目前的分析是基于面板LW3101和废弃的道路的关系在盛华煤矿,山西,中国。这个煤矿的生产能力每年30吨,批准和主要可开采的煤层是否定的。3。3号煤层是关于6.5年的平均厚度和直接开采高度约为2.2米。因此综放开采方法用于采用面临着整个煤矿的。小组的平均埋深和宽度LW3101大约是210米和84米,分别,它属于浅煤层采用技术。因为3号煤层被非法小煤矿开采之前,还有几个废弃的道路在3号煤层。专家组LW3101开采时,发现有几个废弃的公路在这个面板是在它前面。面板LW3101和废弃的道路的空间位置关系如图所示 1。

几个废弃的道路被发现在面板LW3101开采期间,和这些废弃的巷道严重变形,甚至无法通行,因为他们已经放弃了很长一段时间。原位调查照片如图 2。

从图可以看出 2(一个)典型的废弃巷道(我)被发现在开车期间,和这个废弃的巷道的入口是在良好的状态。没有煤和岩体的入口处堆积这废弃的巷道,这意味着当面板LW3101先进,采用的脸和废弃的巷道之间的距离可以很容易地确定。从图可以看出 2 (b),典型的废弃巷道(II)并不容易找到在开车期间,这个废弃的巷道的入口是在贫穷的条件。有煤岩体的入口处堆积这废弃的巷道,这意味着当面板LW3101先进,采用的脸和废弃的巷道之间的距离不能很容易识别。例如,有一个废弃的巷道不确定时间,当采用先进接近这个废弃的巷道,先进的煤柱不能忍受支承应力越高,它立即失去稳定。严重事故发生时采用的脸和废弃的巷道之间的距离约12米,伴随着先进的煤柱失稳故障。原位调查这严重事故的照片和原理图如图所示 3。

根据图 3 (c),可以看出发达煤柱的支承应力积累越来越大,与此同时,先进的煤柱的宽度正变得越来越小。最后,先进的煤柱不会承担地静压力的急剧增加在一些关键的宽度和上覆岩石将滑动不稳定。上覆岩石的滑动不稳定也将形成一个强大的动态负载和应用先进煤柱应力,这将形成一个高集中静载在同一时间。结合动态和静态加载的关键因素是诱发严重的事故,和液压损伤的支持和先进的煤柱失稳故障都是这种严重事故的外观特征。

矿井的实际原型是做成一个模型按照一定规模减少,和合成材料的物理力学性质在这个模型类似于自然煤岩的物理力学性能质量。模型是用来模拟实际的开采环境,最后,变形,失败,和上覆岩层运动规律模型。基于模型驱动的观察结果和开采阶段,发生在实际采矿活动可以推断。上面的一系列操作过程被称为物理模拟实验方法( 12- - - - - - 14]。物理模拟实验方法广泛应用于采矿活动,它是一种有效的方法来分析在开采期间上覆岩石的结构特征。因此,该方法特别适用于分析上覆岩石的结构特性面板LW3101采矿期间。合成材料的物理力学性质在这个模型可以由表 1。

建立了二维模型的规模1:30,和它的具体尺寸是3.0米×2.0米×0.2米(长度××高度宽度)。合成材料是由砂、碳酸钙、和石膏粉在不同比例下,和不同比例的沙子,碳酸钙,石膏粉在合成材料都是由相应的天然煤岩物理力学性质之间的质量和云母表被用来分层不同的岩层或煤层和岩层。二维模型终于建立了如图 4。

请注意,<我talic> 我指的是一个废弃的巷道宽度为6.6米,二是指一个废弃的巷道宽度为12.0米,第三是指一个废弃的巷道宽度为6.6米,和新指的是一个废弃的巷道宽度为2.2米。

根据图 4(a),可以看到四个废弃的道路(我∼iv)是建立在二维模型面板LW3101采矿和工程地质条件的基础上。四个废弃的道路的宽度是2.2米,6.6米,12.0米,6.6米反过来LW3101沿前进方向的面板,和十压力细胞(1 #∼10 #)煤层监控压力演化法律小组LW3101采矿期间。细胞(如图的压力 4(d))连接到压力日期接收一些信号,经过后面的模型(如图 4细胞(b)),压力被埋在煤层的二维模型成立期间。物理模拟支持(如图 4(e))用于二维模型由支持控制和抵抗日期接收机控制系统(如图 4(c)),相应的监测日期反馈给这个系统。沿着前进方向的物理模拟的支持提供了一个水平推力,手工开采期间在这个二维模型。

在推进过程中采用的脸在这个模型中,当采用长脸上先进附近一个废弃的巷道(ii),先进的煤柱突然变得不稳定的一些最小临界宽度条件下,与此同时,在上覆地层上覆岩石也会滑动不稳定。采用的推进过程面临到废弃的巷道(ii)在图所示 5。

它可以看到从图 5先进的(a),当采用面临通过废弃巷道(iii)和废弃的巷道(iv),上覆岩石的断裂主要的屋顶是落后于采用的脸,和采用保护一个悬臂梁。因此,发达煤柱支承压力相对较小,物理模拟的工作阻力支持只有大约5700 kN;也可以看到数据 5(b)和 5(c),当先进采用面临废弃巷道(ii),先进的煤柱突然变得不稳定的一些最小临界宽度条件下,与此同时,环抱悬臂梁上覆岩石中会突然断裂,断裂位置采用之前的脸。因此,在先进的煤柱支承压力相对较大,物理模拟支持的工作阻力突然增加到约12500 kN;它可以看到从图 5(d)的楔形块梁结构主要屋顶是无法保持稳定状态的后续发展过程采用的脸,和主要的屋顶和软层上面滑动失稳。在这一点上,先进的煤柱会失去承载力和物理模拟支持的工作阻力将继续增加到约16200 kN,然后支持将很容易损坏。

从图可以看出 6(一)当一个废弃的巷道远离采用的脸,采用面在正常推进阶段。失败的位置通常位于顶板的采用的脸,和主要屋顶可以形成half-arch或铰接拱结构时失败。这些结构能承受的上覆岩石加载,然后采用脸是在低应力环境下。软弱夹层的层所控制的主要屋顶将打破,旋转,与水槽的屋顶与主在一起,而劣质关键层软弱夹层的层上面的屋顶通常落后于主要的失败,然后下关键层之间有一个离层区和软弱夹层的层。因此软弱夹层的层在离层区可以被视为一个加载地层主要的屋顶,而劣质关键层在离层区休息,旋转,并与滞后下沉,然后它没有影响的推进活动采用的脸。此外,根据关键层理论( 15),前面的拱脚half-arch或铰接拱结构主要由块体的屋顶是主轴承负荷,和物理模拟支持可以维护half-arch或铰接拱结构的稳定性,防止其向下滑动的趋势。

当有一个废弃的巷道采用前脸,上覆岩石演化规律和half-arch或铰接拱结构的稳定性将会改变。因为先进的煤柱的宽度逐渐减小最小临界宽度的推进过程采用的脸,也相应的承载力逐渐降低最小临界轴承负荷。这个时候,物理模拟支持是有限的空间关系的先进的煤柱,然后是物理模拟支持不支持先进的煤柱的屋顶。最后,失败的位置主要位于屋顶采用前面的脸。当先进的煤柱突然变得不稳定的最小临界宽度条件下,half-arch或铰接拱结构的相对稳定性上覆岩石会在瞬间被打破,加载地层滑动失稳。然后立即液压支架的工作阻力会增加,甚至损坏液压支持代表位置,如图 6 (b)和 6 (c)。

实验结果的分析部分 3.2表明,先进的屋顶裂缝的主要支持的关键因素引起损坏事故。然而,因素诱发的先进断裂以及如何避免它仍然是未知的。一个众所周知的事实是,最大弯矩通常诱发骨折在主屋顶。因此,断裂位置的主要屋顶可以判断最大弯矩。最重要的是,弹性地基梁理论( 16, 17)是用来做任何进一步的计算,以及煤层煤柱和先进可以看作是基础。

图 7显示了完整的应力-应变曲线LW3101煤炭样本面板。煤样pre-failure地区不断被压缩和失去稳定一旦超过极限。先进的煤柱也有相同的力学性能。与面板LW3101采矿、先进煤柱上的负载逐渐增加。越来越大的压力会导致一个大煤柱变形先进,然后相应的大挠度的主要屋顶。最后,主要的屋顶将骨折。为了揭示进化规律的弯矩在这一时期,弯矩prefailure地区(带我在图 7postfailure地区)或(II区在图 7)应该研究。

首先,煤层煤柱和先进应该假定满足文克尔地基模型,如下面所示: (1) p = − k ⋅ y , 在哪里<我nline-formula> p 是基础的竖向支承应力主要屋顶;是基础的垂直位移;<我nline-formula> y 基础模量,值为1×10<年代up>2MPa。

应该注意的是,当先进的煤柱稳定和破坏,它的宽度被视为0 m,如图 8(二区:<我nline-formula> W = 0 )。

图 9显示了应力条件和边界条件的主要屋顶。

在这种力学模型,主要的屋顶被视为一个悬臂梁。弯曲变形的微分方程可以根据得票率最高的解决方案( 18]: (2) E 我 y ” ” + N y ” = 问 − k y , 0 ≤ x ≤ W , (3) E 我 y ” ” + N y ” = 问 , W ≤ x ≤ W + W 一个 , (4) E 我 y ” ” + N y ” = 问 − k y , W + W 一个 ≤ x < ∞ , 在哪里<我nline-formula> E 的弹性模量是主要的屋顶;<我nline-formula> 我 是主要的屋顶的转动惯量;<我nline-formula> W 先进的煤柱的宽度;<我nline-formula> W 一个 废弃的巷道的宽度。

根据相关文献,联立方程的通解可以推导出( 2)- ( 4),如下: (5) y x = 1 2 e α x 一个 + C 因为 β x + B + D 罪 β x + 1 2 e − α x 一个 − C 因为 β x + B − D 罪 β x , 在哪里<我nline-formula> α = k / E 我 / 2 − N / E 我 和<我nline-formula> β = k / E 我 / 2 − N / E 我 。

它可以看到从方程( 5),有四个系数,不能确定他们<我talic> 一个,<我talic> B,<我talic> C,和<我talic> D,分别。

当<我nline-formula> x 趋于无穷时,单项的表达<我nline-formula> e 一个 x 等于0。因此可以获得以下关系: (6) 一个 + C = 0 , B + D = 0。

然后,方程的一般解决方案( 4)如下: (7) y 3 x = e − α x 一个 3 因为 β x + B 3 罪 β x + C 3 , W + W 一个 ≤ x < ∞ 。

很容易知道<我nline-formula> 一个 3 ,<我nline-formula> B 3 ,<我nline-formula> C 3 代数是<我nline-formula> 米 W + W 一个 和<我nline-formula> 问 W + W 一个 ,这是弯矩和剪力<我nline-formula> x = W + W 一个 ,分别。考虑到的连续性方程 2和( 3)<我nline-formula> x = W + W 一个 和<我nline-formula> x = W ,然后方程的一般解决方案( 2)和( 3)如下: (8) y 1 x = e − α x 一个 1 因为 β x + B 1 罪 β x + e α x D 1 因为 β x + E 1 罪 β x + C 1 , 0 ≤ x < W , y 2 x = 一个 2 因为 β 0 x + B 2 罪 β 0 x + C 2 + D 2 x + E 2 x , 2 W ≤ x ≤ W + W 一个 。

弯矩和剪力<我nline-formula> x = W + W 一个 和<我nline-formula> x = W 应该是连续的,因此,只有未知参数<我talic> 米_{0,<我talic> 问0,和<我talic> N。根据平衡条件和楔形块梁理论( 19, 20.),<我talic> 米0,<我talic> 问0,和<我talic> N给出如下: (9) 米 0 = E 我 y 0 ” = 1 2 问 l 2 + 问 ′ l + N H 2 , 问 0 = E 我 y 0 ‴ + N y 0 ′ = 问 l + 问 ′ , N = l 问 ′ 2 H − 年代 , 问 ′ = l γ H , 年代 = H 6 , 在哪里<我nline-formula> 问 的负荷强度是主要的屋顶,然后呢<我nline-formula> 问 = γ H + H ′ ;<我nline-formula> H 的厚度是主要的屋顶,然后呢<我nline-formula> H = 4米;<我nline-formula> H ′ 是负载层的厚度,<我nline-formula> H ′ = 2米;<我nline-formula> γ 是上覆地层的单位重量,<我nline-formula> γ = 25 kN / m<年代up>3;<我nline-formula> E 我 是主要的屋顶的抗弯刚度,<我talic> E= 30 GPa,<我talic> 我= 5.33米<年代up>4;<我nline-formula> σ 年代 扩展的强度是主要的屋顶,然后呢<我nline-formula> σ 年代 = 6 MPa;<我talic> l上述梁的最大长度是主要的屋顶,然后呢<我talic> l= 7.62;和<我talic> 米0和<我talic> 问0弯矩和剪力的吗<我nline-formula> x = 0 。}

基于上述条件下,挠度和弯矩的主要屋顶下三种道路的宽度(<我nline-formula> W 一个 )和4种先进煤柱的宽度(<我nline-formula> W )计算和计算结果如图 8。 (1)

数据显示 8(一个)和 8 (b)与道路宽度的增加(<我nline-formula> W 一个 = 0 m<我nline-formula> W 一个 = 2米<我nline-formula> W 一个 = 5米<我nline-formula> W 一个 = 10米),主要的偏转屋顶增加,减少顶板的最大弯矩和移动采用长面子的情况下除外<我nline-formula> W 一个 = 2米,<我nline-formula> W = 2 m。

综上所述,可以看出,先进的煤柱的突然失败导致弯矩的急剧增加的关键因素,诱发骨折的主要屋顶采用前脸。如果先进的煤柱的稳定性可以得到了很好的维护,相应的先进的骨折是可以预防的。

图 10显示了感性的弯矩峰值及其距离矿业脸上<我nline-formula> W 一个 和<我nline-formula> W 的变化。可以看到的变化<我nline-formula> W 一个 和<我nline-formula> W 诱导的小变化的峰值弯矩及其距离采用脸当先进煤柱被认为是不不稳定。然而,峰值和距离急剧增加,当先进的煤柱的宽度接近0 m,这意味着先进煤柱一直不稳定。因此,应该更多关注先进的煤柱的失败和应采取措施保持先进煤柱的稳定性指先进的骨折。

上面的章节讨论了先进的煤柱的宽度的变化及其相应的对最大弯矩的影响。然而,弯矩是否到达极限,导致骨折还取决于悬挂长度主要的屋顶。众所周知,异常断裂总是发生在周期权重。有三种废弃巷道之间的相对位置关系和周期性断裂位置在主屋顶,如图 11。基础上,实际的屋顶悬挂长度的主要先进煤柱的失败后很容易得到。

根据图 11屋顶,最后主要定期称量结束和下一个主要屋顶周期性重还没有发生。骨折发生异常是否可以说明如下: (1)

根据图 (11日),可以看出,当累积废弃巷道和先进的煤柱的宽度小于周期性重长度主要的屋顶,屋顶的悬臂长度主要也不到的周期性重长度主要屋顶,即使先进的煤柱稳定和破坏,主要的屋顶不会出现异常的骨折。

上面部分显示的相对关系先进煤柱的宽度和废弃的巷道宽度的主要因素是诱发先进煤柱失稳故障和支持破碎事故。因此,如何提高先进煤柱的稳定性成为主要的方法来预防和控制事故的发生。回填的方法废弃巷道用于预防和控制事故( 21, 22),如图 12。

从图可以看出 12废弃的巷道时,回填到不同的方法,如木材婴儿床、液压支柱、和填充材料,这将提供相应的不同的水平应力(<我nline-formula> σ 3 )。特别是在废弃的巷道回填的填充材料,填充材料将提供更大的水平应力,然后垂直压力的差值(<我nline-formula> σ 1 )和水平应力(<我nline-formula> σ 3 )改变。根据图 12(b),从实验室获得的测试结果,可以看出,水平应力越大<我nline-formula> σ 3 ),更稳定的先进的煤柱,煤柱和先进的能承受更大的垂直压力(<我nline-formula> σ 1 )。煤柱充填材料和先进的可以被视为整合,然后先进煤柱的应力状态从二维到三维状态。先进的煤柱将被视为煤层的一部分,和随后的挖掘可以看作是传统的采矿活动。那么先进的煤柱永远不会失去稳定。