大断面高瓦斯隧道围岩稳定性及突出风险研究

摘要

随着科技的进步和施工技术的不断革新，使得在复杂地质条件下进行隧道工程建设成为可能，公路隧道或铁路隧道穿过煤层的情况越来越多，由于煤层中可能存在高瓦斯压力，隧道建设过程可能诱发瓦斯突出灾害，严重威胁隧道施工安全。本文以某高瓦斯铁路隧道为例，对大断面高瓦斯隧道围岩稳定性及突出风险等进行了较为系统深入的研究。本文围绕大断面高瓦斯隧道问题进行研究，主要内容和成果如下：
　　①分析了大断面高瓦斯隧道突出危险性的影响因素，分析认为，大断面高瓦斯隧道不仅与地应力、煤层瓦斯压力、煤岩体的物理力学性质以及区域地质构造等工程地质条件有关，还与隧道断面尺寸、隧道的掘进速度、瓦斯气体的抽放以及岩柱安全厚度等施工因素有关。
　　②通过对依托工程的数值模拟分析，探讨了当煤层中的瓦斯压力一定时，在气固耦合作用下，大断面高瓦斯隧道发生突出事故时煤层与隧道掌子面间的距离，并提出了煤层与隧道掌子面间预留岩柱安全厚度的建议值，建议3MPa瓦斯压力作用下，预留岩柱的安全厚度宜大于6m。
　　③通过数值模拟分析，研究了不同瓦斯压力作用下煤层与隧道间的安全距离以及隧道断面尺寸对围岩稳定性的影响规律，研究结果表明：瓦斯压力每增加0.5MPa，煤层与隧道间的安全距离宜增加2m；随着隧道断面尺寸的增加，发生瓦斯突出的风险越高。
　　④通过数值模拟分析，研究不同煤层分布下隧道与煤层间的安全距离，研究表明，当煤层在隧道侧边时，同等条件下，煤层对隧道围岩稳定性的影响相对较小，发生瓦斯突出的风险较低。
　　⑤运用层分析法和模糊评价法对大断面高瓦斯隧道风险分析和评估，进行风险控制，结合瓦斯隧道施工经验，提出大断面高瓦斯隧道风险控制的技术措施，指导隧道施工实践。

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目录

1绪 论

1.1问题的提出与研究意义

1.2国内外研究现状

1.3本文研究内容及技术路线

2大断面高瓦斯隧道突出危险性影响因素分析

2.1引言

2.2工程地质条件对瓦斯隧道突出影响分析

2.3隧道施工对瓦斯突出影响分析

2.4本章小结

3大断面高瓦斯隧道岩柱安全厚度研究

3.1依托工程工程概况

3.2 FLAC3D软件介绍及其原理

3.3大断面高瓦斯隧道岩柱安全厚度数值分析

3.4本章小结

4瓦斯压力及断面尺寸对高瓦斯隧道围岩稳定性影响研究

4.1引言

4.2不同瓦斯压力对高瓦斯隧道围岩稳定性影响分析

4.3不同断面尺寸对高瓦斯隧道围岩稳定性影响分析

4.4本章小结

5煤层分布对高瓦斯隧道围岩稳定性影响研究

5.1引言

5.2煤层位于隧道顶部时高瓦斯隧道围岩稳定性分析

5.3煤层位于隧道左侧时高瓦斯隧道围岩稳定性分析

5.4煤层位于隧道底部时高瓦斯隧道围岩稳定性分析

5.5本章小结

6大断面高瓦斯隧道突出风险分析与控制

6.1引言

6.2大断面高瓦斯隧道突出风险险识别

6.3基于模糊数学理论大断面高瓦斯隧道突出风险估计

6.4大断面高瓦斯隧道突出风险控制技术措施

6.5本章小结

7结论与建议

7.1主要结论

7.2后续研究工作展望

致谢

参考文献

附录