新街礦區(qū)3-1煤層開采對斜井管片結(jié)構(gòu)影響的數(shù)值分析.pdf

1、TBM工法已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外各個領(lǐng)域的隧道建設(shè)中，技術(shù)理論成熟，施工經(jīng)驗豐富。但是，以TBM工法為基礎(chǔ)建立的主、副運輸斜井應(yīng)用于煤礦領(lǐng)域，在國內(nèi)尚屬首次。本文依托內(nèi)蒙古新街礦區(qū)（一井）斜井結(jié)構(gòu)，研究TBM工法應(yīng)用于煤礦建設(shè)領(lǐng)域的技術(shù)問題。
　　新街礦區(qū)煤田由于工程所處地質(zhì)情況復(fù)雜，其穿過某含水層厚度平均達到327.56m，且含水層透水性良好，故此斜井采用TBM（隧道掘進機）法開挖和管片拼裝結(jié)構(gòu)支護，斜井斜長6558m、傾角6°、

2、厚度350mm，落底于3-1可采煤層的底板，與煤田中部的大巷連接。
　　為了最大限度地進行煤層開采并控制對斜井結(jié)構(gòu)的不利影響，需要估算合理的斜井保護煤柱尺寸。經(jīng)驗公式法只籠統(tǒng)地涉及煤層的幾何參數(shù)和力學(xué)性質(zhì)，而數(shù)值模擬則可以同時考慮煤層、巖層、斜井結(jié)構(gòu)的幾何特征和力學(xué)特征。本文針對地層-斜井的相對位置關(guān)系，采用以有限差分法為基本思想的FLAC3D軟件計算分析。主要研究工作和取得的成果如下:
　　1.以二維固體力學(xué)模型為基礎(chǔ)，在

3、模型幾何關(guān)系不變的情況下，保護煤柱寬度變化對管片影響最大，其次為巖層彈性模量變化，巖層粘聚力和摩擦角變化影響很小;而在其他參數(shù)不變的情況下，斜井底板距煤層越高，對管片的影響越小。
　　以改變保護煤柱彈性模量大小和加固范圍作為預(yù)加固措施，隨著模量大小和加固范圍的提高，斜井管片的軸力、彎矩均顯著減小。
　　2.以三維固體力學(xué)模型為基礎(chǔ)，隨著保護煤柱寬度增加，管片所受的最大軸力、彎矩遞減，但保護煤柱寬度增大到一定程度后，軸力、彎矩

4、值將會穩(wěn)定在一個范圍內(nèi)。
　　巖石移動角變化對管片受力影響很小，對管片位移影響較大，隨著巖石移動角增大，管片最大位移值呈先緩慢增大，后快速增大。
　　3.考慮地下水作用的流固耦合模型表明，滲流作用對管片的受力和位移更為不利;且地下水滲流時間越長對管片的位移影響越大，因此在實際工程中需要控制地下水的滲流影響。
　　4.根據(jù)“等效軸向剛度模型”理論公式及新街煤礦的實際參數(shù)，計算得到了管片縱向連接螺栓的彈性、塑性及破壞狀態(tài)的