本文關鍵詞：煤礦深部巷道TBM施工圍巖穩(wěn)定性與支護技術研究

  更多相關文章： 立井煤礦 深部地層 全斷面掘進機(TBM) 三軸循環(huán)加卸載試驗 本構模型 數值計算 圍巖穩(wěn)定性 現場監(jiān)測

【摘要】：全斷面巖石掘進機(簡稱TBM)在我國交通、水利、城市軌道交通等工程領域已得到廣泛應用,相關理論與關鍵技術研究成果豐碩。由于立井開拓煤礦地質和施工條件復雜,國內、外少見TBM施工深部巖石巷道的相關研究和工程報道。本文開展立井開拓煤礦深部巷道TBM施工圍巖穩(wěn)定性與支護技術研究,對安全、快速、高效施工深井煤礦巖石巷道,推動煤礦巖石巷道施工技術革命,具有重要的理論意義和應用價值。本文以張集煤礦1413A工作面高抽巷掘進工程為工程背景,根據巷道埋深大、地應力場分布較為復雜、節(jié)理發(fā)育不均勻、掘進速度快的特點,分析了影響TBM掘進深部煤系地層硬巖巷道圍巖穩(wěn)定性存在的關鍵技術問題；通過A組煤頂板石英砂巖的單軸壓縮、三軸壓縮和三軸循環(huán)加卸載試驗,揭示了石英砂巖力學特性和破壞特征即：石英砂巖的峰值強度與圍壓以及應力路徑有關,圍壓越高,石英砂巖的峰值強度也越高；在循環(huán)加卸載應力路徑下,由于累積損傷,其峰值強度低于三軸壓縮試驗；石英砂巖破壞時表現為由細觀裂隙發(fā)育引起的脆性破壞。采用多種線型的Mohr強度準則擬合石英砂巖三軸循環(huán)加卸載的試驗參數,基于統(tǒng)計學理論,對比不同線型Mohr強度包絡線的決定系數,優(yōu)化選出冪函數型Mohr強度包絡線,并在此基礎上,提出了石英砂巖三軸循環(huán)加卸載的強度準則和本構關系。在圓形巷道力學解析解分析的基礎上,采用攝動法得到了冪函數型強度準則的一般圓巷彈塑性解析解。算例分析表明,在深部煤系地層中,圍巖應力水平對圍巖塑性范圍的影響大于支護反力,該塑性區(qū)形狀主要與側壓系數相關。依據三軸循環(huán)加卸載試驗數據,采用冪函數型Mohr強度準則,對FLAC3D有限差分法數值計算軟件進行二次開發(fā),建立自定義模型,分析TBM掘進巷道圍巖的應力場、位移場、塑性區(qū)的分布和演化規(guī)律,通過與FLAC3D常規(guī)直線型Mohr模型計算結果對比發(fā)現,兩種不同強度準則模型計算獲得的應力場分布規(guī)律雖基本相同,但采用自定義模型算得的巷道塑性區(qū)和位移值更符合工程現場監(jiān)測結果。在TBM掘進過程中,開展了大量現場監(jiān)測研究。在巷道周邊布置多個鉆孔,安裝分布式光纖,孔間電阻率監(jiān)測元件和震波CT設備,獲得了TBM掘進過程中的應力場、地電場和波速場參數,獲得了TBM掘進時巷道圍巖擾動、應力場、位移場演化時空效應的大量實測數據,為優(yōu)化支護設計提供了依據。基于煤礦硬巖巷道TBM施工特點,深入分析了不同支護形式的適用性,通過數值模擬揭示了TBM掘進與運行過程中所選支護的受力特性,優(yōu)選了各設計參數。實測結果表明,所選的支護巷道圍巖穩(wěn)定,具有施工簡便快捷、成本低等優(yōu)點。通過上述研究工作,初步構建了TBM掘進煤礦深部地層硬巖巷道圍巖穩(wěn)定性與支護理論與技術體系框架,為今后圍繞存在問題的進一步研究奠定了基礎。此外,由于研究工作是伴隨著TBM掘進巷道工程的設計和施工逐步展開的,具有現實的工程背景,對工程可行性分析和支護設計中發(fā)揮了重要作用,并在其后的同類工程施工中獲得了采納與應用。
【學位授予單位】：安徽理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TD353

【相似文獻】

中國期刊全文數據庫 前10條

1 潘建平,饒運章,徐水太;Back-propagation Network在巷道圍巖穩(wěn)定性識別中的應用[J];南方冶金學院學報;2004年01期

2 張里程;巷道圍巖穩(wěn)定性分析研究的現狀與存在問題[J];徐州工程學院學報;2005年03期

3 李彥斌;楊永康;蘇學貴;;埋深對巷道圍巖穩(wěn)定性影響研究[J];太原理工大學學報;2011年06期

4 楊更社;;礦山巷道圍巖穩(wěn)定性的判斷準則[J];有色金屬(礦山部分);1990年01期

5 韋世貴;;礦山巷道圍巖穩(wěn)定性數值模擬分析[J];中國水運(下半月);2011年08期

6 宋宏偉,梁士杰;建井巷道圍巖穩(wěn)定性預測方法探討[J];建井技術;1990年05期

7 蔣金平,湯雷;應用綜合評判法評價巷道圍巖穩(wěn)定性[J];徐煤科技;1995年04期

8 劉會林;朱明;張愛霞;;應用神經網絡方法評定巷道圍巖穩(wěn)定性[J];礦業(yè)安全與環(huán)保;2006年04期

9 楊更社;巷道圍巖穩(wěn)定性的數值分析[J];河北煤炭;1988年04期

10 鄒喜正,呂家立,萬德營;徐州礦區(qū)緩傾斜、傾斜煤層向采巷道圍巖穩(wěn)定性分類方案的研究[J];江蘇煤炭;1989年03期

中國重要會議論文全文數據庫 前6條

1 孟繁雯;楊林之;李建功;;某礦區(qū)巷道圍巖穩(wěn)定性的分析和評價[A];地下工程經驗交流會論文選集[C];1982年

2 康瑞海;鄧代強;王文平;;南京鉛鋅銀礦主巷道圍巖穩(wěn)定性有限元分析[A];2009（重慶）中西部第二屆有色金屬工業(yè)發(fā)展論壇論文集[C];2009年

3 李術才;;時間序列分析方法在礦山工程中的應用[A];面向國民經濟可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的巖石力學與巖石工程——中國巖石力學與工程學會第五次學術大會論文集[C];1998年

4 宋波;曹野;;基于小波能量的爆破震動巷道圍巖穩(wěn)定性判據[A];《巖土力學》vol.34 增刊1 2013[C];2013年

5 譚云亮;王春秋;;受采動影響厚煤層沿頂巷道圍巖穩(wěn)定性模擬[A];中國煤炭學會第六屆青年科技學術研討會論文集[C];2000年

6 華心祝;陳登紅;楊科;付志亮;;地應力方向對深井動壓巷道圍巖穩(wěn)定性影響[A];煤炭開采新理論與新技術——中國煤炭學會開采專業(yè)委員會2012年學術年會論文集[C];2012年

中國重要報紙全文數據庫 前2條

1 通訊員李靜 記者耿夢濟;攻克復雜條件下6個煤礦開采難題[N];中國煤炭報;2010年

2 李靜;安理大6項科研項目經鑒定達國際水平[N];淮南日報;2010年

中國博士學位論文全文數據庫 前5條

1 唐彬;煤礦深部巷道TBM施工圍巖穩(wěn)定性與支護技術研究[D];安徽理工大學;2016年

2 鄒燦;大冶鐵礦井下開采巷道圍巖穩(wěn)定性分析及控制技術研究[D];中國地質大學;2014年

3 高峰;地應力分布規(guī)律及其對巷道圍巖穩(wěn)定性影響研究[D];中國礦業(yè)大學;2009年

4 任智敏;大斷面六邊形煤巷圍巖變形破壞特征及其穩(wěn)定性研究[D];太原理工大學;2014年

5 康欽容;緩斜煤層群采動影響下底板軟巖巷道圍巖穩(wěn)定性控制[D];重慶大學;2011年

中國碩士學位論文全文數據庫 前10條

1 王琦;烏海礦區(qū)回采巷道圍巖穩(wěn)定性分類及其控制[D];中國礦業(yè)大學;2015年

2 王鵬舉;溝谷地貌下淺埋煤層開采巷道圍巖穩(wěn)定性控制技術研究[D];中國礦業(yè)大學;2015年

3 張愛霞;基于神經網絡的巷道圍巖穩(wěn)定性分類研究[D];河南理工大學;2009年

4 單宏蘭;金屬礦山巷道圍巖穩(wěn)定性分析與監(jiān)測點位置優(yōu)化研究[D];北京科技大學;2007年

5 劉勇洪;外錯式巷道圍巖穩(wěn)定性控制研究[D];太原理工大學;2005年

6 賀超峰;袁店礦巷道圍巖穩(wěn)定性分類及支護決策系統(tǒng)研究[D];安徽理工大學;2013年

7 王吉生;特厚煤層大采高綜采工作面設備撤出巷圍巖穩(wěn)定性研究[D];太原理工大學;2007年

8 高魯;大斷面交叉（岔）巷道圍巖穩(wěn)定性研究[D];太原理工大學;2010年

9 李開偉;云南大紅山銅礦深埋巷道圍巖穩(wěn)定性研究[D];昆明理工大學;2009年

10 周建雄;爆破地震作用下出礦巷道圍巖穩(wěn)定性分析及控制技術研究[D];中南大學;2013年

，

本文編號：1144908