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基于TBM巷道开挖卡机风险分析的围岩分类_论文

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2 1 年 第 1 期  01 2 煤 炭 工 程  基 于 T M 巷道 开挖 卡 机风 险分 析 的  B 围岩 分 类  刘 放    ,黄  兴    凯 ,时   ( .武汉船 舶职业技术学院 船舶工程系 ,湖北 武汉 4 0 5 ; 1 30 0  2 .中国科学 院武汉岩 土力学研 究所 岩土力学与工程 国家重点实验室 ,湖北 武汉 407 ) 3 0 1  摘 要 :文章在煤矿深部巷道围岩分类的基础上 ,借鉴 Q   哪 模型 ,考虑影响全断面岩石掘  进机 ( B 卡机的挤压变形的相关参数 ,选取岩石的单轴抗压强度、强度应力比、岩体 完整性、 T M)   岩 石硬度 四个指标 ,将 T M 掘进 条件 下 的深部 巷道 围岩 划分 为 I( ) 1( 好 ) 1 ( ) B 好 、 1较 、 I 差 、Ⅳ  ( 差 ) 个类 别 ,对 每 个类 别均 进 行 了岩 体 质 量描 述 和 岩 种举 例 。 最后 建 立 了围岩 类 别 、挤 压  极 四 变形级 别 和卡机 风 险对 照 关 系表 ,据 此可 定性预 测 T M 卡机 风 险。 B   关 键 词 :巷 道 ;T M;卡机 ;围岩 分类  B 中图分类 号 :T 23 1 4 5 3 文 献标识码 :A 文章编号 :17 — 9 9 2 1 ) 207 -3 V 2 . ;U 5 . 1 6 1 0 5 (0 1 1- 70   0 1 围岩 分 类方 法研 究现 状    应用广 泛 的 围 岩 分 类 方 法 有 D ee的 R D 分 类 法 、 er Q   Bei si in w k 的地质力学 分类 法、N B  ̄ n的 Q系统 分类 法 、 a . ao   2 1 围岩 分 类 指 标  .  以预测深部巷道 T M 卡机风 险为 目的围岩分类 ,则需  B 要重点考虑与影响卡机 的挤压变形有关的指标 。经研究 ,选  取岩石单轴抗压强度 (   、强度应 力 比(  P ) R) R/ o 、岩体完整  性和岩石硬 度为 围岩 分类 的 四个 指标。对 每个 指标分 级打  分 ,采用打分加权取 总分法分类 ,每个指标满分为 2 5分。   1 )岩石单轴抗压强度 ( )   。岩石 的单轴抗压强度是开  挖后围岩收敛变形 的 主要 影 响因素 ,同时也是 影响机 械开  国内的 《 工程岩体 分级标 准》 等 。现 有 的各 种 围岩分类 方  法考虑 的侧 重点不 同 ,适用 的工 程条件 和地 质条 件也存 在  一 定差别 ,各种 围岩分类 方法 基本 都考 虑 了岩石强 度、岩  体完整性及 结构 面性状 、岩体 赋存环 境等 因素 ,但 这些 围  岩分类方法 主要 是针对 钻爆 法施 工条件 下 隧洞 围岩稳定 性  进行划分 的… ,不 能满 足 T M 巷道开挖 的需要 。 目前 ,国  B 际上 尚没有公认 的 T M施 工围岩分类的统一标准 。 。 B    挖 围岩可钻性 的重要指标 ,直接影 响 T M 掘进效率 和卡机  B 风险 。根据 T M隧洞施 工经验 ,在一定 的单轴抗压强 度范  B 围内,随着 抗 压强 度 ( )   的增 大 ,T M 掘进 速 度 不断 下  B 巴顿在岩 体质 量 指标——Q系 统分 类 的基础 上 ,针 对  T M施工 提出 了 Q B 经验模 型  。Q 模 型不仅 考虑 了岩  B TM   体参数 ,而且考 虑 了围岩体 与 T MB机 器之 间 的相互 作用 ,   适用于对掘进过 程 中的 围岩条 件进行 分 析评价 ,并可根 据  评价结果对 前方 围岩力学 行 为和 问题进 行预测 。但如果 围  降 ;抗压强度 R 越小 ,掘进速度越 快 ,效率越 高 ,但 围岩    稳定性越差 ,卡机风险大 。大部分 T M适用 的围岩单 轴抗  B 压强度范 围为 R = 0—10 a   3 5 MP 。但 深部巷 道沉积岩煤 系地  层 围岩 强度 相 比隧 洞 围岩 强 度要 低 ,因此 深 部 巷道 使 用  T M 开挖时 ,在 T M系统设计时可将其适宜 的单 轴抗压强  B B 岩岩性差别较 大 ,利 用 Q 模型 进行预 测所 得到 的结果 误    差将会很大 ,无 法满足 T M开 挖的 围岩分类 要求 ,也不 适  B 用 于深部巷 道 T M 开挖 的 围岩 分类 ,尤 其是 针 对 卡机 分  B 析 。因此 ,文 章 旨在通过建立针对深 井巷 道 T M 开挖 卡机  B 度降低 ,单轴抗压强度在 2 0—10 a 围认为是 比较适合  0 MP 范 的 .其 中 3 6 M a是最佳 的单轴抗 压强 度范 围。根 据岩  5~ 0 P 石单轴抗压强度 R 大小 将深 部巷 道 T M 的工作 状态 划为  , B 四类 ,见 表 1  。 风 险分 析的围岩分类 ,据此可初步分析判 断卡机风 险。   2 围岩强度应力 比( ,P ) ok 使用岩体 单轴抗  ) R/ o 。H e  压强度与初始地应力 的 比值 作为 判别挤 压性变 形级别 的指  标 ,给 出了收敛 应 变一 岩体 强度 地应 力 比关 系 图,如 图 1   2 深 井巷道 T M 开挖 围岩 分类  B 为 了建 立 针对 深部 巷 道 T M 卡 机 风险 分析 的围岩 分  B 类 ,只能借鉴现 有的煤矿深部巷道 围岩分类 和 T M 隧洞 围  B 岩分类方案 。   收 稿 日期 :2 1 0 0  0 1— 7— 8 所示 。围岩收敛变形严重影 响 T M施 工 ,当 围岩发 生严重  B 的挤压性变形时 ,T M 机器极 易发 生卡机 事故 。可见 强度  B 应力 比是影响 T M 卡机的重要指标 。根据 图 1 B 将强度 应力  作者简介 :刘 放 (9



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