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.pdf

1、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(huì)對(duì)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(chǎng)實(shí)測(cè)資料的相互印證，探究了煤礦采空區(qū)對(duì)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°水平煤層、30°緩斜煤層及60°

2、急斜煤層）下采空區(qū)的形成機(jī)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。
　?、谕ㄟ^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(shí)采空區(qū)的存在對(duì)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(shí)，對(duì)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

3、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(shí):煤層傾角為0°，凈距L=0.5D或者采空區(qū)尺寸S=D×3時(shí)，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°，凈距L=1D或采空區(qū)尺寸S=0.9D×3時(shí)，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°，凈距L=2D或者采空區(qū)尺寸S=0.7D×3時(shí)，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(shí):煤層傾角為0°，凈距L

4、=0.3D或采空區(qū)尺寸S=3×D時(shí)，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°，凈距L=1.5D或采空區(qū)尺寸S=0.7D×3時(shí)，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°，凈距L=2D或采空區(qū)尺寸S=0.6D×3時(shí)，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°的最不利情況，通過強(qiáng)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(cè)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬的