TBM在煤矿巷道中应用的可行性研究

发布时间：2017-08-30 02:32

  本文关键词：TBM在煤矿巷道中应用的可行性研究

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【摘要】：近年来,全断面岩石掘进机(以下简称TBM)在水利、交通、城市轨道交通等工程领域得到广泛应用。由于煤炭矿山水文与工程地质条件复杂,国内少有TBM在该行业工程应用与研究的报道。随着我国煤炭浅部资源的枯竭,千米深井日益增多,传统矿山法已无法满足高地压、高地温环境下安全、快速施工岩石巷道的要求。因此,将TBM工法运用到煤矿深井巷道施工不失为一条有效的技术途径。本文以我国首例采用TBM施工全断面岩巷——淮南张集北矿1413A高抽巷为工程背景,基于TBM工法和煤矿深井巷道工程地质特点,针对煤矿深井巷道中运用存在的基础理论与关键技术问题,采用理论分析、数值模拟以及在实际施工现场进行信息化施工监测等综合方法,从理论与技术角度对其可行性进行了深入研究。首先,从剖析TBM破岩结构入手,分析了其破岩与掘进能力；基于TBM施工掘进过程中的滚刀破岩理论以及实际受力情况,对高地压硬岩环境下滚刀破岩适应性进行了深入分析；根据岩石切削扩展模型,运用岩石断裂力学理论,揭示滚刀作用下岩石的裂纹扩展规律,并取得了有益成果。其后,利用数值模拟软件FLAC-3D对张集北矿1413A高抽巷运用TBM施工的过程进行数值模拟,分析了TBM施工过程中的巷道围岩应力及围岩塑性区的大小,探讨了使用TBM施工时的巷道围岩稳定性问题；此外,在实际的施工现场进行了施工信息化监测,对围岩的收敛变形及支护锚杆的受力情况进行了监测,通过将监测结果与数值模拟结果的对比分析,优化了巷道围岩的支护结构并得到了TBM在煤矿深井巷道中运用的可行性结论,并得到工程验证。
【关键词】：TBM 煤矿巷道 滚刀 破岩机理 FLAC-3D
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD263
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-12
• 1 绪论12-20
• 1.1 选题背景及研究意义12-15
• 1.2 国内外研究现状15-18
• 1.3 现阶段研究成果与不足18
• 1.4 课题主要研究内容18-20
• 2 试验项目工程背景概况20-30
• 2.1 矿井概况20-21
• 2.2 试验巷道所处地层岩性分析21-24
• 2.3 试验巷道处地应力场测量24-29
• 2.3.1 地应力测量方法——应力解除法24-29
• 2.3.2 地应力测试结果分析29
• 2.4 小结29-30
• 3 TBM施工时的机械能力保证研究30-44
• 3.1 TBM破岩机构简介30-34
• 3.1.1 TBM破岩掘进的关键——刀具(结构)30-31
• 3.1.2 刀盘31-32
• 3.1.3 TBM破岩结构形式32-34
• 3.2 TBM基本功能简介34-35
• 3.3 TBM工作能力的保证35-38
• 3.3.1 TBM破岩能力的保证35-37
• 3.3.2 TBM绝进能力的保证37-38
• 3.4 TBM工作时的优缺点分析38-40
• 3.4.1 TBM优点分析38-39
• 3.4.2 TBM缺陷分析39-40
• 3.5 程施工设备的选择及使用40-44
• 3.5.1 实际项目设备的选择40-41
• 3.5.2 TBM掘进施工流程41-44
• 4 TBM施工时的岩石可掘性研究44-56
• 4.1 TBM作用下的岩石失效理论44-50
• 4.1.1 TBM作用下岩石破坏机理45-48
• 4.1.2 TBM作用下的岩石受力分析48-50
• 4.2 TBM作用下的岩石开裂及裂纹扩展机理50-55
• 4.2.1 岩石的开裂及裂纹扩展过程50-52
• 4.2.2 TBM作用下的岩体裂纹扩展规律52-55
• 4.3 小结55-56
• 5 煤矿巷道应用TBM掘进过程的数值模拟56-70
• 5.1 工程概况56-57
• 5.2 数值模拟软件——FLAC-3D简介57-59
• 5.3 材料本构模型选用59-60
• 5.4 计算参数的试验测定60-62
• 5.5 数值计算模型的建立与分析62-70
• 6 TBM试验段信息化施工监测70-74
• 6.1 围岩收敛变形的监测结果分析70-72
• 6.2 支护锚杆的受力监测结果分析72
• 6.3 小结72-74
• 7 结论与展望74-76
• 参考文献76-82
• 致谢82-84
• 作者简介及读研期间主要科研成果84

【参考文献】

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本文编号：756797