文摘
保留肋位移占大约80%的rib-to-rib收敛gob-side条目保留深陷煤矿,它显示了显著的不对称特性和长期流变现象。受采动压力、裂缝广泛传播,和破碎的锚定范围以外的区域扩大。没有灌浆和补充支持保留肋,周围rock-support承载结构将在postpeak故障状态,和螺栓的锚固力系统将大大减弱。后灌浆,灌浆geocomposite试样的抗压强度明显高于postpeak残余强度的完整的煤样品,部分恢复相比,完整的煤炭标本。破碎煤试样的延性增加灌浆后,它具有较强的弹性和可塑性。岩石破碎块可以与协调成为一个整体承载力,灌浆后其稳定性提高。灌浆技术可以恢复的完整性和强度保留煤炭肋骨骨折,修复受损锚杆支护结构和围岩和支护结构再次成为一个有效的承重结构。研究结果表明,它的承载力是可行的恢复保留煤炭肋灌浆技术。
1。介绍
Gob-side条目保留技术保持原来的道路沿着煤炭开采后采空区边缘。Gob-side条目保留可以提高煤炭回收率,减少开挖速度,并降低岩爆的可能性,这是一个重要的技术实现连续开采煤柱。它的技术优势和经济效益意义重大1- - - - - -3]。在围岩控制理论的快速发展,煤炭开采设备,技术支持,并支持材料,gob-side条目保留已成功应用在各种条件下(4- - - - - -9]。
在高地应力和采动应力的影响,很难保持保留煤矿巷道在深(7,10]。在长期的旋转和上方老顶岩层的下沉保留了巷道,围岩的原始裂纹逐渐扩展,和新裂缝出现在同一时间。围岩松散,是破碎的,有大量的变形和长期流变学(11]。在这个过程中,保留了煤炭的松散和破碎围岩肋骨是整个道路的最薄弱的部分,和有限变形往往发生在这部分,甚至可能影响整个巷道的稳定性(12,13]。保持保留煤炭肋的承载力具有重要影响的整体稳定保持巷道的围岩。
本文保留巷道的围岩变形特征是监控和总结。的时间和空间发展保留了影响锚杆支护煤肋骨和裂缝支撑结构进行了测试和分析。注浆加固的效果在破碎煤的强度测试,和灌浆加固修复原则提出了围岩的承载能力。恢复技术的负载能力破碎煤通过灌浆已成功应用于一些申请情况。
2。围岩变形特性
围岩变形观测站点位于1252年的尾巴巷道(1)面板Panyidong矿山,煤炭开采后留存。面板布局长264米宽1728米。面板的海拔高度是823 - 738−−,地面高程是+ 21.5 + 22.1米。平均煤层的厚度是2.3米,和3°9°倾角。主要的屋顶是medium-fine砂岩厚度的0 - 11.0。眼前的屋顶由泥岩、砂质泥岩,和由煤层的厚度0 - 8.4。保留了巷道的围岩变形如图1。围岩变形呈现以下特点:(1)巷道变形呈现出明显的非均匀特性,主要保留煤造成的肋骨变形和地面起伏。保留煤炭肋rib-to-rib收敛变形占85%;和底鼓roof-to-floor收敛的占79%。(2)巷道围岩在高速变形状态的干扰下很长一段时间主要的屋顶旋转和下沉,而且它仍然显示了之后的长期流变现象主要屋顶结构是稳定的。在深矿井,保留了巷道围岩放松和破碎的影响下前后工作面采动压力,和它的轴承性能显著降低。围岩有很强的流变性质,降低速度和持续的变形。如果不采取适当的强化支持,巷道的受损区域将进一步增加,甚至完全失去稳定。
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3所示。裂缝发展保留煤炭肋骨
3.1。观察计划
煤和岩石裂缝的发展是其稳定性的特点之一,它一直是一个研究热点在巷道围岩的稳定性14,15]。受到次开挖和采矿扰动的影响,保留煤炭肋骨是松散和破碎和变形在一个大区域在服务过程中。围岩内部裂缝的发展,及其承载力降低。裂缝的扩张会导致增粘剂之间的粘结界面的剥离和围岩逐渐延伸到双方的裂缝,导致螺栓结构的轴向应力降低指数(16,17]。本文使用管道镜的观察结果来反映围岩的稳定性的保留煤炭肋骨。研究裂缝的发展保留煤炭肋骨可以提供一个评价其稳定性状态和优化的时机灌浆和其他加固方法(18,19]。
为了观察裂缝的发展保留煤炭肋随着工作面推进的,孔的深度6 m钻在50米的位置,30米,十米,5米在工作面前,在工作面和10米,二十米,40米,60米、100米在工作面沿煤层倾向。为了定量描述裂缝洞的发展,指的是其他研究结果,煤炭的身体和裂缝分为以下四类20.]。各种典型的裂缝如图2。(一)小裂纹。原始裂纹裂纹或新开发的孔径小于2毫米(b)介质裂纹。受采动影响的压力,煤中的裂缝肋的孔径增加到2 - 5毫米(c)巨大的裂缝。当煤炭肋相对破碎,多个裂缝相互连接并逐渐扩大,和孔径达到超过5毫米(d)破碎带。受采动应力的影响,大量的裂缝在有限变形巷道的围岩是相互联系的,和破碎带的范围大大扩展
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3.2。裂缝的发展及其影响锚固系统
完成了管道镜后,裂缝的发展勾勒出水井,结果如图3。为了方便统计和分析,每一个500毫米宽的破碎区相当于一个小裂缝,一个中等大小的裂缝,和一个大裂缝。图4显示了最终的统计结果裂缝的钻孔。裂缝的发展保留煤炭肋随着工作面如下:(1)外采动应力区域,煤炭肋骨内产生的裂缝的深度约1米的表面。裂缝的原因大多是原始的小裂缝,采动巷道开挖造成的压力,和风化煤巷道表面。(2)进步的工作面,巷道围岩断裂逐渐渗透进煤体。0 30米范围内的工作面前,高采动应力部分,煤炭肋骨内产生的裂缝深度约0 - 2.8的表面。极大地脉动采动应力引起了大量的新裂缝保留煤炭肋骨和导致原始裂缝进一步扩大。然而,值得注意的是,由于巷道采用活性强锚杆支护方法,和主要巷道上方屋顶没有损坏或旋转,平息后,煤的破碎带肋范围没有大大扩展。(3)0-40米在工作面采动应力部分范围的裂缝和破碎带的宽度有显著增加,和破碎的地区也已经开始出现在保留煤炭肋骨。屋顶的主要断裂后,旋转,和下沉,应力集中发生在保留肋,导致浅的部分煤炭肋骨压碎和挤出。与此同时,它也使支护结构的弱化和失败。这时,周围岩支护承载结构已经在postpeak故障状态。巷道围岩需要加强支持的时间;否则,会有未来的缓慢而连续的塑性流动。(4)超出100工作面,保留煤炭肋裂缝超过6米深度。通常发现破碎带的深部围岩的一部分,裂缝宽度是进一步增加。在这个阶段,巷道的围岩松散和破碎的状态,螺栓的锚固力系统已经大大减弱或丢失,和巷道的塑性流动状态下较低的支持力量。
4所示。机械性能的灌浆破碎煤炭质量
灌浆可以债券破碎围岩,提高围岩的整体力学性能,削弱岩石块之间的应力集中,使破碎围岩改革轴承结构。通过比较完整的应力-应变曲线煤炭质量和破碎煤质量灌浆geocomposite灌浆postpeak煤的力学性能,可以分析和灌浆加固的效果。
4.1。实验设备和计划
实验进行了815.03 MTS试验机和白手起家的承压设备灌浆。白手起家的承压灌浆设备可以产生破碎煤质量灌浆geocomposite标本Φ50毫米×100毫米,如图5。
实验的第一步是一个常规单轴压缩实验,主要测量的抗压强度和应力-应变曲线完整的煤炭质量样品的力学参数获取完整的煤炭质量标本。第二步是准备灌浆geocomposite标本。水泥砂浆搅拌均匀的三个水灰比0.7,0.8和1.0。把标本已经断裂在实验前一步的承压灌浆设备,然后把水泥浆淹没标本。关闭设备帽后,开始灌浆泵灌浆,直到达到2 MPa的压力,然后停止加压。保持压力,直到浆凝结。治疗在室温下2到3周,直到水泥浆达到最大强度。然后,修剪灌浆geocomposite标本,使它们满足实验要求,如图6。
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4.2。实验结果和数据分析
灌浆geocomposite试样强度比完整标本的剩余强度定义为固结系数;灌浆geocomposite试样强度比抗压强度的完整的标本被定义为恢复系数。在这个实验中,煤的力学性能试样不同p O42.5波特兰水泥水灰比灌浆前后获得,如表所示1。图7显示了整个加载过程中应力-应变、泊松ratio-strain的灌浆geocomposite标本0.8水灰比的情况下。分析实验结果,我们可以得到以下结论:(1)灌浆后,灌浆geocomposite试样的抗压强度明显高于postpeak摄入煤试样的残余强度,部分恢复相比,完整的煤炭标本。当水灰比为0.7、0.8和1.0,平均灌浆geocomposite试样的固结系数和恢复系数是2.84,2.55,1.24,35.33%,31.43%,和40.12%,分别。(2)在压缩的整个过程从一开始就失败的灌浆geocomposite标本,没有压力突然降低压力后标本的失败。这表明破碎煤试件的延性增加灌浆后,它具有较强的antideformation能力和可塑性。(3)岩石试样断裂后,滑块沿断裂面,横向变形迅速增加,和泊松比μ迅速增加。泊松比μ的灌浆geocomposite标本小于完整标本,这表明岩石破碎块可以与协调成为一个整体承载能力,及其稳定性灌浆后改善。
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5。保留煤炭肋承载力恢复的原则
5.1。承载力恢复的原则
受到次开挖和采矿扰动的影响,在保留原始裂缝煤炭肋骨被激活,扩展和合并,最终成为内部和表面破碎区。这导致进步锚固系统的界面剥离,这是系统故障的一个主要形式的锚杆支护在深煤矿(16,17]。在这种情况下,大肋肋变形是不可避免的,甚至大型塑料带和破碎区出现和发展。
灌浆后,裂缝在保留煤炭肋是巩固和填充,内聚力、内摩擦角、弹性模量的保留煤炭肋明显改善,并保留煤炭肋的应力集中是大大削弱。灌浆技术已经恢复了煤炭肋骨骨折的完整性和强度,修复受损的锚固结构,使围岩和支护结构再次成为一个有效的承重结构(21]。使用螺栓的协调承载力和电缆支持围岩。螺栓是用来保持围岩的抗剪强度和完整性的浅围岩。锚电缆用于充分利用大型岩体的承载能力与相对较轻的伤害很深的岩石。三重加固灌浆的支持下,螺栓、电缆,保留煤炭肋能有效抵制采动应力的影响,避免裂缝的持续扩张,显著提高稳定性。保持稳定的煤炭肋已显著提高。
5.2。灌浆的机会
研究表明,存在一个最佳的灌浆在动态应力巷道围岩注浆的机会22- - - - - -25]。如果过早进行灌浆,尚未形成一个有效的注浆扩散路径在围岩和加固效果会差。采动应力的作用下,巷道围岩和支护结构的变形,甚至会损坏。如果灌浆进行为时不晚,大规模放松和破坏巷道的围岩出现的螺栓和支承结构受损。此时,仅仅依靠灌浆可以不再防止巷道的稳定。
根据裂纹发展保留了影响煤肋骨和锚杆支护结构,灌浆可以进行部分受到强大的前后工作面采动压力,灌浆可以达到最好的结果。在本节中,大量的裂缝形成了煤炭肋骨,和破碎区还没有超越锚杆支护范围。此时,锚杆支护结构和围岩之间的相互作用是在一个临界状态,和锚杆支护系统发挥其最大支持的效果。强劲的挖掘中灌浆压力影响部分可以修复受损围岩和支护结构和围岩的篮板球破碎区。破碎的围岩保税灌浆改革轴承单元,大大增加了resistance-increasing螺栓和电缆的速度在有限变形的道路。
6。一个字段中
6.1。小组工作情况和道路初步支持
尾巴巷道12418面板谢桥煤矿采煤后留存。面板布局是212.8米宽,826.9米长。面板的海拔-579∼−598.8米,地面高程是+ 18.3∼+ 27.1米。煤层的平均厚度为3.08米。主要煤层的屋顶是由沙泥岩、medium-fine砂岩,砂岩,平均厚度为5.85米。眼前的屋顶是由胶结裂缝泥岩、砂厚度为4.56米。
巷道有梯形形状宽×高尺寸为5.0×3.0米,这是由螺栓、网格和电缆。屋顶是由7个螺栓,螺栓的直径和长度是20毫米和2500毫米,布局是800×1000毫米。高预应力锚索梁构造顶部板、钢链的直径和长度是17.8毫米和6300毫米,和布局是“2-2-0-2-2”。保留肋支持5螺栓,螺栓的直径和长度是20毫米和2500毫米,和布局是780×1000毫米。开采肋骨是由54个螺栓,螺栓的直径和长度是18毫米和2000毫米,和布局是730×1000毫米。填充墙的宽度是3.0米。墙是由预拌混凝土,主要组件是水泥、粉煤灰、砂和碎石骨料和添加剂。测量最终凝固强度是25 - 30 MPa。
6.2。在保留煤炭肋灌浆和补充支持
不受采动影响巷道时压力,一排锚索梁沿道路方向进行保留肋来控制其在矿业快速变形。锚索梁之间的距离和巷道层2.5米,直径和长度的钢链是17.8毫米和4300毫米,分别。钻洞被40°倾斜向上。快硬硫代铝酸盐水泥是采用灌浆水泥,其抗压强度可以达到30 MPa在三天一天和42.5 MPa。灌浆进行了20 - 30 m在工作面前,水灰比为0.8。三个螺栓灌浆安排在每一行保留肋,螺栓的长度是2600毫米,螺栓之间的距离是1.0 - -2.0米。灌浆孔的封孔长度需要1.0米,灌浆压力是1.0 - -1.5 MPa。灌浆螺栓如图的布局8。
6.3。保留了巷道变形
灌浆和补充支持保留巷道的围岩变形控制,如图9和10。在工作面前,rib-to-rib收敛只有300毫米,这提供了一个基础的稳定保留巷道工作面。0-40米的巷道内保留部分在工作面强烈受采动压力的影响。采动应力的影响背后的部分40 - 90工作面逐渐减弱,并保留肋和墙的变形速度开始减缓。100工作面后面的部分之外,屋顶旋转和平息一个稳定的状态。此时,保持巷道的变形速度逐渐降低,进入了一个稳定的时期。之后,保留了煤的变形肋每天小于1毫米。灌浆和补充支持保持巷道的围岩完整,和巷道的宽度和高度分别为3.6米和2.5米。
7所示。结论
(1)保留了巷道变形呈现出明显的非均匀特性。保留煤炭肋骨变形占大多数的rib-to-rib融合在深矿井。(2)如果不采用适当的支持方法,保留肋会逐渐增加,裂缝和破碎带的范围将扩大锚杆支护范围以外的表面。没有灌浆和补充支持保留肋,周围岩支护承载结构将在postpeak故障状态,和螺栓的锚固力系统将大大减弱。(3)灌浆后,灌浆geocomposite试样的抗压强度明显高于postpeak摄入煤试样的残余强度,部分恢复相比,完整的煤炭标本。破碎煤试样的延性增加灌浆后,它具有较强的弹性和可塑性。岩石破碎块可以与协调成为一个整体承载力,灌浆后其稳定性提高。(4)灌浆技术可以恢复的完整性和强度煤肋骨骨折,修复受损锚杆支护结构和围岩和支护结构再次成为一个有效的承重结构。研究结果表明,它的承载力是可行的恢复保留煤炭肋灌浆技术。数据可用性
所有的数据生成或在研究过程中都包含在这篇文章出版;没有其他数据被用来支持本研究。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
作者欣然承认这项工作经费由中国国家自然科学基金(没有。51904102)和开放的基础湖南省煤矿安全开采技术重点实验室,中国(没有。E21733)。