盾构法建设煤矿斜井的保护煤柱合理宽度及稳定性研究
发布时间：2020-03-25 15:24
【摘要】：针对神华新街台格庙矿区采用盾构工法建设煤矿长距离斜井(以下简称为盾构斜井),为研究盾构斜井投入使用后深部煤层采动对斜井稳定性的影响以及确定盾构斜井保护煤柱的合理宽度,本文采用室内物理模型试验和有限元数值模拟的方法分析了深部条件下,煤层开采对盾构斜井的力学作用、采空区上覆岩体的坍塌规律、沿斜井走向的保护煤柱宽度变化趋势;根据突变理论建立了盾构斜井保护煤柱的尖点突变模型,分析得到了煤柱突变破坏的必要条件,并依据煤岩的流变特性,分析了煤柱稳定的时效特性。本文完成的工作主要有:1.采用平面物理模型试验的方法,对煤层开采全过程进行了相似模拟。分析了开采工作面距盾构斜井不同位置的斜井管片内力、位移的变化情况,并采用安全系数的方法对斜井的结构安全性进行了评价,最终确定了在深部高地应力条件下保证斜井安全稳定的最适煤柱宽度。同时,试验记录了煤层开采过程中上覆岩体坍塌对管片结构造成的动力作用,分析了深部采动作用对斜井管片结构稳定性的影响规律。2.采用RS2有限元数值模拟的方法,研究了盾构斜井保护煤柱宽度的变化趋势。根据模拟过程中管片出现的不同失稳方式,提出了采用斜井管片受力状态、盾构斜井围岩稳定性、地层移动角影响范围三种评价标准,对不同位置的保护煤柱的宽度进行确定。模拟结果显示,随着煤层与管片距离的增加,保护煤柱的宽度首先按照对数函数形式增加然后保持不变。3.提出了适用于工程背景下的深部开采条件下的移动角的确定方法。深部开采时,根据规范移动角方法计算得到的保护煤柱宽度过大,在本次试验中通过对数值模拟结果的分析,提出了适用于深部高地应力条件下的煤层开采移动角的确定方法。规定两斜井中心连线的垂直平分线上特定点,到斜井边缘的切线与水平线所成夹角为适用于工程背景条件下的特定移动角。4.根据突变理论研究了深部煤柱的稳定性规律。煤柱的突变失稳过程是一个非线性过程,具体表现为从煤柱边缘向内部的渐进式破坏。根据分析将煤柱分为弹性核区和边缘塑性区,从能量平衡的角度,建立了盾构斜井保护煤柱的尖点突变模型,得到了煤柱失稳的必要条件。结合实际工程背景,利用离散元软件UDEC建模对煤柱的稳定性做出了分析和评价。5.研究了深部开采煤柱系统稳定性的时效性规律。通过分析煤岩的蠕变机理,认为加速蠕变阶段是一种突变现象。并使用含有分数阶微积分的软体元件和引入损伤变量的损伤元件对西原模型中的元件进行替代,建立了分数阶损伤西原模型,并推导了新建模型的流变本构方程和蠕变方程,通过室内煤岩蠕变试验得到了模型参数,在此基础上建立了煤岩蠕变柔量的突变方程,对煤柱的长期稳定做出了预测。
【图文】：
图１－１技术路线逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－１邋Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ邋ｒｏｕｔｅ逡逑１．６本文创新点逡逑１．依托于国内首次采用盾构工法建设煤矿长距离斜井，采用物理模型试验的方法逡逑研究了深部条件下煤层开采对盾构斜井的稳定性影响规律和地层移动规律，分析了开逡逑采过程中采空区上覆岩体垮落对盾构斜井造成的动力影响，对现实施工具有一定的指逡逑导意义。逡逑２．提出了深部条件下盾构斜井保护煤柱宽度的确定方法。根据数值模拟计算结果，逡逑提出了采用斜井管片受力状态、斜井围岩稳定性、移动角影响范围三种评价标准对位逡逑于不同位置的煤柱宽度进行确定的方法，研究了沿斜井走向的保护煤柱宽度变化趋势。逡逑１２逡逑
施工工程安全，查明斜井穿越含砾粗砂岩层的水文地质情况，在ＸＪ２号、ＸＪ３号地质逡逑钻孔中间补充勘查２个地质钻孔，，即ＸＪ补１、ＸＪ补２孔。根据地质勘察结果绘制斜井逡逑穿越地层地质剖面图如图２－１所示。逡逑０白里系}卞义闲本尴笛訛靛义希叮罚埃礤危恚礤五澹撸撸咤义贤迹玻毙本┰降夭沐义希疲椋纾酰颍邋澹玻卞澹裕瑁邋澹恚幔椋铄澹螅簦颍幔簦徨义希保靛义
本文编号：2600080
【图文】：
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施工工程安全，查明斜井穿越含砾粗砂岩层的水文地质情况，在ＸＪ２号、ＸＪ３号地质逡逑钻孔中间补充勘查２个地质钻孔，，即ＸＪ补１、ＸＪ补２孔。根据地质勘察结果绘制斜井逡逑穿越地层地质剖面图如图２－１所示。逡逑０白里系}卞义闲本尴笛訛靛义希叮罚埃礤危恚礤五澹撸撸咤义贤迹玻毙本┰降夭沐义希疲椋纾酰颍邋澹玻卞澹裕瑁邋澹恚幔椋铄澹螅簦颍幔簦徨义希保靛义
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