文摘

为了解决控制回采巷道的屋顶的问题在1204年完全机械化面对先进的支承压力的影响下,根据回采巷道的特征部分,液压支柱和π型钢梁被选来验证单收缩的液压支架,建立力学。模型计算,至少3个液压道具和需要至少2材料车道交通车道;通过数值模拟方法,合理的回采巷道顶板的控制计划确定推进支持部分,也就是说,0∼巷前的材料。在30米,采用其中一束激光三列的方法和行间距0.8米;其中一束激光四柱方法采用0-20 m内工作前的交通车道;其中一束激光三支柱的方法在20 - 30米,行间距是0.8米。现场工业试验屋顶实践证明,提出的控制方案是合理的,和巷道部分可以满足实际生产要求。

1。介绍

先进的支承压力的作用下,采矿巷道将经历屋顶沉降,底鼓,双面采矿巷道的收缩变形,部分不能满足实际生产需求和影响的正常开采煤矿的脸。有许多采矿巷道的顶板控制技术。例如,太阳Jiuzheng出版这本书“薄复合顶板的控制技术和工程实践挖掘道路,“讨论力学特性的变化规律和影响因素的薄复合采矿巷道的屋顶。薄复合顶板的变形和破坏机理的巷道变形和破坏法律的薄复合顶板的采矿巷道进行了总结。邱文华奖等人提出了semicoal顶板控制技术和岩石在复杂条件下的道路。由于不同生产每个矿区的地质条件,完全机械化开采的顶板控制技术的脸是不同的先进的支承压力的影响下。根据1204年的具体生产条件工作面,相关的研究提出一个合理的技术方案进行采矿巷道的顶板控制的完全机械化开采的脸。

2。工程地质条件

1204工作面是安排在2 #煤层,地面高程+ 948 ~ + 1103米,地下高程+ 495 ~ + 541米,罢工的长度是1980米,长度是167米。煤层的厚度是2.5到3.95米,平均3.2米;煤层的倾角是3°到8°,平均6°。屋顶和地板的出现如表所示1。

表1
岩性的屋顶和地板上。

3所示。屋顶的关键参数的确定采矿巷道的控制权

根据1204年的生产地质条件,屋顶的控制模式的高级支持部分超1204年完全机械化面临的决心是“单一液压支柱+π梁”。

3.1。单独的液压支柱和π形钢梁的选择

根据两车道的截面特征在1204工作面单体液压支柱的交通车道使用DZ-35类型,和π型钢梁采用dfb4000 - 300型。材料的单体液压支柱巷DZ-28,和π型钢梁是dfb3600 - 300。的主要技术特征单一液压支柱和π型钢梁如表所示2和3,分别。

表2
单体液压支柱的主要技术特点。
表3
的主要技术特点π型钢梁。
3.2。验证单液压支架的收缩

巷道挖掘后,基本支持执行,并给出旧屋顶的初始变形(1]。允许的收缩量应该满足的运动和发展的旧屋顶和达到最终稳定状态,即巷道的基本支持。允许的屋顶防护结构的收缩至少应该满足期望的围岩变形(2,3]。 在哪里 是需要收缩的基本支持, 的压缩量是辅助支承结构,然后呢 是移动的屋顶和地板下的巷道给定变形状态的旧屋顶,一般200 ~ 300毫米。

巷道的顶板控制方法在1204年完全机械化采煤面采用“单一液压支柱+π梁”,辅助支撑结构的压缩是0,和估计巷道屋顶和地板在给定变形状态的旧屋顶是300毫米。所需的收缩的基本支架应该大于300毫米。选择的单体液压支柱中风800 mm,可满足要求。

3.3。支持单液压支柱的密度

根据单一液压支柱的支持力量的给定变形下屋顶的旧屋顶和给定的负载,的承载力π形梁被认为是,支持密度是由综合分析。

3.3.1。在一个给定的变形状态

给定变形工况下所需的旧屋顶,巷道的支护结构应该控制直接屋顶,让它接近旧屋顶。因此,支持力量应该至少足以平衡岩石直接屋顶的重量。 在哪里N支持力量,kN; 动压系数,2;γ的体积密度直接屋顶,2.5吨/米3;h是直接顶板的厚度,1.6 m;d行间距,0.8米;和B车道的宽度,运输巷5米,材料巷4 m。

它是计算出所需的支持力量N= 320 kN运输巷和所需的支持力量N= 256 kN的材料巷。因此,在这种情况下,运输巷至少需要2个液压道具和至少2车道的材料。

3.3.2。在一个给定的负载状态

自屋顶形状是拱形的下降,分析了根据普氏的一点压力拱理论(4),如图1。


图1
冒顶拱的地图。

巷道的破坏范围帮派是由(5]

在上面的公式中,巷道周围的挤压应力集中系数一般为3;r是重力岩层的密度、平均25 kN /米3; 挖掘影响系数,2;H是埋深和最大值是487; 顶板的单轴抗压强度,20 MPa; 顶板的内摩擦角,20°;和h巷道的高度,3.1运输巷,车道的材料是2.5米。

通过使用公式(3),计算交通车道边缘的损伤范围为2.99 m和材料的破坏范围巷窗台计算为2.41 m。

的最大放松范围顶板是由(6] 在哪里f米是屋顶刚度系数,2,l车道的宽度。运输巷5米,材料巷4 m。

通过使用公式(4),运输巷的屋顶的松动范围计算为2.74 m和松动范围的屋顶材料计算车道2.21米。

最危险的情况下,考虑岩体内的松散的屋顶的重量范围是由单一液压支柱。所需的单是由液压支柱支持力量

通过使用公式(5),单一液压支柱的支持力量计算所需的运输巷603 kN的支持力量单一计算所需的液压支柱材料巷389 kN。因此,在这种情况下,至少需要3个液压道具运输巷和至少2车道的材料。

3.3.3。考虑的承载力π型钢梁

因为的长度π形梁远远大于铰接顶梁,其整体支持效果好,避免了大的现象最高压力和楔压在铰接顶梁(7- - - - - -12]。当屋顶控制模式是一个梁和两个列,它是简化为简支梁计算,如图2(一个);当屋顶控制模式是一个梁,三列,它是简化为静不定梁计算如图2 (b)。

(一)
(一)
(b)
(b)
图2
先进的简化力学模型的支持。(一)一个梁和两个列。(b)一个梁,三列。

当屋顶控制模式是一个梁和两个列,它满足

当屋顶控制模式是一个梁,三列, (在哪里σ]是容许应力,MPa;米马克斯的最大弯矩,kN m;WZ抗弯截面模量,m3;问均布荷载,kN / m;l梁跨度,m;和F是等效集中力,kN。

从表可以看出2,当梁跨度是700毫米,中央负载梁是300 - 400 kN。自π型钢梁(σ),WZ是常量,承载力的π在不同的单体液压支柱型钢梁间距得到(见表4)。

表4
的承载能力π在不同的跨越型钢梁。

表的计算结果4表明,当屋顶控制模式是一个梁和两个列,的承载力π形钢梁小于所需的支持力量N给定变形下的旧屋顶和给定的负载状态的屋顶;当屋顶控制模式是一个梁,三列,的承载力π型钢梁在材料车道上能满足要求,和的承载力π形钢梁在该地区的影响弱提出支持运输巷的压力也可以满足设计要求,但的装载能力π型钢梁在严重影响区域的交通车道不能满足设计要求。

4所示。屋顶控制方案的研究和示范

4.1。可行的计划

为了进一步确定回采巷道的顶板控制计划在1204年完全机械化开采的脸,先进的支持的影响范围是30 m。由于不同的截面大小交通车道,车道的材料,分别提出了四种可行的计划。正常的矿业形势下的仿真研究中,采用不同的方法。推进使用支持计划时,围岩变形法和塑性区分布特征的两车道用于优化和确定合理的采矿巷道的顶板控制计划。具体计划如下。

以下4.4.1。材料巷

选项1:采矿巷道的顶板控制采用一个梁,三大支柱,行间距是1.6米选项2:采矿巷道的顶板控制采用其中一束激光三支柱的方法,和行间距是0.8米选项3:采矿巷道的顶板控制采用一个梁,三大支柱,行间距是0.4米选项4:采矿巷道的顶板控制采用其中一束激光四柱法,行间距是0.8米

4.1.2。运输巷

选项1:采矿巷道的顶板控制采用一个梁,三大支柱,行间距是1.6米选项2:采矿巷道的顶板控制采用其中一束激光三支柱的方法,和行间距是0.8米选项3:采矿巷道的顶板控制采用一个梁和四个支柱,行间距是0.8米选项4:采矿巷道的顶板控制采用其中一束激光四柱方法工作面0-20米内,其中一束激光三支柱的方法在20 - 30米,行间距0.8米

4.2。计划示范和决心

用FLAC的帮助3 d软件,上述可行性方案研究和证明。建立一个水平模型,挖掘80,安排表面位移测量分两车道前方50米的脸,如图3。通过比较和分析采矿巷道的围岩变形的规律和围岩塑性区分布特征的不同方案,合理推进支持技术方案优化和确定13,14]。

(一)
(一)
(b)
(b)
(c)
(c)
(d)
(d)
图3
材料巷道围岩塑性区分布。(一)选项1。2 (b)选项。3 (c)选项。(d)选项4。
4.2.1。准备材料巷

围岩的塑性区分布在不同方案如图3,运输巷的表面位移特征在不同方案下表所示5。

表5
关于材料的位移曲线巷道表面在不同的先进的支持计划。

从图的分析3可以看出,当采用选项1,塑性区分布范围的材料巷的围岩显然比选项2,3,4,而当选项2,3和4是采用,塑性区分布范围的材料巷的围岩是相似的。这意味着在先进的支持部分巷道的屋顶的工作面已有效控制时,第二,第三,第四选项采用,但第一次程序的控制效果很差。

从图的分析3和表5,可以看出,当第一个方案被采用,采矿巷道的顶板控制模式是一个梁,三列,行间距1.6米,屋顶的累积位移和地板的累积位移双方达到460毫米和501毫米,分别。当采用第二方案,采矿巷道的顶板控制方法不变,和行间距0.8米。与第一个方案相比,累计位移的屋顶和地板上,双方的累积位移分别减少了179毫米和170米;当采用方案3点钟,采矿巷道的顶板控制方法不变,和行间距0.4米。然而,相比之下,第二个计划,屋顶的累积位移和地板和双方的累积位移只是减少了26毫米和28毫米,分别。在第四计划,采矿巷道的顶板控制模式成为梁和四列的行间距0.8米。与第二个计划相比,屋顶和地板的累积位移和双方的累积位移只是减少了18毫米和20毫米,分别显示减少行之间的间距可以提高先进的支持部分的顶板控制效果。然而,仿真研究表明,该材料巷屋顶时有效控制第二,第三,第四选项采用,但效果并没有太大的区别。比例控制效果非常明显;因此,第二个选择是确定最优。

4.2.2。运输巷

围岩的塑性区分布在不同方案如图4,运输巷的表面位移特征在不同方案下表所示6。

(一)
(一)
(b)
(b)
(c)
(c)
(d)
(d)
图4
围岩塑性区分布。(一)选项1。2 (b)选项。3 (c)选项。(d)选项4。
表6
关于运输巷道表面位移曲线不同的先进的支持计划。

从图的分析4可以看出,当运输巷采用选项1,围岩的塑性区是最大的,其次是选项2,选项3和选项4中最小的,选项3和选项4是采用时,塑性区分布范围的巷道围岩的材料并没有太大的区别。分布范围并没有太大的区别,这表明当采用方案3和4,先进的巷道顶板控制效果的支持部分工作面更好。

从图的分析4和表6,可以看出,当第一个方案被采用,采矿巷道的顶板控制模式是一个梁,三列,行间距1.6米,屋顶的累积位移和地板的累积位移双方达到511毫米和589毫米,分别。当采用第二方案,推进支持方法保持不变,行间距0.8米。与第一个计划相比,顶部和底部的累积位移盘子和双方的累积位移降低108毫米和148毫米,分别;当第三采用同时,推进支持方法不变,和行间距改为0.4米。然而,相比之下,使用第二个方案的情况下,顶部和底部的累积位移盘子和双方的累积位移只减少了66毫米和62毫米,分别;当第四个方案是采用工作前0-20 m时,使用一个梁和四列,和一个梁和三个列中使用20 - 30米,行间距是0.8米。相比之下,方案3,顶部和底部的累积位移板和双方的累积位移只是减少了。16毫米和12毫米的值表明,围岩的控制效果的高级支持部分方案3和方案4的工作面是更好,但两者之间的控制效果的差异非常小。考虑全面,确定的第四个选项是最好的选择。

因此,最优采矿巷道的顶板控制的设计方案,并在1204年完全机械化开采面临决定如下:①材料巷:一个梁,三列中使用0 30 m在工作面前,行间距为0.8米;②运输巷:当工作前0-20 m,梁和四列是内部使用,和一个梁和三个列中使用20 - 30米,行间距是0.8米。

5。现场工业试验

5.1。站布局

为了验证采矿巷道的顶板控制效果,被安排在巷道表面位移观测点交通车道,车道的材料,分别“交叉测量方法”是用于观察。测量点设置如图5。钻孔深度为400 ~ 500毫米构造顶部和底部和双方和圆钢或钢棒直径16 ~ 18毫米被埋在树脂的孔和固定线圈。巷道显示位移监测主要包括屋顶沉降OC,底鼓OD,左侧方法OA, OB和右边的方法。


图5
草图的隧道表面的位移。
5.2。分析的观察结果

实地测量表明,双方的物质的累积方法列是477毫米,屋顶的累积方法和地板是411毫米,累积的方法运输巷的双方是354毫米,顶部和地板的累积方法是301毫米。1204年采矿巷道的屋顶完全机械化开采面临被有效控制,和巷道部分可以满足实际生产要求。

6。结论

(1)屋顶控制支持设备适用于1204年的采矿巷道完全机械化开采面临决定,即运输巷的单体液压支柱DZ-35,π型钢梁是dfb4000 - 300,材料的单体液压支柱巷是DZ-28类型,和π型钢梁是dfb3600 - 300型。(2)根据所需的单体液压支柱的支持力量的给定变形下屋顶的旧屋顶和给定的负载,并考虑的承载力π型梁,综合分析用于确定支持密度,与FLAC相结合3 d数值模拟方法。研究和示范采矿巷道的顶板控制方案的实施,并确定最优方案,也就是说,严重影响区域交通巷采用先进的支持范围内的其中一束激光四柱的方法,和弱影响区域内材料的先进的支持范围巷采用其中一束激光三列的方法。(3)现场工程试验表明,它是合理的提出回采巷道的顶板控制计划在1204年完全机械化开采的脸。材料的累积方法双方的道路是477毫米,屋顶的累积方法和地板是411毫米,和双方的累积方法运输巷的354毫米。屋顶和地板的累积移动的距离是301毫米,和采矿巷道的屋顶是有效控制。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称他们没有利益冲突,可能会影响本研究报告的工作。

确认

这项研究受到了中国国家自然科学基金支持的项目(51764010和51764010),贵州科技项目(Qiankehe平台人才[2019]5674号),和贵州省基础研究(科技基金)项目(Qiankehe基金会[2020]1 y215)。