科技创新

中国煤科重大科技成果材料

发布时间: 2019-08-09

中煤科工大容量超低排放煤粉工业锅炉

项目取得重大突破

我国燃煤工业锅炉年耗煤量约7亿吨,约占全国煤炭总消费量的18%,污染物排放达到全国工业排放总量的30%以上。有研究报告认为,京津冀地区燃煤工业锅炉的排放甚至超过总量的50%。工业锅炉通常以满足居民区域性集中采暖和工业用热水(蒸汽)的需求为主,主要分布在工业和人口集中的城(市)镇及周边。污染物低空排放,直接对城市大气造成污染,是雾霾的主要来源之一。

中国煤科煤炭科学技术研究院有限企业经过10余年的科技攻关,开发出符合我国国情并具有完全自主常识产权的煤粉工业锅炉技术系统,研制的100t/h煤粉工业锅炉系统创新成果主要体现在四个方面:一是全密闭煤粉安定储存技术,整个罐体全密闭耐压设计,并设多重防护措施,有效解决大量煤粉长周期安定储存问题;二是高固气比双锁气阀耦合文丘里射流密相供料技术,实现高固气比条件下的煤粉稳定供料,有效防止炉膛压力波动的发生;三是中心逆喷煤粉低氮高效燃烧技术,采用独特的逆喷强化着火方式,保证煤粉稳燃,并在炉膛中实现深度分级精准配风,实现温和低氮燃烧,降低NOx的原始排放浓度;四是大气污染物超低排放集成技术,以温和燃烧产生的富含活性钙的飞灰为主要原料,进行增湿脱硫和氧化脱硝,实现工业锅炉低成本烟气净化的目的。

项目获授权发明专利24项、实用新型38项,获App著作权32项,获省部级奖励5项。项目先后在山东济南完成了3×114t/h和1×100t/h大容量煤粉工业锅炉供热示范工程建设,具有锅炉单体容量大、效率更高(与电站锅炉等当)、污染物排放更低(与天然气锅炉等当),应用范围广、投资节省、更易集成成熟的污染物控制技术等特点,市场潜力巨大。

该成果与锅炉房原链条锅炉相比,节煤率达54.6%,煤粉工业锅炉系统燃料燃尽率由80%提高到98%以上,锅炉热效率由71%提高到91%以上,采暖季SO2平均排放浓度16mg/m3,NOx平均排放浓度44mg/m3,烟尘平均排放浓度1.3mg/m3,达到电站锅炉的热效率和超低排放标准。项目符合国家能源局《煤炭清洁高效利用行动计划(2015-2020年)》关于实施燃煤锅炉提升工程,推广应用高效节能环保型锅炉的要求;在天然气资源紧张及国内煤炭资源丰富石油资源缺乏的条件下,项目成果在我国工业锅炉领域应用前景十分广阔。

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114t/h大容量煤粉工业锅炉供热示范工程

  

中国煤科煤炭超大采高综采技术取得突破 

晋陕蒙是我国优质硬煤为主的特大型煤炭基地,产量占全国总产量的70%以上,6~8m厚煤炭资源约占总储量的一半,其持续高效开发对保障国家能源安全、实现煤炭工业高质量发展具有重要意义。综采一次采全高是最佳的开采方式,但是采用国外最先进的综采技术装备最大采高只能到6m,造成大量资源损失。由于长期没有6m以上超大采高综采理论方法、工艺及成套装备,国际采矿界曾普遍认为6m是综采的极限采高。

中国煤科天地科技经过近10年攻关,首创了超大采高综采方法及工艺,研发出6-8m超大采高综采成套装备并全面应用,实现了煤炭开采领域的重大突破和技术进步。获得的创新成果主要有三个方面:一是首创了工作面多应力场耦合围岩智能控制的6m以上厚煤层一次采全厚综采方法,解决了超大采高开采工艺和围岩控制难题,在世界上首次完成了6~8m煤层的超大采高综采技术实践,开采效率提高了70%,资源回收率提高了25%以上。二是发明了超大采高液压支架与围岩自适应支护及协同控制技术。解决了原有支架刚性支撑结构无法适应动载冲击工况、支护群组难以实时协同控制等难题,建立了全新的超大采高综采支护理念及技术实现途径;三是发明了超大采高综采装备大功率自主截割与超重负载连续运输关键技术及装备。研发了首个智能化综采系统试验研究平台,研制出6-8m超大采高综采成套装备,填补了国内外超大采高综采成套装备的空白。

项目成果获得发明专利23项,实用新型专利32项,制定国家标准5项,发表论文49篇。2011年以来,先后在红柳林、金鸡滩等39个特大型煤矿应用,工作面由日产不足3万吨提高到6万吨以上,创年产1500万吨世界单产效率纪录;近三年直接经济效益达843亿元,避免了亿吨以上的煤炭资源损失。项目获得省部级一等奖4项,中国专利优秀奖1项。项目引领了世界综采技术和装备发展,达到国际领先水平,产品出口到德国、俄罗斯等主要采煤国家。

兖矿金鸡滩煤矿8.2m 超大采高液压支架

超大采高综采成套装备现场调试图

  

中国煤科煤矿井下大直径超长定向孔高效钻进技术与装备取得2570m孔深重大突破

近些年,我国煤炭供给侧改革持续有效推进,一大批大型和特大型现代化煤矿相继建成投产,逐步成为我国煤炭生产的中坚力量。随着综采技术的发展,国内已出现了年产几百万吨级、甚至千万吨级超级工作面。大型现代化煤矿的工作面高强度机械化快速开采带来的瓦斯、水害等灾害的安全高效地质保障需求,倒逼煤矿井下大直径超长定向孔高效钻进技术与装备亟需突破。

中国煤科西安研究院研究团队经过近十年攻关,实现了煤矿井下定向钻进技术与装备的重大突破,取得以下重大创新成果:一是首创了煤矿井下大直径超长定向孔钻进成套装备,发明了可满足多种钻进工艺的大功率高可靠性定向钻机、满足长距离循环供液的高压大流量泥浆泵车,研发了高韧性高强度随钻测量钻杆和无磁钻具,攻克了受限巷道空间内钻进装备小体积、大能力、高可靠输出难题,为井下大直径超长定向孔高效钻进提供了装备基础;二是发明了煤矿井下防爆型无线随钻测量系统,开发了泥浆脉冲信号流量自适应发射技术、孔内仪器低功耗智能控制技术、多级数字滤波与分段同步解调技术,研发了小直径一体式泥浆脉冲信号发生器和流量监控装置,实现了超长定向孔随钻测量由“有线传输”到“无线传输”的跨越,填补了国内外煤矿井下无线随钻测量技术空白;三是开发了超长孔双动力复合定向高效钻进技术、多动力扩孔技术、复杂破碎煤岩层主动防塌钻进技术,创建了2500m近水平孔复合定向钻进技术体系,攻克了超长延伸、大直径成孔、精准定向、快速钻进难题,创造了2570m的煤矿井下钻孔深度世界纪录。

项目获授权发明专利23项、实用新型专利2项、App著作权12项,制定行业标准3项,培养博士研究生10名。项目成果整体达到国际领先水平,获中国煤炭工业协会科学技术一等奖2项、中国好设计银奖1项。项目成果已推广应用100余台套,其中在保德煤矿煤层中先后完成了2311m和2570m的超长孔定向钻进,两次刷新井下定向孔深度的世界纪录,实现了矿井准备区煤层瓦斯井下区域超前预抽。

项目研究成果提升了煤矿超前探测和灾害防治的技术水平与装备能力,破解了定向钻进技术在复杂煤岩层中应用难题,创建了煤矿井下时空立体化高效精准瓦斯抽采模式、超前区域水害防治体系和隐蔽致灾因素精确探查体系,对遏制重特大煤矿瓦斯、水害等事故的发生、促进煤矿井下安全生产、保障煤矿从业人员人身安全发挥了重要作用,经济与社会效益显著。

   

煤矿井下2570m超长定向钻孔实钻轨迹剖面图

煤矿井下超长定向钻孔现场施工图

  

中国煤科综采智能供液技术取得突破

综采集成供液系统是高端煤炭综合机械化采煤成套装备的核心装备,是整个综采工作面液压系统的动力源。根据《中国制造 2025》总体战略部署要求,《能源装备实施方案》中明确提出了“智能化清洁高效集成供液系统”的发展方向。我国综采工作面供液技术长期以来严重滞后,尤其在供液质量、效率、智能化水平和环境友好性等方面无法满足安全高效矿井快速发展要求。

中国煤科天玛企业研究团队经过多年的攻关,攻克了智能供液控制技术和高压大流量液压动力技术等关键技术难题,取得多项重大创新成果。一是首创了一种自适应采煤工艺的乳化液均衡输出控制方法并研制出首套智能供液控制系统,实现系统的闭环智能联动控制;二是创新研制了具有电控、液控双卸荷功能的高水基高压大流量乳化液泵,流量630L/min、压力40MPa,填补国内空白; 三是发明了一套可靠的综采工作面乳化液质量保障系统,解决了制约行业多年乳化液浓度在线检测、清洁度控制和适应不同水质条件下的乳化液稳定性难题;四是独创了全方位多层级工作面供液安全保证体系,建立了故障诊断和应急保护快速响应机制,保障了供液系统的安全运行。

本项目共获得授权发明专利12项,实用新型专利5项,发布能源行业标准2项,发表论文27篇,获得省部级一等奖、二等奖各1项。成果在神华神东、中煤平朔、兖州煤业、山能淄矿、神华宁煤、陕煤化等10多个大型煤炭集团的20余个千万吨工作面应用,满足高产高效千万吨综采工作面的生产要求,形成了产业化规模,经济和社会效益显著。

项目开拓和发展了综采智能供液技术,形成了我国首套具有自主常识产权的综采智能高效集成大流量供液系统,解决了综采成套装备关键卡脖子问题,显著提高了大采高综采顶板的支护效果,对实现我国综采安全、绿色、高效开采和推动煤炭科技进步具有重要作用。

  

巴彦高勒煤矿智能化工作面供液系统

  
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大柳塔煤矿大采高工作面供液系统


中国煤科煤巷“掘支运三位一体”

掘进技术取得重大突破  

近年来,随着煤矿综采设备在成套化、重型化、大型化、智能化方面取得长足发展,综采工作面产能大幅提高。目前已经出现了年产千万吨级的超大型工作面,年消耗回采巷道数量大幅度增加,而掘进水平尚未得到相应提高,采掘比例失调,安全问题突出,而且资金及时间成本消耗随之增加,使煤巷的掘进成为制约这些大型矿井高效集约化生产的共性关键问题。提高煤巷掘进技术是煤矿实现高产高效集约化生产关键,有利于提高我国煤矿掘进效率、缓减采掘失调、改善井下掘进工作面的劳动条件及保障掘进工作面安全高效生产。

中国煤科太原研究院经过多年的技术沉淀与科技攻关,针对国内各种条件煤巷掘进技术和装备进行了大量研究,首次提出了“掘支运三位一体”掘进技术,取得了多项重大创新成果。一是首次提出“掘锚平行作业、分段支护、连续运输”理念,实现了煤巷的掘、支、运三位一体平行作业的模式;二是首次采用柔性运输及自适应行走技术,提高带式转载机运输适应性,皮带机可实现90°转弯,能够进行开掘联巷作业。三是采用高可靠无线MESH组网通信技术、高性能抗噪声语音通信技术、机载多媒体终端,实现整个掘进工作面集中操控、机电设备联网、作业人员之间高效语音通讯,各类数据、设备监测与音视频服务集成。

该成果获授权发明专利16项;授权App著作权10项;制定行业标准1项;发表论文50余篇。煤巷“掘支运三位一体”掘进技术实现了快速掘进、掘锚分离、平行作业、连续运输,形成采、支、碎、运相结合的高效掘进生产线,改变了传统掘进工艺,大幅提高了巷道掘进效率。

成果已在神东大柳塔、布尔台煤矿,黄陵二矿等多个煤矿推广使用,并于2018年5月在陕西汇森煤业凉水井煤矿42203胶运巷建立示范工程,工作面人数由之前的14人减至7人,月进尺由之前的300米提高至1200米,掘进效率大幅提高,符合煤矿“机械化换人,自动化减人”总体要求,改变了“掘进机+单体锚杆钻机”的传统掘进工艺,为推动我国煤巷高效掘进奠定了坚实基础,引领了煤巷掘进的发展方向。

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“掘支运”三位一体掘进技术成套装备

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集中操控平台

  

中国煤科中厚煤层电牵引采煤机高速

高可靠性开采技术取得突破  

中厚煤层是最适合高效长壁综采的煤层,国外煤矿高效开采的记录大多是在中厚煤层中实现的。但是我国中厚煤层长壁开采技术与国外先进水平相比,无论在产品可靠性、设备生产能力,还是在自动化水平等方面仍存在较大差距。目前国内中厚煤层工作面原煤产量较好水平在300~500万吨/年,不足国外先进水平的50%。在采高有限的工作面条件下,提高设备可靠性保证开机率和提高运行速度是提高产能的最直接有效途径。

中国煤科积极响应国家大力倡导建设安全高产高效现代化矿井,依托国家863项目,针对中厚煤层电牵引采煤机高速高可靠性开采技术进行了大量研究,获得了多项创新成果,主要有以下三个方面:一是研制出总装机功率达2400kW,牵引速度达0~35m/min,牵引力1250kN的适应3m左右中厚煤层高产高效工作面开采的电牵引采煤机;二是开发了针对高强度摇臂壳体、高速高可靠性牵引系统的煤岩识别工况自适应智能控制系统和摇臂故障智能诊断系统;三是首次提出了基于多维信息在线融合分析与机器智能学习技术相结合的煤岩识别模型与方法,并研制出实用化的复合型煤岩识别信号传感器及嵌入式煤岩界面自动识别调高系统装置。

项目获授权发明专利12项,获省部级科技奖励1项,解决了目前各大矿务局针对中厚煤层工作面急需实现“一矿一面”年产千万吨级高产高效和集约化生产模式的难题,相比以往中厚煤层开采技术,装机功率提升了40~50%,牵引速度提高了80~120%,原煤产量一井一面可实现1000万吨,开创了我国中厚煤层工作面年产千万吨级原煤的历史先河。

项目研发成果在陕西神木凉水井矿业有限责任企业42111工作面建立示范工程,在平均采高3.0m~3.5m的情况下实现年产1000万吨原煤的目标。目前,成果已在已在神木凉水井矿、兖矿集团转龙湾煤矿、黄陵矿业集团二号井、北京昊华煤业红庆梁煤矿、榆林汇森煤业冯家塔煤矿等局矿推广,为推动我国中厚煤层开采理论、技术及装备迈向国际领先水平奠定了坚实基础。

     

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  陕西神木凉水井矿地面三机联合调试现场

  
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陕西神木凉水井矿井下采煤工作面运行现场

  

中国煤科易自燃煤层群开采矿井火灾

防控关键技术取得重大突破

西北地区是我国重要的煤炭生产基地,仅新疆、内蒙古、山西和陕西四省(区)储量占全国煤炭资源总量的81.3%。该地区煤层具有潜埋深、近距离、易自燃的显著特点,导致井上下漏风规律复杂、自然发火地点隐蔽,给煤矿安全生产带来极大的隐患。提升西北地区矿井多层超大复合采空区的火灾防治技术水平,对于保障煤炭资源安全可靠供给具有重要意义。

中国煤科沈阳研究院研究团队经过多年攻关,针对西北地区易自燃煤层群开采火灾防控理论进行大量研究,首次提出了超前采矿工程控氧化、超前综合预防不自燃、准确探测易治理的矿井火灾超前协同防控新理念,具体创新成果主要包括三个方面:一是首次基于矿井火灾防治原则提出了多尺度采矿工程优化方法及其内涵,分别在矿区尺度、矿井尺度和工作面尺度优化了采掘部署;二是确定了神东矿区主采煤层自然发火标志气体临界值,开发了井下原位光谱在线监测技术,提出了复杂灾变地质体影响下自燃火灾威胁程度评估方法,集成创新了气体流场动态平衡多点调控技术,提出了井上下联合区域性注浆技术,建立了超前综合预防不自燃技术体系;三是首次提出了煤自燃隐蔽火区电磁多元探测技术,研制了隐蔽火区电磁探测专用装备,开发了电磁探测数据说明系统,初步建立了电磁探火技术方法。

项目获国内授权发明专利10项、美国发明专利3项,制定行业标准4项,发表论文53篇,获得App著作权14项,获省部级奖励2项。成果已应用于神华集团、陕煤集团、龙煤集团、山东能源集团等30余个煤矿。成果仅在神东、榆神6个自燃危险矿井推广应用期间,安全开采原煤7878万吨,新增利税63亿元,新增利润39亿元,经济和社会效益显著。

  

中国煤科煤矿井下槽波探测技术

达到国际领先水平

随着煤炭开采深度的不断加大,开采地质条件也越来越复杂,各种地质灾害日趋显现,导致矿难伤亡事故频发,煤矿安全生产形势日益严峻。据不完全统计,地质条件不清占煤矿发生的重特大灾害事故的80%以上。煤矿井下槽波地震探测技术是超前查明煤层中断层、陷落柱、采空区、煤厚变薄、岩浆岩侵入以及局部应力集中区等最为有效的探测手段。槽波地震探测技术与装备一直为西方国家所垄断。因此,超前查明各类隐蔽致灾地质因素,为煤矿安全高效开采提供地质保障,显得尤为迫切。

中煤科工西安研究院经过8年坚持不懈的技术攻关,成功研发出具有自主常识产权的新一代槽波探测技术与装备,其中基于节点式设计的无缆槽波地震仪,实现了对国外同类设备的“跨代超越”,自主开发的GeoCoal槽波处理App成功实现了“弯道超车”。主要创新成果有:一是研制出国内首套本安型矿用无缆节点自记式槽波地震仪,该设备以独立采集、集中处理和时间同步的方法,克服了原有井下地震仪庞大、笨重、带道能力少的问题;二是研发了煤矿井下含巷道模型的三维弹性波数值模拟App,并在GPUs平台上利用CUDA将计算效率提高了两个数量级;三是独特的Z分量接收以及工作面全覆盖、孔巷联合等采集方式,既减轻了井下施工负担,提高了施工效率,又通过增加射线覆盖密度和方位分布,极大地提高了槽波探测准确度,降低了误报率;四是研发出矿井透射、反射槽波数据的关键处理技术,从去噪、波场分离、极化滤波、初至拾取、信号增强、频散校正、高精度层析和多种反射波成像等方面,有效提高了数据成像质量和探测精度;五是研发出透射、反射槽波数据处理AppGeoCoal和ISSTSP,App界面友好,功能齐全,易于操作,提高了煤矿井下槽波数据处理说明效率。

项目获授权发明专利5项,授权实用新型专利3项;获得App著作权16项;取得4个矿用产品MA认证,3个矿用产品防爆认证;项目在国内外核心期刊发表论文40余篇,其中SCI检索4篇,EI检索6篇。项目成果达到国际领先水平,获得中国煤炭工业协会科技进步一等奖。项目成果入选煤炭工业“四个一批”名录,在全国14个大型煤炭基地得到广泛的推广应用,为煤矿累计新增产值10亿元以上,经济效益和社会效益显著,为保障煤矿安全高效生产发挥了不可替代的作用,引领了煤炭行业矿井物探的技术进步。

   

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反射槽波断层探测效果图

  

中国煤科井下远距离自动控制钻机研发

取得突破

瓦斯是煤矿安全生产的重大隐患,施工钻孔进行抽采是消除重特大瓦斯灾害的根本途径。目前使用的煤矿瓦斯抽采钻机机械化、自动化程度低,在使用过程中存在操作人员多、劳动强度大、安全保障性差等诸多问题。

中煤科工重庆研究院经过持续攻关,研制出了列煤矿井下远距离自动控制钻机,取得以下创新性成果:一是首创煤矿瓦斯抽采钻机用自动上下钻杆技术,通过机械手和钻杆箱的配合,在自动控制程序的驱动下可完成-40°~+90°倾角下的钻杆自动上下,有效降低了钻机操编辑的劳动强度;二是研发了远距离操控技术,采用地面远控和井下50m范围内无线遥控两种模式操作,能远距离控制钻机各种动作并实时显示钻进参数如旋转、推进压力及给进速度等,有效的保障了施工人员的安全;三是研发了一键全自动钻孔技术,采用程序控制钻机的各个动作,钻孔时只需按下控制键,钻机即可自动钻进及退钻,整个钻孔过程中再无需其他人工操作,大大的提升了钻机的自动化程度;四是首创了智能防卡钻技术,采用智能防卡钻算法,通过对各类传感器的状态判定,运用逻辑运算,评估卡钻的可能性,从而控制钻机进行旋转洗孔、快速退钻等,各状态响应时间≤3s,可有效防止钻机卡钻。

项目获授权发明专利7件,获省部级科技二等奖2项,并获国家专利优秀奖。项目成果在淮南谢桥矿建立了示范工程,钻机整体应用效果良好,其中减人效果最为明显,单台钻机三班作业人员数由示范前的15人减至7人。目前已在郑州煤电、平煤神马、新疆焦煤、国能神东、兖州煤业等多个煤矿进行了推广应用。煤矿远距离自动控制钻机的的研制成功,解决了钻机操控繁琐、劳动强度大、安全性差的问题,提高了煤矿井下自动化钻孔的技术水平,对煤矿减人增效、保障安全生产具有重要意义。

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常规钻机钻孔施工

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远距离自动控制钻机钻孔施工

   

中国煤科基于光谱技术的煤矿气体

检测仪器装备取得重大突破

在煤炭在开采过程中,对有毒有害及爆炸危险性气体进行实时监测及预警,实现煤矿灾害防治,救灾过程次生灾害预防具有重要意义。光谱法工业级检测装备核心技术被国外厂商所垄断,煤炭行业长期采用传感器法和色谱法装备替代。研制煤炭行业特种光谱检测仪器,对增强煤矿日常安全监测、灾害预警和提高应急救援技术能力具有重要意义。

中国煤科沈阳研究院研究团队,攻克了基于光谱技术的煤矿气体检测仪器装备所涉及的多相技术难题,取得多项重大创新成果。一是针对矿井应用环境,首次提出了矿井极性气体特征吸取峰提取方法、矿井烷烃类气体光谱谱图交叠的指纹区识别方法,攻克了贫氧条件下甲烷单波长光谱定量检测和超低浓度目标气体光电离检测适用性、多组分混合气体定性及宽量程定量光谱分析、煤矿气体光谱在线遥测分析等3项关键技术,解决了矿井复杂本底条件下基于光谱法的高精度气体检测和遥测的难题;二是开发了红外光源、煤矿用气体池、DTGS光谱检测器和被动式遥感红外接收器共4种关键部件,打破了国际垄断;三是攻克了傅里叶光谱仪光学系统抗震自修正技术、本安型宽量程高精度矿井自然发火标志气体光谱检测技术,研制了成套装备,进行了应用开发,提出了矿用多组分气体傅里叶光谱仪定量分析方法,实现了煤矿灾害气体的快速检测。

项目获得了煤炭行业特种光谱检测领域完全自主常识产权,获授权国内发明专利14项,授权美国PCT专利3项,取得12项App著作权,发表论文40余篇,项目成果达到国际领先水平,相关成果实现量产化,技术成果已在黑龙江、河北、山东、山西、内蒙古、陕西、新疆等国内主要产煤区大量推广应用,每年为煤矿安全生产创造间接经济效益数十亿元。

项目为煤矿日常安全监测和应急救援提供一种新理论、新技术和新装备,并可以拓宽到非煤矿山、地面环境监测、消防火灾、石油化工等应用领域。项目成果为温室气体排放及保障煤矿作业人员的生命安全提供了技术和设备支撑。

  

煤田火区光谱遥测测试现场

   

中国煤科富水浅覆土层大断面隧道

微扰动冻结技术取得重大突破

随着城市轨道交通的网络化发展,地铁站换乘段和交叉穿越段、车站出入口、过街通道等大断面地下结构数目逐渐增多。富水条件下此类地下结构通常具有断面形状复杂、距离短、覆土浅、地面无施工空间等特点,不适合用盾构法施工,冻结法是最理想的封水和加固手段。但当前的冻结法设计与施工偏粗放型,富水土层钻孔施工以及冻融效应对环境的影响比较大。尤其是富水浅覆土层大断面隧道冻结,冻胀效应表现得非常突出。所以控制冻结法施工的环境效应,是冻结技术发展必然要求。

北京中煤矿山工程有限企业牵头的研究团队结合多个实际工程,针对富水浅覆土层大断面隧道微扰动冻结技术进行了大量研究,获得了多项极具适用价值的创新成果主要有三个方面:一是首次提出了浅覆土大体积冻结小体量设计新理念。发明了新颖经济的多段局部冻结器,提出了部分冻结管割除后维持环形冻结壁平均温度的盐水恢复供给方法,实现了减小冻土体量约50%的目标。二是首创了大体积冻结温控-热限-泄压冻胀综合控制新方法。提出敞开式冻结孔设计与差异式冻结交圈时间、冻土边界循环温水与冻结模式控制以及施工吸取变形泄压孔,解决了变形敏感性极强的浅覆土大断面隧道冻胀控制难的世界性难题,冻胀量可控制在5mm以内。三是研发了隧道水平透孔、泥浆循环保压平衡钻进装置与配套工艺、地铁隧道(联络通道)冻结法施工高效辅助降温方法、高效闭式冷凝系统、延长监测数据传输距离方法。研制了“冻结制冷系统”智能设计决策专家常识库系统。工程证明应用以上技术钻孔出泥(砂)量比传统半封闭保压钻进减小97%,节电以及缩短冻结时间为整个冻结系统节约能源约24.3%。实现了富水浅覆土层大断面隧道冻结工程的微扰动控制。

项目授权发明专利6项、申请发明专利5项,获批北京市建设工程工法1项,撰写行业标准1项,获得App著作权1项,发表论文17 篇;获省部级科技一等奖1项。成果已应用于广州、上海、南昌、苏州等30 余个联络通道冻结工程及盾构进出洞加固工程,1个车站出入口冻结工程,1个超大断面隧道曲线段冻结工程。施工反响良好,3年内同比节约成本2482万元。

项目研发的富水浅覆土层大断面隧道微扰动冻结技术解决了其它工法难以实施的复杂条件下富水大断面隧道施工的世界难题。推动了冻结暗挖法施工技术进步,避免了大规模拆迁。实现了复杂地层条件下的施工环境控制目标,促进了环境友好型轨道交通建设发展。

       

(a)管棚-冻结施工效果图        (b)局部冻结施工效果图    

附图 冻结工程施工效果图


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