煤国被认为是文克尔地基,因为实体煤国弱,而巷道屋顶被视为半无限弹性悬臂梁基于文克尔地基,覆盖岩石的应力增量作用于它。力学模型的角度是垂直于皮带巷道的布局方向。考虑到对称性巷道和支持屋顶,巷道顶板的力学模型建立了支承压力面前,如图 7。应该注意的是,在巷道的围岩塑性区力学模型没有考虑。

为了便于理论分析巷道顶板的变形,变形的基础与一个常数加载和使用一个常数刚度的等效分析骨折和减压的煤炭,也有一个很好的符合实践领域( 31日]。造成的垂直应力增量挖掘和液压支架被认为是力量的支持,但整体模型的变形所致 γ H 没有考虑。在模型中, 问 z 从屋顶上负载,这是被视为一个统一的负载; 问 x 从煤炭,一边支承压力峰值 问 1 的边界, x = 0 ,是零 x = x 1 ; 问 一个 是支持的力量保持围岩稳定,这也被认为是一个统一的负荷; B 巷道的宽度; 问 0 和 米 0 剪切力和弯矩在弹性地基边界吗_,分别;和 米 z 左边是弯矩的模型(如图 7)。

基于上述模型,江泽民等人推导出弯矩 米 r x 和偏转 y r x 详细的巷道顶板时支持力量 问 一个 没有考虑, x 在范围内 - - - - - - B / 2 ≤ x ≤ 0 ( 31日]。方程不包括的细节在这里,这两个参数给出了方程( 1)和( 2): (1) 米 r x = φ 0 问 z B 2 12 + 问 z B x + 问 z x 2 2 , (2) y r x = 1 E 我 − φ z 问 z B 2 48 x 2 + 问 z 24 B 2 + x 4 − φ z 问 z B 2 48 B x + E 我 k 问 z λ B + φ 0 问 z λ 2 B 2 6 + 问 1 λ x 1 λ x 1 − ξ x 1 − 问 z 24 B 2 4 , 在哪里 λ 是特征因素, λ = k / 4 E 我 4 ; φ 0 , φ z 修改因素的弯矩桥台和屋顶的中间点;和 φ 0 = λ B 3 − 6 λ B − 6 R 问 η x 1 / λ B 2 λ B + 2 , φ z = 3 − 2 φ 0 , R 问 = 问 1 / 问 z , η x 1 = 1 − φ x 1 / λ x 1 , φ x = e − λ x 因为 λ x + 罪 λ x , ξ x = e − λ x 罪 λ x ; k 是基本刚度的弹性在巷道煤方面, k = E c / 1 − v c 2 h c , E c , ν c , h c 的杨氏模量、毒率和煤的厚度,分别; E 巷道顶板的杨氏模量;和 我 是顶梁的转动。

考虑到每个点的弯矩和挠度的截面巷道是相同的和等于弯矩和挠度 x = - - - - - - B / 2 方程( 3)和( 4)可以生成: (3) 米 r = φ 0 问 z B 2 12 − 3 问 z B 2 8 , (4) y r = 1 E 我 φ z 问 z B 4 192年 + E 我 k 问 z λ B + φ 0 问 z λ 2 B 2 6 + 问 1 λ x 1 λ x 1 − ξ x 1 − 问 z 24 B 2 4 , 在哪里 b 和 h 顶梁的宽度和厚度,分别; 问 年代 液压支架的支撑力量;和 问 一个 是道路条件下的承载力bolt-mesh-anchor支持。的最大正应力,最大拉力强度截面的屋顶酒吧 (5) σ 马克斯 = 米 r y 我 = 6 米 r b h 2 = 2 φ 0 − 9 问 z − 问 年代 − 问 一个 B 2 4 b h 2 。

从方程( 4)和( 5),可以看出,挠度和弯矩由上部荷载引起的 问 z 在巷道顶板。挠度弯曲变形导致屋顶解决的结果,可以通过方程计算( 4)。弯矩引起的横截面内的正常张力屋顶酒吧和导致屋顶的骨折。巷道顶板的失败模式失败,被认为是紧张和屋顶的临界条件下断裂时的支持是最大的张力 σ 马克斯 等于极限拉力强度 σ 巷道顶板的如图所示 (6) σ 马克斯 = 2 φ 0 − 9 问 z − 问 年代 − 问 一个 B 2 4 b h 2 = σ 。

给出了液压支架的重要支持力量 (7) 问 年代 = 问 z − 问 一个 − 4 b h 2 σ 2 φ 0 − 9 B 2 。

为了确保围岩的稳定性,液压支架必须有一定的活动列的长度,等于屋顶的结算。根据方程( 4),可移动的列的长度 l 应该满足 (8) l = y r = 1 E 我 φ z 问 z B 4 192年 + E 我 k 问 z λ B + φ 0 问 z λ 2 B 2 6 + 问 1 λ x 1 λ x 1 − ξ x 1 − 问 z 24 B 2 4 。

支持力量和活动列液压支持的道路受到前方支承压力带5306采煤工作面巷道的汤口煤矿从方程计算( 7)和( 8)。但支持距离地面和屋顶荷载 问 z 是前提。

(1)前支承压力的分布。基于3 dec模型中使用的围岩巷道变形的分析,方向撤退,36测量线被放置在中间带巷道在垂直段向上从泥岩直接顶记录垂直应力在采矿过程中,如图 8(一个)。监控线的垂直间距是1米,长度和监控在采煤工作面前方100米。的布局方向沿着皮带巷道监测线。日期从监控行,最大垂直应力位于被选中来描述前支承压力。测量线的布局和前方支承压力分布如图 8。

在采矿过程中,支承压力图 8 (b)快速增加,然后慢慢减少才逐渐变得稳定。的峰值压力43.73 MPa,发生在距离14.2采煤工作面前方。增加压力的区域是在8.2−57.7 m在采煤工作面。因为stress-increased地区前支承压力通常导致屋顶解决和煤炭合同,液压支架应用在这个领域,以确保巷道的安全。因此,支持范围的皮带巷道保持至少57.7米的5306采煤工作面。

(2)巷道顶板载荷的分布。基于上述分析,巷道顶板负载 问 z 监控,安排了一个独特的测量线之间的泥岩直接顶和细砂岩主要屋顶中间的皮带巷道。垂直应力日期以这条测量线被选中来描述巷道屋顶荷载。巷道顶板载荷的分布在0−57.7米在采煤工作面前图所示 9。

从图 9可以看出,负载 问 z 眼前的屋顶上也增加然后减少前慢慢变得稳定。增加、减少和巷道稳定的屋顶荷载区域发生在0−12.2米,12.2−32.0 m和32.0−57.7 m的采煤工作面,分别。的最大巷道顶板载荷为0.164 MPa, 12.2采煤工作面前方。在远处的32.0采煤工作面,巷道屋顶荷载变得稳定,一个常数值为0.104 MPa。简化表达式巷道,巷道顶板载荷分布的负载两端的采煤工作面,最大道路负载,和道路负载面积时的初始值是稳定作为特征值,和线性负载时的负载面积增加,减少,和稳定进行。巷道顶板载荷 问 z (单位:MPa)所示 (9) 问 z = 0.54 x + 9.87 × 10 − 2 0 ≤ x ≤ 12.2 , − 3 × 10 − 3 x + 0.201 12.2 ≤ x ≤ 32.0 , 0.104 32.0 ≤ x ≤ 57.7 。

平均误差 δ 的三个值分别为4.77%、3.49%和0.57%,分别低于5%,甚至1%。这表明,方程( 9)能够准确地描述巷道顶板的载荷分布。

(3)计算巷道支护参数。使用已知的道路屋顶荷载 问 z 结合方程( 7)和( 8),支持力量 问 年代 和可移动的列长度 l 液压支架的巷道进行前方支承压力的计算是通过插入表中所示的参数 2。

最初的设计值支持力量bolt-mesh-anchor皮带巷道的采煤工作面5306是0.168 MPa,和有效系数为0.6。因此,通过bolt-mesh-anchor支持,锚固围岩本身的承载力 问 一个 为0.101 MPa。根据参数表 2,支持力量 问 年代 和可移动的列长度 l ,如图 10 ()计算。此外,基于最初的支持模式和参数的道路受到前面5306年皮带巷道在采煤工作面支承压力,以及支持设置负载为60%的支持力量 18),设置负载在不同距离地面如图 10 (b)。

从图 10 ()可以看出,支持优势和可移动列长度的支持在不同的位置表现出相同的趋势,即由三个阶段组成。的范围0−12.2米,12.2−32.0米,32.0−57.7米,两个参数线性增加,线性减少,并成为稳定,分别为采煤工作面之间的距离增加。所需的最大的支持力量支持0.083 MPa,最大可动列长度为280.3毫米,都发生在距离12.2采煤工作面前方。

图 10 (b)显示,支持设置负载的变化趋势在不同的位置一致,支持力量和活动列长度。随着采煤工作面之间的距离增加,设置负载的液压支持线性增加,随后减少,和最大设置载荷为21.67 MPa在离地面12.2米。当先进的道路的距离大于32.0采煤工作面,单个道具的设置负载成为常数为12.44 MPa。

在图 10 ()前,在20米5306采煤工作面,理论设置负载和可移动的列的长度液压支持14.97 MPa和240.1毫米,分别。35米的距离在5306采煤工作面,理论设置加载和单一的道具的活动列长度12.44 MPa和177.1毫米,分别。然而,设置加载和可移动的列液压支架的长度在6.5 MPa(理论值的43.4%)和350毫米(理论值的56.5%),分别为。因此,在20米的5306采煤工作面,设置负载的液压支持字段太小,而活动列长度太大。然而,在35米前的5306采煤工作面,单一的活动列长度字段明显小道具。这些结果证明解释的准确性巷道变形和破坏的部分 2。2。

皮带巷道在20米的巷道支架采煤工作面前5306年被选为基准方案进行分析,设置负载和活动列液压支架的长度是14.97 MPa和240.1毫米,分别。两个方案的0.6和1.4倍对应的基线组作为测试和添加用于分析在不同条件下巷道变形的支持设置加载和活动列长度。总结了方案表 3。

在本节中建立的数学模型是一样的,在部分 3所示。1。为了实现和限制的活动特征液压支架在数值模型中,限制最大允许垂直位移的方法,液压支架是用于设置活动列长度。过程中压力的增加设置负载的液压支架工作阻力、液压支架的垂直位移是直线从0到最大允许值。这里,垂直位移的最大允许值的液压支架是其活动列长度。在不同围岩的变形方案如图 11。

方案1中的围岩的变形是最小的(数据 (11日)和 11 (b)),132.54毫米的巷道有结算,32.14 MPa的最大垂直应力和应力集中系数为1.29。除此之外,煤炭双方控制,屋顶上没有发现分离。方案2(可移动列长度是一样的,设置负载降低了理论值的0.6倍),高于巷道变形在方案1中,屋顶分离主要发生在眼前的屋顶,屋顶,和垂直应力在更深层次的区域开发的煤(数据 11 (c)和 11 (d))。巷道顶板有解决384.68毫米和垂直应力峰值为44.33 MPa。在方案3(活动列长度是一样的,设置负载减少到理论值的1.4倍),所获得的价值之间的变形方案1和2(数字 11 (e)和 11 (f)),巷道顶板的结算334.56毫米和38.44 MPa的最大垂直应力。方案4(设置负载是相同的和可移动的列长度减少了理论值的0.6倍),围岩的变形是非常严重的。屋顶分离变得更加明显,形成了一个网槽,煤炭的收缩变形大,面积增加的压力被发现,道具和眼前的屋顶(数据 11 (g)和 11 (h))。巷道顶板有结算406.40毫米和45.56 MPa的最大垂直应力。方案5(设置负载是相同的和可移动的列长度减少了理论值的1.4倍),围岩的变形是最大的;屋顶分离变得更加明显比方案4,煤国形成弧形的形状,和煤的螺栓和屋顶搬到不同的区段(数字 11(我)和 11 (j))。巷道顶板的结算506.56毫米和48.09 MPa的最大垂直应力,分别为3.82和1.50倍比方案1中同行,分别。不同参数的值在不同的方案如表所示 4。

巷道变形受到方案1中的前支承压力下降在一个允许的范围和围岩控制是令人满意的。过度大小设置加载和活动列长度引起的液压支撑或单一巷道大变形,导致屋顶分离和重要的结算,收缩大的煤炭,屋顶坠落,在围岩应力集中。因此,耦合强度和变形机制的支持和锚固围岩变形特点的基础上,分析了巷道的场和数值模型。

(1)强度耦合。从上述结果,发现巷道屋顶荷载被前方支承压力的影响。大部分的屋顶荷载时由锚固围岩承担支持设置负载太小,无法提供足够的支持。如果锚定强度之和的围岩和支持设置负载仍低于巷道顶板载荷,导致故障发生的大型定居点,屋顶分离,或屋顶下降。同时,屋顶荷载转移到围岩和造成了挤压应力集中在煤炭方面。巷道的变形和破坏也导致承载力下降和围岩的锚定强度,进一步造成巷道变形(图 11 (c)和 11 (d))。现场监测数据为20米远离采煤工作面和巷道变形方案2验证分析的结果。相反,如果支持设置负载太大,锚固围岩展览一些变形液压支持安装时,导致围岩锚定强度的下降,因此未能充分开发锚固围岩的承载能力(数据 11 (e)和 11 (f))。巷道顶板载荷主要是由支持,增加了能耗和支持镇压的可能性。

(2)变形耦合。过分小活动列液压支持意味着收缩的长度小于巷道顶板沉降。因此,屋顶收缩早期阶段的巷道变形与屋顶解决兼容。屋顶收缩达到最大允许值时,液压支持不收回了。进一步的屋顶结算导致液压支持穿透楼或巷道顶板(图 3 (c)),导致锚固围岩的失败和随后的锚固围岩强度降低,支持负载的增加。此外,过小的液压支架收缩引起的应力集中,在液压支架和巷道顶板(人物会面 6 (b)和 11 (h))。然而,一个特别大的液压支架活柱长度意味着液压支架的收缩大于屋顶结算;因此,液压支持解决的屋顶。屋顶结算达到最大值时,液压支持仍有余地收缩,导致失败的液压支持,完成了设计工作的阻力,缺乏支持的力量,和大量的负载转移到锚固围岩。然而,由于锚固围岩的承载能力有限,过度巷道屋顶荷载会诱发屋顶分离,屋顶下降,煤炭,挤压锚和错位变形(数字 11(我)和 11 (g)),最后导致锚固围岩的强度下降和严重的失败。