回撤通道的变形机制研究在超高的机械化放顶煤开采煤层

文摘

辅助的多通道回档位巷道已经成为大型高产和高效生产的关键技术,在中国西部特大煤矿。这项技术的成功应用,回撤通道的控制变形是决定性的。本文以支持综放工作面回撤通道的概念Buliangou煤矿为工程背景。针对薄基岩的赋存特征,厚松散层和超高的缝,理论分析、数值计算和现场工业试验。变形规则和围岩的应力分布特征以及支撑结构的变化在回撤通道结束在综放工作面开采系统研究,和围岩的变形和破坏机理。现场测量表明,采用最优设计方案可以有效地控制围岩的变形在回撤通道最终开采期间,因此解决这一问题的快速移动的工作表面,这对工程实践具有重要意义。

1。介绍

目前,煤炭是中国的主要能源之一,约占60%的不可再生能源生产和消费1- - - - - -3),其中厚煤层生产约占总原煤产量的45%。不断提高综放开采技术已经成为一种有效的方法来解决厚煤层开采,实现矿业安全与高收益(4- - - - - -8]。传统上,在完全机械化采煤工作表面的移动(屈服)在中国意识到通过采煤机的通道打开。在过去的岩屑停止线附近的工作表面,采煤机和运输机器前进削减煤炭、支架留在原来的位置,从而形成空间设备将和追溯。在过去,工作表面移动通过单通道或截煤机self-retaining频道大型和超大型煤矿在中国花了三个月或更长时间,这大大限制了移动速度(9]。

早在1970年代初,美国带头的使用快速移动设备和先进的移动过程完全机械化采煤工作面(屈服),形成了一套完整的技术覆盖旧的表面的移动和安装新的缩短运动时间大约一周。近年来,随着快速移动的成功应用的成套设备在美国,多点和单点撤退过程一直在逐步发展矿业地区根据其地质条件。日益成熟的移动技术已广泛应用于煤矿澳大利亚和南非等国(10- - - - - -14),在这些国家取得了显著的经济效益和社会效益。在1990年代,中国东矿区首次引入技术快速移动的工作表面完全机械化采煤(屈服)。此外,基于进口快速移动的过程中,新移动技术的“辅助巷道多通道”研究了东地区。这种新技术的成功实践在矿区标志着一个新的突破完全机械化采煤的快速移动(屈服)设备在中国,取得了极大的发展后(15,16]。与国内完全机械化采煤的持续改进(屈服)技术,辅助巷道中采用了先进的多通道回档位在许多大型矿业领域研究和宁夏。在这个过程中,两个辅助巷道挖掘支撑工作时表面两个平行道路停止线的支撑工作表面。通道的工作表面叫做巷道的主要回档位,和旁边的一个主要巷道巷道称为助理回档位。4到6之间的连接通道提供了两个渠道,形成一个多通道系统辅助巷道。这种工作表面移动技术辅助巷道的基于多通道可以实现完全机械化采煤的同时搬迁(屈服)设备在4 - 6连接通道。据统计,仅用了10天的东矿区移动它的旧工作表面和安装新的通过这项技术,在45101年Yujialiang煤矿和类似的过程只花了6天23小时。相比以前的移动工作表面截煤机self-retaining通道,这种新技术大大缩短了移动时间(最接近90%),有效地保证了矿山高效生产(17- - - - - -22]。Buliangou煤田”及相关概念,位于鄂尔多斯的黄土高原,典型的黄土高原地貌特征(23),与复杂的景观,交错的沟壑,成熟的树突沟壑。此外,复杂的地质条件,比如薄基岩和超高的缝24- - - - - -26)导致一系列开采问题,包括严重变形的岩石周围的工作表面(图1),增加了先进的支持在巷道的压力。目前,深入研究回撤通道在特殊地质条件下的变形机制在西方很少;因此,研究在薄基岩回撤通道的变形机制,厚松散层,和超高的接缝和变形控制解决方案将有助于指导工作的改善表面快速移动,这对工程实践具有重要意义,将为快速的实现提供参考综采放顶煤移动workface在类似的矿山。

2。工程地质条件

相关概念Buliangou煤田位于鄂尔多斯(图的黄土高原2)。这是一个典型的黄土高原地貌复杂的地形,垂直和水平沟壑,成熟的树突沟壑。罢工的201号工作面长度概念Buliangou煤矿是1 395米,倾斜的长度是240.3米,平均厚度煤层是16 m,煤层的倾角是主/学位,平均深度为4度,平均开采深度是295米。详细的岩层的岩性描述见图3。

3所示。建立力学模型的回撤通道

回撤通道是一种巷道专门发掘的移动完全机械化采煤工作面(屈服),和支持的质量决定了工作面设备顺利可以删除。建立力学模型(图4)和围岩稳定性的理论分析建立了一个基础变形控制和安全运行的回撤通道。

当工作面与主回撤通道,支持的简化模型是一个矩形截面梁的一端。”问₁“是上覆岩层的简化均布荷载;”一个”助理回撤通道的宽度;”b”之间的距离煤柱塑性区和主要助理回撤通道的墙壁;”c”之间的距离小壁的塑性区主要回撤通道和助理回撤通道的主要墙;”d”小墙之间的距离主要的回撤通道和助理回撤通道的主要墙;”h“梁的高度。”l“梁的总长度,问₂的均布荷载简化塑性区助理回撤通道的小墙;问₃的均布荷载简化塑性区主要回撤通道的小墙;”e”是主要的回撤通道的总长度和工作面液压支架;问₄架的简化均布荷载。挠度计算

模型中的弯矩计算分为以下五个部分:(1) : (2) : (3) : (4) : (5) :

五段得到的弯矩方程(2)- (6):(1) : (2) : (3) : (4) : (5) :

替换 , , , , , , , , , ,相关概念和弹性模量2.2的平均绩点Buliangou煤以实验室为方程(7)- (11),我们得到的弯矩段,放入方程(1段的角度和变位,方程所示(12)- (21)。(1)角度: (2)偏差:

梁的连续性条件

替换EI与方程(12)- (21)光束的连续性条件,我们得到的

第四季度时的挠度曲线主要回撤通道0.6 MPa, 0.7 MPa, 0.8 MPa如图5。

最初的支持力量的液压支架工作表面概念Buliangou煤矿为0.7 MPa。根据实际情况,最大变形的主要回撤通道下支持力量被计算为561毫米,满足工作的需求面朝着主回撤通道。

4所示。有限元法模拟

4.1。建立力学计算模型

基于实际地质条件和采矿实践Buliangou煤矿”及相关概念,建立了计算模型100米宽,170米长,66米高。主要回档位巷道是5.5米,助理回档位巷道是5米,以及它们之间的煤柱是20米。

在模型中,矿业在“y“方向只有60米,留下一个40米保护边界。主要和助理回撤通道之前挖掘支撑工作表面。推进一次10米,模拟开挖过程中支撑100。屈服是用于第一次70米而不是30米从主回撤通道,因此,开采高度是3.8米。周围岩石的变形特征和应力分布的主要渠道和助理回档位不同支持参数和不同的螺栓和锚杆预紧力进行了分析。模型的三维图形后周围的网格主要和助理回撤通道中度强化,如图6。

以下4.4.1。模型边界条件

根据实际情况和计算模型,模型边界条件规定如下。

模型应用的顶部与上覆岩层自重应力;模型简化的下边界位移边界条件,在“活动x“方向和固定在“y”方向,即= 0;两岸的模型固体煤、简化为位移边界,移动在“y“方向和固定在“x”方向,即u= 0。

自重应力在方程计算了吗 。上覆岩层的平均体积重量被设定为25 N / m³,作为建立模型的顶部之间的距离,和相关概念的平均埋深Buliangou煤层是249.8米。因此,计算的结果是关于62.5 MPa。

4.1.2。模型的屈服准则

根据现场取样和岩石力学试验结果,当负载达到强度极限(27,28),岩体的破坏,岩体残余强度将逐渐降低高峰塑性流动变形发展。因此,在计算中采用莫尔-库仑屈服准则来判断岩体的断裂。

4.1.3。分布的岩石

总共49.1岩层为模型在垂直方向,覆盖较低的底部,直接下,煤层直接顶和老顶。从下到上:低15.5米,底部直接底3.2米,煤层16米,2.6米,直接顶和老顶11.8 m。每一个岩石地层的岩石力学参数如表所示1。

4.2。数值模拟方案的计算

围岩的变形和应力分布特征在回撤通道结束在综放开采工作面在不同支护参数进行了研究。根据理论计算结果,以下三种支护方案优化选择。围岩的变形和应力分布的回撤通道结束在采矿工作表面分别计算。仿真方案如表所示2。

5。数值结果分析

5.1。研究围岩的位移分布规律回撤通道

为了分析和比较回撤通道的工作表面效应和煤柱的稳定性和监控的变化相对roof-to-floor收敛的主要和助理回撤通道和相对墙融合在工作表面上的进步,曲线的变化过程中,图形是如图7- - - - - -12。

从数据可以看出7- - - - - -9先进,随着工作面向前,墙上roof-to-floor收敛性和收敛的助理回撤通道逐渐增加。然而,当主要的工作表面先进30米回撤通道,回撤通道的变形由于开始急剧增长的压力工作表面。方案3中支持条件下,工作面先进到70米时,助理回撤通道的最大roof-to-floor收敛是50.47毫米,最大变形的小墙是37.44毫米,和最大变形的主要墙是28.02毫米;当工作面先进到80米时,助理回撤通道的最大roof-to-floor收敛是53.71毫米,小墙的变形是47.87毫米,和主要的墙的变形是30.01毫米;当工作面先进到90米时,助理回撤通道的最大roof-to-floor收敛是81.82毫米,小墙的变形是85.13毫米,和主要的墙的变形是33.46毫米;当工作表面先进100或穿过,助理回撤通道的最大roof-to-floor收敛是236.73毫米,小墙的变形是226.13毫米,和主要的墙的变形是55.67毫米。在同等条件下,方案3、方案1相比,屋顶和地板之间的相对变形降低了70.9%,72.6%,70.3%,50.4%;小墙的变形降低了79.2%,80.1%,76.9%,59.7%;主要墙的变形降低了82.4%,82.1%,80.9%,73.2%。

从数据可以看出10- - - - - -12先进,随着工作面向前,墙上roof-to-floor收敛性和收敛的主要回撤通道逐渐增加。然而,当工作面先进30米从主回撤通道,回撤通道的变形由于开始急剧增长的压力工作表面。工作表面渗透时,回撤通道的变形达到最大。支持条件下在方案3中,当工作表面先进到70米,最大roof-to-floor收敛的主要回撤通道是94.95毫米,最大变形的小墙是48.83毫米,和最大变形的主要墙是67.24毫米;当工作表面先进到80米,最大roof-to-floor收敛的主要回撤通道是141.86毫米,小墙的变形是53.44毫米,和主要的墙的变形是108.33毫米;当工作表面先进到90米,最大roof-to-floor收敛的主要回撤通道是299.263毫米,小墙的变形是91.04毫米,和主要的墙的变形是208.71毫米;当工作表面先进100或穿过,主要回撤通道的最大roof-to-floor收敛是615.86毫米,小墙的变形是236.69毫米;在同等条件下,方案3、方案1相比,屋顶和地板之间的相对变形降低了58.9%,65.4%,62.6%,49.2%;小墙的变形降低了75.7%,76.4%,74%,46.4%;和减少变形的主要墙74.9%,73.6%,67.5%。

5.2。研究围岩应力分布规律在回撤通道

从图可以看出13在煤柱垂直应力也显示出了类似的变化规律在不同的支持方案工作表面的进步:提高与进步。方案3的支持条件下,垂直应力峰值最大,而下,在方案1中,价值最低。方案3的支持条件下垂直压力为26.1 MPa,比方案1高20.8%。分析表明,支持强度越大,煤柱越积分和抗压强度就越大。上覆地层压力的影响下,变形减少,压力增加。最后,方案3是最有效,其次是方案2和方案1。

6。回撤通道控制实践的支持

6.1。实验回撤通道的支持条件

屋顶。锚规范:Φ22×2500毫米左撇子钢螺栓没有纵向钢筋;6个螺栓在每一行,行距:1000×900毫米;每个螺栓是由一个CK2350和一个加长Z2350树脂锚固剂,盘状钢盘:150×150×10毫米;锚行交替与钢梯梁和钢带焊接圆钢14毫米。钢筋梯子和梁钢筋网覆盖着。锚索规格:Φ17.8×8000毫米钢绞线锚索;每一行三,行间距:1750×2700毫米;每个锚链使用三个Z2350树脂锚固剂延长安克雷奇,与高强度电缆桥架:300×300×14毫米,一组特殊的锁。混凝土顶面不少于50毫米厚(如图14和15)。

煤柱一侧。螺栓规格:2500毫米∗右手全螺纹钢螺栓;每一行的五行间距:800×900毫米;每个螺栓使用两个Z2350树脂锚固剂延长安克雷奇,盘状钢托盘:150×150×10毫米;每一行的螺栓和两个钢梯梁焊接圆钢与14毫米,1.9米长;第三个螺栓,同时按下结束两个钢筋梯梁和钢梯梁降低强化网格。巷道表面的支柱表面不小于50毫米厚(如图14)。

6.2。观测数据的处理和分析

根据50天的结果观察,墙的曲线收敛收敛和相对roof-to-floor回撤通道主要有六个天文台的绘制,如图16和17。

根据观察地面压力,变形的主要退出通道与工作面推进的逐渐增加,但增加并不大;屋顶和地板的最大变形是462毫米当工作面连接;双方的最大变形是679毫米工作面连接前的一天。

7所示。结论

本文理论分析等方法,数值计算,和现场监控系统被用来研究回撤通道变形的关键问题在超高的机械化放顶煤工作面的煤层,识别回撤通道的变形机制。主要结论如下:(1)回撤通道的力学模型薄基岩厚松散层,和超高的seam成立回撤通道的挠度方程。计算最大挠度的主要回撤通道是561毫米,会议要求工作表面移动的主要回撤通道。(2)基于FLAC回撤通道建立的计算模型^{3 d}数值计算软件,周围岩石的应力和位移分布规律回撤通道在结束周围挖掘工作表面在不同方案进行分析以确定最优方案的支持。(3)实际测量表明,该优化设计方案可以有效地控制周围的岩石的变形回撤通道最终开采期间。根据现场监测,屋顶和地板的最大相对变形的主要回撤通道在挖掘是462毫米,最大墙收敛是679毫米,远低于许用变形为主要回撤通道。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项研究得到了苏州大学重点科研项目(没有。2017 yzd15)。我们真诚地承认前为他们的优秀研究人员的研究,大大帮助我们的学术研究。

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