基于分步开挖效应的硐室群管子道力学特性分析

摘要

深部连接硐室群中巷道或硐室常常发生严重变形破坏，除了与高地应力、地下水渗流、岩层松散易破碎等原因有关，与硐室群中各种功能巷道或硐室的邻近施工，互相影响亦有很大关系。这种复杂的空间立体交叉硐室群结构，相邻硐室布置密集，交叉点处巷道跨度大，分步开挖时围岩受反复扰动，在井壁和管子道局部发生应力集中，造成围岩收敛变形大，严重时可能威胁着矿井的安全生产。因此研究深井连接硐室群管子道结构以及施工过程对硐室群施工期和运行期的稳定性和经济性有重要意义。
　　本文以张集煤矿深部副井连接硐室群结构为研究背景，基于硐室群开挖支护理论、硐室群施工力学原理，以连接硐室群中管子道结构为研究对象，通过分析其受力和变形特征，并采用数值模拟软件ABAQUS对硐室群的开挖过程进行模拟分析，研究硐室群分步开挖过程中管子道周围围岩的应力与位移的变化。得出:(1)马头门巷道与管子道先后开挖，应力释放区相互叠加，管子道项板位置处受力较大，达到39.3MPa，并且在施工过程中管子道顶板竖向位移和侧墙上部的水平位移也较大。(2)管子道与马头门中间区域应力集中现象较为明显，在管子道和马头门中间区域、井筒的外侧10米和马头门顶底板外侧的11米形成应力释放区。(3)在管子道底板下方3m左右的位置，井壁竖向位移发生突变，在突变点上方位移向上，在突变点下方位移向下，这种现象极易造成井壁的受拉破坏，在实际施工过程中应加强此处井壁的厚度，或采用其他有效的措施防止井壁破坏。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 问题的提出

1．2 国内外研究现状

1．2．1 硐室群稳定性研究现状

1．2．3 矿井管子道结构研究现状

1．3 研究内容和研究方法

1．4 技术路线

2 地下硐室群开挖支护系统及施工动态力学基本理论

2．1 地下硐室群开挖支护系统

2．2 硐室室群动态施工力学基本理论

2．2．1 硐室群动态施工力学基本原理

3 管子道围岩受力分析及变形破坏特征

3．1 管子道三角区围岩受力分析

3．2 建立力学模型分析管子道围岩受力及变形特征

3．3 应力场叠加效应

3．4 本章小结

4 深部连接硐室群围岩稳定性数值计算

4．1 数值模拟软件介绍

4．2 工程概况

4．3 数值计算模型概况

4．3．1 模型的建立

4．3．2 材料参数

4．3．3 边界条件

4．3．4 强度准则

4．3．5 硐室群模型开挖顺序

4．4 数值计算结果及分析

4．4．1 A-A剖面围岩应力场及位移场

4．4．2 B-B剖面围岩应力场与位移场

4．5 本章小结

5 副井马头门支护结构监测

5．1 测试断面布置和元件安设

5．2 监测结果及分析

5．3 本章小结

6 结论与展望

6．1 主要结论

6．2 展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果