煤矿节理地层TBM 掘进巷道围岩损伤规律分析

代 迈，唐 彬，，3，王 永，王雪松，汪振华

（1.安徽理工大学 土木建筑学院，安徽 淮南232001；2.煤炭开采国家工程技术研究院，安徽 淮南232001；3.淮南矿业集团博士后科研工作站，安徽 淮南232001）

TBM（Tunnel Boring Machine），即全断面掘进机。其掘进、排矸、支护同步作业，具有安全性好、掘进效率高等优点[1]。近年来，TBM 已逐渐被用于煤矿岩石巷道掘进施工中。以德国Minister Stein 和Franz Haniel，澳大利亚West Cliff，美国Westmoreland，加拿大Donkin-Morien 等为代表的煤矿采用TBM 掘进斜井或平硐，取得了较为理想的效果[2]。我国煤矿全断面掘进工程应用始于2003 年塔山煤矿主平硐。2015 年，张集煤矿使用敞开式TBM 掘进瓦斯抽采巷道，神东补连塔煤矿使用双护盾TBM 施工主斜井[3]。TBM 掘进巷道断面及掘进扰动特性均与传统的钻爆法和综掘法有较大区别。针对煤矿巷道TBM 围岩稳定性分析的问题，唐彬、程桦[4]等依据围岩力学试验结果，建立了煤矿硬岩TBM 掘进条件下非线性强度准则，分析了煤矿硬岩地层TBM 掘进后围岩力学响应规律。黄兴、刘泉声[5-8]等推导了软岩TBM 开挖卸荷挤压大变形本构模型，揭示了TBM掘进隧（巷）道软弱围岩的流变力学特性。蒋明镜、王华宁等[9-10]提出了考虑衬砌结构的圆形巷道围岩力学响应的黏弹性解析解。单仁亮、何川等[11-12]基于数值模拟，研究了TBM 掘进煤矿巷道围岩与衬砌相互作用机理。上述学者多基于连续介质力学理论对巷道围岩稳定性开展分析研究。然而煤系地层节理较为发育，连续介质力学在分析节理、裂隙分布及扩展形态对巷道围岩稳定性的影响、研究巷道围岩损伤、破坏发育扩展规律和巷道冒顶、片帮范围的分布特性等方面具有较大的局限性。……