【摘要】：針對(duì)神華新街臺(tái)格廟礦區(qū)采用盾構(gòu)工法建設(shè)煤礦長距離斜井(以下簡稱為盾構(gòu)斜井),為研究盾構(gòu)斜井投入使用后深部煤層采動(dòng)對(duì)斜井穩(wěn)定性的影響以及確定盾構(gòu)斜井保護(hù)煤柱的合理寬度,本文采用室內(nèi)物理模型試驗(yàn)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(duì)盾構(gòu)斜井的力學(xué)作用、采空區(qū)上覆巖體的坍塌規(guī)律、沿斜井走向的保護(hù)煤柱寬度變化趨勢;根據(jù)突變理論建立了盾構(gòu)斜井保護(hù)煤柱的尖點(diǎn)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(shí)效特性。本文完成的工作主要有:1.采用平面物理模型試驗(yàn)的方法,對(duì)煤層開采全過程進(jìn)行了相似模擬。分析了開采工作面距盾構(gòu)斜井不同位置的斜井管片內(nèi)力、位移的變化情況,并采用安全系數(shù)的方法對(duì)斜井的結(jié)構(gòu)安全性進(jìn)行了評(píng)價(jià),最終確定了在深部高地應(yīng)力條件下保證斜井安全穩(wěn)定的最適煤柱寬度。同時(shí),試驗(yàn)記錄了煤層開采過程中上覆巖體坍塌對(duì)管片結(jié)構(gòu)造成的動(dòng)力作用,分析了深部采動(dòng)作用對(duì)斜井管片結(jié)構(gòu)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(gòu)斜井保護(hù)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(gòu)斜井圍巖穩(wěn)定性、地層移動(dòng)角影響范圍三種評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),對(duì)不同位置的保護(hù)煤柱的寬度進(jìn)行確定。模擬結(jié)果顯示,隨著煤層與管片距離的增加,保護(hù)煤柱的寬度首先按照對(duì)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(dòng)角的確定方法。深部開采時(shí),根據(jù)規(guī)范移動(dòng)角方法計(jì)算得到的保護(hù)煤柱寬度過大,在本次試驗(yàn)中通過對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果的分析,提出了適用于深部高地應(yīng)力條件下的煤層開采移動(dòng)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(diǎn),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(dòng)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(gè)非線性過程,具體表現(xiàn)為從煤柱邊緣向內(nèi)部的漸進(jìn)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(gòu)斜井保護(hù)煤柱的尖點(diǎn)突變模型,得到了煤柱失穩(wěn)的必要條件。結(jié)合實(shí)際工程背景,利用離散元軟件UDEC建模對(duì)煤柱的穩(wěn)定性做出了分析和評(píng)價(jià)。5.研究了深部開采煤柱系統(tǒng)穩(wěn)定性的時(shí)效性規(guī)律。通過分析煤巖的蠕變機(jī)理,認(rèn)為加速蠕變階段是一種突變現(xiàn)象。并使用含有分?jǐn)?shù)階微積分的軟體元件和引入損傷變量的損傷元件對(duì)西原模型中的元件進(jìn)行替代,建立了分?jǐn)?shù)階損傷西原模型,并推導(dǎo)了新建模型的流變本構(gòu)方程和蠕變方程,通過室內(nèi)煤巖蠕變試驗(yàn)得到了模型參數(shù),在此基礎(chǔ)上建立了煤巖蠕變?nèi)崃康耐蛔兎匠?對(duì)煤柱的長期穩(wěn)定做出了預(yù)測。
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圖１－１技術(shù)路線逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－１邋Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ邋ｒｏｕｔｅ逡逑１．６本文創(chuàng)新點(diǎn)逡逑１．依托于國內(nèi)首次采用盾構(gòu)工法建設(shè)煤礦長距離斜井，采用物理模型試驗(yàn)的方法逡逑研究了深部條件下煤層開采對(duì)盾構(gòu)斜井的穩(wěn)定性影響規(guī)律和地層移動(dòng)規(guī)律，分析了開逡逑采過程中采空區(qū)上覆巖體垮落對(duì)盾構(gòu)斜井造成的動(dòng)力影響，對(duì)現(xiàn)實(shí)施工具有一定的指逡逑導(dǎo)意義。逡逑２．提出了深部條件下盾構(gòu)斜井保護(hù)煤柱寬度的確定方法。根據(jù)數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)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(dòng)角影響范圍三種評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)位逡逑于不同位置的煤柱寬度進(jìn)行確定的方法，研究了沿斜井走向的保護(hù)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(zhì)情況，在ＸＪ２號(hào)、ＸＪ３號(hào)地質(zhì)逡逑鉆孔中間補(bǔ)充勘查２個(gè)地質(zhì)鉆孔，，即ＸＪ補(bǔ)１、ＸＪ補(bǔ)２孔。根據(jù)地質(zhì)勘察結(jié)果繪制斜井逡逑穿越地層地質(zhì)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(hào)：2600080