详情

原文传递杨家岭隧道在下卧煤层垮落开采下的稳定性研究

论文题名：	杨家岭隧道在下卧煤层垮落开采下的稳定性研究
关键词：	公路隧道;下卧煤层;开采扰动;注浆加固;稳定性分析
摘要：	本文依托山西王家峪煤业有限公司井田范围内杨家岭隧道下卧煤层(煤厚3.3m，平均埋深490m)开采为研究背景，开展公路隧道受下卧煤层开采扰动影响的稳定性分析。杨家岭隧道下方压卧大量煤炭资源，对其进行开采不仅可以避免资源的浪费，而且还可以为当地带来上亿元的经济效益，但下卧煤层的开采必定会对隧道围岩的稳定性造成不利影响，严重时可能会导致隧道坍塌等事故的发生，因此开展隧道受下卧煤层开采扰动影响的研究具有重要的工程意义。本文以杨家岭隧道为研究对象，对煤层开采后隧道稳定性进行研究，主要研究成果如下：　　(1)运用概率积分变形预计法，对受开采扰动影响的杨家岭隧道进行了变形预测，预计结果显示：工作面开采过后采空区上方隧道沉降较大，且处于压缩变形状态，最大沉降值达到2.45m，采空区边缘靠近未采区一侧隧道整体沉降值急剧减小，表明在开采过程中，采空区边缘处隧道下沉极为不均匀，在此区域隧道隧道会受到较大的拉伸变形。　　(2)将隧道及所处岩层视作为弹性地基梁，下卧煤层开采后，受到下伏采空区的影响，隧道梁产生了较大的变形，变形值最大处位于采空区正上方，在隧道梁跨中上方其挠度以及负弯矩值达到最大值，最大负弯矩值为2345.73MN?m，表明在此范围隧道梁处于受压状态；在采空区的边缘处其挠度值较小但其剪力值以及正弯矩值达到最大，最大剪力值为287.53MN，最大正弯矩值为为3697.93MN?m，表明在此处隧道梁处于受拉状态，且更容易产生破坏。　　(3)运用Flac3D软件分析下卧煤层采动对隧道稳定性的影响，模拟结果显示：工作面开采后，在采空区上方隧道沉降值较大，且衬砌结构主要受到较大的压应力，采空区边缘外侧上方隧道沉降值急剧减小在此处衬砌结构主要受到较大的拉应力，四个工作面完全开采后隧道整体沉降较大，隧道全区段处于压缩变形状态；在不同保护煤柱宽度条件下，随着煤柱宽度的减小隧道的整体沉降值、水平移动值、最大拉应力及最大压应力值均有一定的增大，但隧道整体趋向于均匀沉降，从而可以减小采后的残余变形；在不同采深条件下，随着采深的增大在采空区的上方隧道整体沉降值略有减小，但是在预留保护煤柱上方隧道沉降值有增大的趋势，同时隧道最大沉降值以及最大水平移动值均有所减小；随着采深的增大衬砌结构最大压应力和最大拉应力值均逐渐减小，但最大拉应力值的位置随着采深的增大逐渐向未开采区一侧移动。　　(4)依托具体工程，分析隧道受下卧煤层开采扰动引起的变形情况，确定采用隧道围岩注浆加固方案，利用数值模拟软件和现场实际变形监测结果对加固效果进行评价，结果表明：注浆加固可以有效减小煤层开采对隧道扰动的影响，与未注浆加固相比注浆加固后隧道最大下沉减小了18.66%，且能够有效减小隧道的不均匀沉降问题；现场变形监测结果与理论预计及模拟结果规律相似，表明注浆加固方案是合理，有效的。
作者：	来锦洋
专业：	岩土工程
导师：	蒋斌松
授予学位：	硕士
授予学位单位：	中国矿业大学(江苏)
学位年度：	2022