【摘要】：針對神華新街臺格廟礦區(qū)采用盾構工法建設煤礦長距離斜井(以下簡稱為盾構斜井),為研究盾構斜井投入使用后深部煤層采動對斜井穩(wěn)定性的影響以及確定盾構斜井保護煤柱的合理寬度,本文采用室內物理模型試驗和有限元數(shù)值模擬的方法分析了深部條件下,煤層開采對盾構斜井的力學作用、采空區(qū)上覆巖體的坍塌規(guī)律、沿斜井走向的保護煤柱寬度變化趨勢;根據(jù)突變理論建立了盾構斜井保護煤柱的尖點突變模型,分析得到了煤柱突變破壞的必要條件,并依據(jù)煤巖的流變特性,分析了煤柱穩(wěn)定的時效特性。本文完成的工作主要有:1.采用平面物理模型試驗的方法,對煤層開采全過程進行了相似模擬。分析了開采工作面距盾構斜井不同位置的斜井管片內力、位移的變化情況,并采用安全系數(shù)的方法對斜井的結構安全性進行了評價,最終確定了在深部高地應力條件下保證斜井安全穩(wěn)定的最適煤柱寬度。同時,試驗記錄了煤層開采過程中上覆巖體坍塌對管片結構造成的動力作用,分析了深部采動作用對斜井管片結構穩(wěn)定性的影響規(guī)律。2.采用RS2有限元數(shù)值模擬的方法,研究了盾構斜井保護煤柱寬度的變化趨勢。根據(jù)模擬過程中管片出現(xiàn)的不同失穩(wěn)方式,提出了采用斜井管片受力狀態(tài)、盾構斜井圍巖穩(wěn)定性、地層移動角影響范圍三種評價標準,對不同位置的保護煤柱的寬度進行確定。模擬結果顯示,隨著煤層與管片距離的增加,保護煤柱的寬度首先按照對數(shù)函數(shù)形式增加然后保持不變。3.提出了適用于工程背景下的深部開采條件下的移動角的確定方法。深部開采時,根據(jù)規(guī)范移動角方法計算得到的保護煤柱寬度過大,在本次試驗中通過對數(shù)值模擬結果的分析,提出了適用于深部高地應力條件下的煤層開采移動角的確定方法。規(guī)定兩斜井中心連線的垂直平分線上特定點,到斜井邊緣的切線與水平線所成夾角為適用于工程背景條件下的特定移動角。4.根據(jù)突變理論研究了深部煤柱的穩(wěn)定性規(guī)律。煤柱的突變失穩(wěn)過程是一個非線性過程,具體表現(xiàn)為從煤柱邊緣向內部的漸進式破壞。根據(jù)分析將煤柱分為彈性核區(qū)和邊緣塑性區(qū),從能量平衡的角度,建立了盾構斜井保護煤柱的尖點突變模型,得到了煤柱失穩(wěn)的必要條件。結合實際工程背景,利用離散元軟件UDEC建模對煤柱的穩(wěn)定性做出了分析和評價。5.研究了深部開采煤柱系統(tǒng)穩(wěn)定性的時效性規(guī)律。通過分析煤巖的蠕變機理,認為加速蠕變階段是一種突變現(xiàn)象。并使用含有分數(shù)階微積分的軟體元件和引入損傷變量的損傷元件對西原模型中的元件進行替代,建立了分數(shù)階損傷西原模型,并推導了新建模型的流變本構方程和蠕變方程,通過室內煤巖蠕變試驗得到了模型參數(shù),在此基礎上建立了煤巖蠕變柔量的突變方程,對煤柱的長期穩(wěn)定做出了預測。
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圖１－１技術路線逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－１邋Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ邋ｒｏｕｔｅ逡逑１．６本文創(chuàng)新點逡逑１．依托于國內首次采用盾構工法建設煤礦長距離斜井，采用物理模型試驗的方法逡逑研究了深部條件下煤層開采對盾構斜井的穩(wěn)定性影響規(guī)律和地層移動規(guī)律，分析了開逡逑采過程中采空區(qū)上覆巖體垮落對盾構斜井造成的動力影響，對現(xiàn)實施工具有一定的指逡逑導意義。逡逑２．提出了深部條件下盾構斜井保護煤柱寬度的確定方法。根據(jù)數(shù)值模擬計算結果，逡逑提出了采用斜井管片受力狀態(tài)、斜井圍巖穩(wěn)定性、移動角影響范圍三種評價標準對位逡逑于不同位置的煤柱寬度進行確定的方法，研究了沿斜井走向的保護煤柱寬度變化趨勢。逡逑１２逡逑

施工工程安全，查明斜井穿越含礫粗砂巖層的水文地質情況，在ＸＪ２號、ＸＪ３號地質逡逑鉆孔中間補充勘查２個地質鉆孔，，即ＸＪ補１、ＸＪ補２孔。根據(jù)地質勘察結果繪制斜井逡逑穿越地層地質剖面圖如圖２－１所示。逡逑０白里系}卞義閑本尷笛訛靛義希叮罰埃礤危恚礤五澹擼擼咤義賢跡玻斃本┰降夭沐義希疲椋紓酰潁邋澹玻卞澹裕瑁邋澹恚幔椋鑠澹螅簦潁幔簦徨義希保靛義

本文編號：2600080