本文關(guān)鍵詞：煤礦采空區(qū)隧道施工安全數(shù)值模擬及監(jiān)控預(yù)警方法研究

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【摘要】：我國幅員遼闊煤礦資源豐富,開采余留下來的煤礦采空區(qū)存在于很多礦山地區(qū)。當(dāng)公路隧道穿越山體,位于隧道周邊的采空區(qū)會對其圍巖穩(wěn)定性造成不利影響。本文以重慶市華巖隧道為依托,通過力學(xué)模型的建立、數(shù)值模擬方法及隧道現(xiàn)場實測資料的相互印證,探究了煤礦采空區(qū)對于隧道施工過程圍巖的穩(wěn)定性的研究,以此給出采空區(qū)隧道建設(shè)相配套的監(jiān)控預(yù)警方法。主要研究成果如下:(1)依據(jù)煤礦采空區(qū)形成的原理,充分考慮了三種形式(0度水平煤層、30度緩斜煤層及60度急斜煤層)下采空區(qū)的形成機理。以隧道與采空區(qū)之間凈距L及采空區(qū)尺寸S作為變量,通過考慮隧采空區(qū)位于隧道上下方兩種情況提出單一變量影響下的施工力學(xué)模型。(2)通過ansys模擬隧道上穿及下穿采空區(qū)的施工工況,研究結(jié)果表明:隧道圍巖的豎向位移隨煤層傾角的增大而增大,同時采空區(qū)的存在對于豎向位移的影響明顯大于水平方向位移。凈距L越小或者采空區(qū)尺寸S越大時,對于隧道圍巖的塑性區(qū)影響越大,且影響區(qū)域主要集中在近煤層一側(cè)隧道圍巖,具體的單一變量臨界破壞值及塑性區(qū)規(guī)律如下:1)采空區(qū)位于隧道上方時:煤層傾角為0度,凈距L=0.5D或者采空區(qū)尺寸S=D×3時,隧道上部由左右拱腰至采空區(qū)邊緣圍巖出現(xiàn)“三角形”貫通區(qū);煤層傾角為30度,凈距L=1D或采空區(qū)尺寸S=0.9D×3時,采空區(qū)與隧道之間圍巖塑性區(qū)出現(xiàn)貫通;煤層傾角為60度,凈距L=2D或者采空區(qū)尺寸S=0.7D×3時,采空區(qū)與隧道之間塑性區(qū)出現(xiàn)貫通。2)采空區(qū)位于隧道下方時:煤層傾角為0度,凈距L=0.3D或采空區(qū)尺寸S=D×3時,采空區(qū)與隧道之間圍巖塑性區(qū)出現(xiàn)貫通;煤層傾角為30度,凈距L=1.5D或采空區(qū)尺寸S=0.7D×3時,采空區(qū)與隧道之間圍巖塑性區(qū)出現(xiàn)貫通;煤層傾角為60度,凈距L=2D或采空區(qū)尺寸S=0.6D×3時,采空區(qū)與隧道之間塑性區(qū)出現(xiàn)貫通。3)考慮煤層傾角為60度的最不利情況,通過強度折減法研究4種工況條件下隧道的折減系數(shù)。(3)以華巖隧道ZK1+567段采空區(qū)監(jiān)控量測實測數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬的結(jié)果相對比,得出結(jié)果規(guī)律基本一致。此外針對采空區(qū)有無傾角情況下位移對比,并通過相關(guān)規(guī)范、類似工程實例資料及所在工程實測數(shù)據(jù)三個方面來綜合考慮得出采空區(qū)隧道預(yù)警基準(zhǔn)值及預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)。
【關(guān)鍵詞】：煤礦采空區(qū) 施工力學(xué)模型 圍巖穩(wěn)定性 監(jiān)控量測 預(yù)警
【學(xué)位授予單位】：重慶交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TD76
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 緒論9-15
• 1.1 研究背景及意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-12
• 1.2.1 煤礦采空區(qū)破壞機理研究現(xiàn)狀10
• 1.2.2 隧道穿煤礦采空區(qū)施工過程圍巖穩(wěn)定性研究現(xiàn)狀10-11
• 1.2.3 采空區(qū)隧道監(jiān)控預(yù)警方法研究現(xiàn)狀11-12
• 1.3 本文研究內(nèi)容及技術(shù)路線12-15
• 1.3.1 研究內(nèi)容12-13
• 1.3.2 技術(shù)路線13-15
• 第二章 華巖隧道工程地質(zhì)概況15-27
• 2.1 工程概況15-16
• 2.2 工程地質(zhì)概況16-18
• 2.2.1 地形地貌16
• 2.2.2 地質(zhì)構(gòu)造16-18
• 2.3 氣象與水文18-20
• 2.4 不良地質(zhì)20-24
• 2.4.1 巖溶及巖溶突水、突泥21
• 2.4.2 斷層21
• 2.4.3 瓦斯等有害氣體21-23
• 2.4.4 煤礦采空區(qū)23-24
• 2.5 華巖隧道穿煤層采空區(qū)處治設(shè)計24-25
• 2.6 本章小結(jié)25-27
• 第三章 考慮煤礦采空區(qū)的隧道施工過程數(shù)值模擬方法27-37
• 3.1 采空區(qū)力學(xué)模型27-28
• 3.1.1 采空區(qū)形成機理27-28
• 3.1.2 采空區(qū)垮落帶支撐應(yīng)力28
• 3.2 考慮煤礦采空區(qū)的隧道施工過程數(shù)值模擬28-33
• 3.2.1 有限元軟件ansys簡介28-30
• 3.2.2 隧道斷面尺寸及圍巖物理參數(shù)選取30-31
• 3.2.3 隧道施工過程模擬方法31
• 3.2.4 煤礦采空區(qū)的模擬及實現(xiàn)31-33
• 3.3 考慮煤礦采空區(qū)的隧道施工力學(xué)模型33-36
• 3.3.1 采空區(qū)與隧道不同凈距下的隧道施工力學(xué)模型34-35
• 3.3.2 不同尺寸大小煤礦采空區(qū)的隧道施工力學(xué)模型35-36
• 3.4 本章小結(jié)36-37
• 第四章 煤礦采空區(qū)對隧道開挖圍巖穩(wěn)定性影響分析37-62
• 4.1 穿煤礦采空區(qū)隧道圍巖穩(wěn)定性判定依據(jù)37-39
• 4.1.1 圍巖相對位移37
• 4.1.2 圍巖塑性區(qū)37-38
• 4.1.3 強度折減法38-39
• 4.2 不同傾角煤層位于隧道上方對于隧道圍巖穩(wěn)定性影響分析39-48
• 4.2.1 煤礦采空區(qū)與隧道之間凈距影響分析39-44
• 4.2.2 煤礦采空區(qū)不同尺寸影響分析44-48
• 4.3 不同傾角煤層位于隧道下方對于隧道圍巖穩(wěn)定性影響分析48-57
• 4.3.1 煤礦采空區(qū)與隧道之間凈距影響分析48-52
• 4.3.2 煤礦采空區(qū)不同尺寸影響分析52-57
• 4.4 基于強度折減法的圍巖穩(wěn)定性分析57-60
• 4.5 本章小結(jié)60-62
• 第五章 采空區(qū)隧道施工過程監(jiān)控預(yù)警方法研究62-75
• 5.1 華巖隧道采空區(qū)ZK1+567 段監(jiān)控量測62-66
• 5.1.1 監(jiān)控量測內(nèi)容62-65
• 5.1.2 華巖隧道采空區(qū)段監(jiān)控量測數(shù)據(jù)分析65-66
• 5.2 隧道穿煤礦采空區(qū)監(jiān)控量測方法66-71
• 5.2.1 采空區(qū)位于隧道上方條件下隧道監(jiān)控量測布點67-68
• 5.2.2 采空區(qū)位于隧道下方條件下隧道監(jiān)控量測布點68-71
• 5.3 采空區(qū)隧道監(jiān)控預(yù)警基準(zhǔn)值及預(yù)警等級71-73
• 5.4 本章小結(jié)73-75
• 第六章 結(jié)論與展望75-77
• 6.1 主要研究結(jié)論75-76
• 6.2 存在的問題及今后的研究方向76-77
• 致謝77-78
• 參考文獻78-82
• 攻讀學(xué)位期間的研究成果82

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本文編號：919088