煤矿巷道临时应力场的数值模拟与工程应用

该文档主要探讨了隧道和地下空间技术中围岩稳定性及支护技术的研究与应用。以下是对该文档的详细总结：

研究背景与目的

围岩稳定性是隧道和地下工程中一个关键的研究领域，尤其是在软岩和高应力环境下。本文旨在通过研究临时支护力、支护长度和无支护距离对围岩稳定性的影响，为临时支护设备的选择和设计提供理论基础，并优化隧道掘进效率。

研究方法

本文采用了一种临时支护应力分布模型，通过现场监测数据和实验分析，研究了不同支护条件下围岩的变形机制。研究中使用了快速掘进系统，该系统是由人、机器和环境等多种元素组成的复杂系统。研究还涉及对顶板应变的演变进行监测，以确定最佳的临时支护力和无支护距离。

关键发现

1. 临时支护力的变化规律：研究发现，随着高度的增加，临时支护力先增加后减少。在掘进方向上，临时支护力在3米范围内保持相对稳定，但超过此距离后急剧下降。

2. 顶板应变与无支护距离的关系：在无支护区域，顶板应变与无支护距离呈现出强线性关系。研究表明，临时支护下的最大无支护距离为3米，比永久支护下的最大无支护距离2米高出约33%。

3. 支护区域长度的影响：顶板应变的拐点出现在距隧道面18米处，因此临时支护区域的长度不应超过15米。

4. 支护应力场的生成：现场监测数据表明，临时支护能够在无支护区域生成支护应力场。

5. 掘进效率的提升：通过应用盾构掘进机器人系统，实现了永久支护与掘进的并行操作，隧道掘进效率提高了近40%。

研究贡献

本文的研究为临时支护设备的选择和设计提供了理论依据，明确了临时支护力的控制和无支护距离的合理设置。研究结果对提高围岩稳定性和隧道掘进效率具有重要意义。

未来研究方向

未来的研究应进一步探索和优化影响围岩稳定性和掘进效率的因素，特别是在复杂地质条件下的应用。研究还建议对快速掘进系统中的各个元素进行更深入的分析，以实现更高效的隧道施工。

术语解释

• 围岩稳定性：指隧道或地下工程周围岩石的稳定状态，影响工程的安全和施工效率。
• 临时支护力：在隧道施工过程中，临时支护结构对围岩施加的支撑力，以防止围岩坍塌。
• 无支护距离：指在隧道施工中，未设置支护结构的区域与支护结构之间的距离。
• 顶板应变：指隧道顶板在施工过程中由于应力变化而产生的变形。

结论

本文通过对临时支护力、支护长度和无支护距离的研究，提出了一种有效的支护应力分布模型，验证了长距离临时支护在提高隧道掘进效率方面的可行性。研究结果为隧道施工提供了新的思路和方法，有助于提高施工安全性和效率。