文摘

安全、经济的威胁消除高地应力在煤炭开采过程中,根据工程案例研究开槽减压的残留煤柱在开滦矿区的矿井,减压的方法通过线锯槽煤层是探索,并进行了数值模拟。结果表明,线锯可以减少煤层大面积,切割效率和开槽深度大于这些液压开槽;应力集中区域形成前的线锯在采煤工作面和一种减压区和应力恢复区。卸压范围各不相同,先增加,然后下降。减压的探索和实践与钻石线槽煤层提供了理论指导和实践参考槽煤层卸压。

1。介绍

高地应力在煤炭开采对煤矿安全生产是一个伟大的威胁,和开槽减压是一种有效的方法来释放高地应力在煤层1- - - - - -4]。基于原则的高压水射流破煤水锤压力的影响,高压水射流缝槽设备和技术已经开发和应用在特定条件下(5- - - - - -7]。在使用高压水射流压力60∼100 MPa,和喷嘴的直径是2∼2.5毫米。当煤岩石坚固系数f0.3∼1减少在这些条件下,一个环形槽的槽高度2∼6厘米,槽的深度可以获得1.5∼2.5米(8]。在实践中,由于有限的影响力范围的液压铣槽,实现大面积卸压槽煤层,常常需要钻多个钻孔和减少煤层中的多个间歇时段开展联合减压,这需要大量的人力和成本非常高昂。找到一个安全、经济的方法大面积煤层槽,钻石线锯(DWS)是用来取代高压水射流切割煤层卸压。本文的方法提出了线锯槽煤层。通过数值模拟和减压的实践与线锯切割煤柱,岩石和煤的垂直应力变化的范围在推进过程中减压的工作面煤线锯切割进行了研究,旨在提供理论指导的卸压槽煤层线锯。

2。工程实践煤层槽

2.1。提出了开槽煤层DWS减压的方法

当我在开滦矿区深部开采阶段,在高地应力和残余煤柱的影响下,煤岩动态不稳定性影响严重。总共有47个动态故障记录高于−的开采深度530米,和其他动态故障发生在正常开采工作面开采深度以下−630米。在这我,残余煤柱的虚假的屋顶由深灰色泥岩。眼前的屋顶由相对硬层灰色粉砂岩和中等粒度的砂岩。直接硬砂质泥岩和粉砂岩组成的地板。坚硬的地板是由细,中等粒度的砂岩,这是困难的和相对脆弱。在此基础上,探索一种安全、经济的方法缓解残留煤柱的压力,减少和消除高地应力的威胁,湖南科技大学和开滦集团联合开发的一套设备,线锯槽煤层,通过削减煤柱进行了减压与单线T3150之间的空气通道和T2051北巷2号开车。

2.2。效果和线锯槽煤层的过程

线锯切割是一种先进的切割方法,是简单的执行和灵活性高9- - - - - -12]。与线锯槽煤层的原则如下。线锯机器驱动金刚石串珠绳在煤层的高速移动。线锯上的金刚石颗粒不断磨煤的身体。线锯机器在轨道上移动驱动串珠绳要供养,及煤层的线锯不断削减进口。开槽煤层后,一条狭窄和长槽空间类似于在煤层采空区的形成。人们普遍认为,赫兹断裂和体积打破钻石颗粒的主要方法是削减裂隙岩体(13- - - - - -15]。

与线锯槽系统通常由线锯机器,一个引导设备,钢丝弦,控制和辅助系统。可以由工作面切割钻孔和线返回钻孔煤层,如图1。开槽前的准备工作主要包括设备安装、导线绕组,可拆。有三个步骤操作。步骤1:第一组指导设备安装在道路的一侧,线锯机器和第二组指导设备安装在道路的另一边。步骤2:通过钻孔把绳索穿过钢丝弦。字符串轮胎钢丝缠绕通过驱动轮和线锯机器的设备引导。是钢丝弦的张力调整。然后,下钢丝弦联合系。步骤3:线锯机器启动和驱动轮的转速调整。接下来,辅助系统开始喷水冷却字符串轮胎钢丝和抑制灰尘。 Finally, the advancing speed of the wire saw on the track is controlled to cut the coal seams along the advancing direction from the start of drilling. The operating parameters of coal seam wire saw slotting are shown in Table1。工程实践表明,线锯可以降低煤层大面积,线性切割速度达到15米/秒和切割效率达到80米²/小时。切割线锯的煤柱,之后还有很长的窄槽空间缝15毫米的高度和seam 30米的深度。统计数据表明,工作效率和煤炭骗局与线锯开槽后缝深度后比液压缝槽。下面的数值模拟主要集中在垂直压力和卸压范围的变化在工作面推进的线锯切割煤层。

3所示。数值模拟的减压线锯开槽

确保数值模拟的精度和求解效率,考虑到煤层线锯槽工程实践中,我们使用了比FLAC的函数^{3 d}和应用域分解方法来形成一个三维模型由致密、过渡和宽松的网格区域,尺寸为100 m×10 m×18米,528000网格细胞和580860个网格点,如图2(一个)。槽周围的密度网格模型中部分放大,如图2(b)。

针对摩尔-库仑本构模型是一个采用。10 MPa垂直应力应用上边界。滚动边界条件采用前后边界,左和右边界和下边界。前的水平应力、背部、左,右的模型被认为是静水压力。躺在煤层的中间部分,提出的线锯煤槽工作面0.8从一开始每次开槽位置沿煤层方向。每一层的岩石力学性质如表所示2。

3.1。垂直应力分布

垂直应力分布在进步的线锯槽煤工作面图所示3。根据图3,当线锯槽煤工作面由0.8米,两个应力集中区域,一个₁和一个₂,形成左、右槽煤壁,分别和煤柱垂直应力大约1米上下槽被释放了。

当工作面由11.2米,垂直压力7米以上,9米以下槽被释放,减压区B的范围大大扩展,垂直压力减压区大约减少到0 MPa,应力释放率高达100%,两个应力集中区域₁和一个₂形成应力集中区域的垂直压力增加到大约30 MPa,和应力集中系数成为三个。

它先进的22.4 m时,应力恢复区C形成中间的位置,垂直应力的应力恢复区回到大约6 MPa,和原来的减压区被划分为B₁和B_2,这是接近吗₁应力集中区域和一个₂分别的应力集中区域。当它先进的33.6 m,应力恢复区C扩展的范围,垂直应力的应力恢复区回到大约8 MPa,和应力集中区域的应力变化和减压区双方不明显。

3.2。垂直应力释放和压力释放范围

为了探索煤岩应力释放和压力释放的变化范围内,公式(1)提出了应力释放率的计算方法。鱼在FLAC语言^{3 d}软件被用来分析10%,30%,50%,70%,和90%的垂直应力释放槽的顶部0.7米,如图4。 在哪里网格细胞的初始应力值吗我MPa;网格细胞的应力值吗我压力释放后,MPa;和η网格细胞的应力释放率吗我,%。

在图4,纵坐标表示压力释放范围横坐标表示推进距离的线锯槽煤工作面(槽深)。a, b, c, d, e是临界点的卸压范围的线锯槽变化增加,减少应力释放率是10%,30%,50%,70%,和90%,分别。图4显示,当η= 10%,线锯槽煤工作面从0.8米到23.2米和进步从0.8增加到22.2。当工作面推进从23.2米到31.2米,从22.2减少到19米。此后,和增加不改变吗l。

当η= 30%,线锯槽煤煤工作面从0.8增加到17.6,从0.4增加到16.8。当工作面进步从17.6米到28米,从16.8减少到11.4。此后,和增加不改变吗l。

在η= 50%,线锯槽煤工作面从0.8米到14.4米,进步从0.4增加到16.8。当工作面推进从14.4米到21.6米,从13.4减少到8米。此后,和增加不改变吗l。

当η= 70%,线锯槽煤工作面从0.8米到12米和进步增加从0米至11.2米。当工作面进步从12米至25.6米,从11.2减少到6米。此后,和增加不改变吗l。

在η= 90%,线锯槽煤工作面从0.8米到10.4米和进步增加从0到9米。当工作面进步从10.4米到20米,从9米降低到3.2米。此后,和增加不改变吗l。

在进步的线锯槽煤工作面,增加l,先增加,然后降低某一稳定值。之间的关系和l如表所示,安装吗3。

4所示。讨论

实践中与线锯槽煤层,30米开槽深度削减单线已经实现。在正常情况下,煤层的效率线锯槽达到80米²/小时。与现有的液压开槽的方法相比,煤层线锯切割的深度和效率约5倍,相当于,分别。推进距离的线锯槽影响线锯槽的卸压效果。当工作面推进从0.8到大约10 m,减压的程度和范围通过线锯槽煤层都显著增加。复苏之后,应力发生在中间槽由于屋顶和地板接触,和压力恢复的范围增加工作面不断进步,但槽煤层的卸压范围和线锯在一定程度上降低。这一分析表明,线锯槽类似于矿业很薄煤层中“保护层”,延缓和控制槽的屋顶和地板接触,这可能允许线锯槽生产减压效果比液压开槽。此外,在实践中,当一个高压水射流用于槽硬煤层,切削的难度会更高,开槽深度较小。摩氏硬度的线锯削减的对象通常是高,线锯槽槽无烟煤岩石中可能有更多的优势,这可能是更有利于线锯开槽操作和其减压效果。

5。结论

(1)线锯开槽可以减少一个狭长槽煤层,和它的切削效率和开槽深度比液压开槽。(2)应力集中区域形成前的线锯槽煤工作面,而减压区和应力恢复区形成背后的工作面。推进过程的线锯槽煤工作面,应力释放范围各不相同,先增加,然后下降到一定稳定范围与工作面推进距离的增加。(3)部分压力恢复后发生屋顶和地板接触中间的位置,这是关键条件的范围线锯槽的卸压效果改变增加减少。根据实际情况,上覆煤岩的蠕变变形特性的煤槽减少一线锯可以进一步探讨。

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

作者宣称他们没有利益冲突有关的出版。

确认

这项研究是由中国国家自然科学基金(51974121和51974121)的湖南省重点实验室开放研究基金项目煤矿安全开采技术(E21723)和项目六盘水科技(52020-2018-03-06)。