文摘

来解决问题的快速推进工作面被推迟,工序复杂,劳动强度高,和锚杆(锚索)的严重损害引起的先进的液压支架,围岩的变形特性,以及支持注浆原理在理论上分析了桁架锚索通过3 _(下降)的巷道煤层2326 #工作面Sanhekou煤矿为研究对象;然后,下的巷道支护结构的力学模型建立了采空区。基于这个模型,确定最优支护方案,积极支持先进技术方案提出了“先进灌浆桁架锚索”来代替现有的单一的支柱。围岩的变形和破坏特征的工作面巷道现场观察和分析。读数误差在允许的范围内,结果表明,medium-deep基地的最大位移点和浅基础点的两个道路是15.2厘米和10.9厘米,分别;压力值增加了更明显的跳时每个测点和工作面之间的距离约为35米,这意味着强烈的影响范围推进矿业,和该地区受到先进采矿是35 m的工作面。这是观察到屋顶的最低位置分离发展从0.71米到2.73米不等。分离层普遍分布在0.73米- 2.49米的范围,和骨折区域大致分布在0.01米- 0.62米的范围。上覆采空区的情况下,有一个完整的应力结构,可满足悬架的需求支持。

1。介绍

由于先进的支承压力的影响和工作面开采,采矿巷道周围岩石的工作面很容易变形和破坏和地面压力行为是相对强劲,它有一个负面影响矿井安全高效生产的(1- - - - - -4]。目前,除了积极支持模式在巷道开挖,被动模式主要是单一的支持Π型钢梁和自动的液压支架5- - - - - -6]。前支持方法简单,但支持强度低和消耗更多的材料7- - - - - -10];后者具有较高的支持强度和快速移动的速度,但它会破坏巷道顶板的原始支持系统(11- - - - - -15]。许多专家和学者做了许多工作来解决这个问题的过程中采用先进的支持。通过理论分析,FLAC^{3 d}数值模拟和现场测量,Chen等人。16)揭示了推进支承压力的分布规律完全机械化综放面。指发生岩爆的特点后立即隧道的开挖,Bobet et al。17)和其他发达国家的一种先进的支持技术积极控制岩爆基于岩爆过程的分析和隧道的力学机制。王等人。18)提出了采矿巷道的围岩控制的关键技术与高压泥岩屋顶通过分析故障特征,机械变形机制,采矿巷道高压力的泥岩顶板不稳定原因。此外,一些学者[19- - - - - -25)使用FLAC^{3 d}模拟和分析深部围岩的压力对先进的支持和影响,然后提出了一种新型的综合机械化驾驶道路先进的支持。

然而,上述研究主要侧重于被动支持模式,和较少研究实现采空区下开采巷道的积极支持。本文3 _(下)2326 #煤层工作面开采巷道Sanhekou煤矿为研究背景,基于巷道顶板的3 _()煤层开采破坏,大量先进的支持人员的问题,采用理论分析、现场测量和其他手段,研究螺栓灌浆技术的应用而不是先进的支持推进工作面巷道。原高级支持系统进行了优化,以进一步降低劳动强度,促进成本同时确保支持力量。

2。工程情况

地下的位置3 _(下)2326 #煤层工作面Sanhekou煤矿位于中间的三号矿区的矿井,F12 ~ 4分支断层(∠70°, 米)在东方,bu-5断层(∠70°, 米),三个矿业追踪和三个矿业腰带在南方,FKT4断层的交集和f12-4分支断层在北方。它是山西的低煤层形成3二叠纪系统。罢工的工作面长度是973 ~ 992(平均982.5米),倾斜长度是52 ~ 162(平均107米),面积87685米²煤层厚度3.1 ~ 4.1米,平均煤厚3.4米。工作面是西南高东北低,而且它是一种单斜结构总体下降140°和煤层倾角5°- 7°的平均值是6°。

3 _(下)煤层2326 #运输巷道主要用于煤炭运输和工作面回风矩形截面,和螺栓网电缆支持相结合。的净宽度巷道是4米,净高度3.2 ~ 4.2米。直接的屋顶是粉砂岩的厚度近7.5米,这是浅灰色的,主要包含石英和长石含大量的黑暗的矿物质;这是排序和断裂,岩石坚固系数(普氏硬度系数)等于5.3。直接底部是泥岩厚度为2.15米,这是光黑色和配备与钙质砂和泥质结构,它是不均匀断裂、半硬的,和完整性,岩石坚固系数(普氏硬度系数)等于4.2。巷道的屋顶和地板的压力是巨大的,和它的变形很严重,主要表现在地板上起伏。水浇的屋顶部分下沉,而且没有岩爆现象(见图1详情)。

3所示。失败法在采空区围岩的巷道

3.1。飞行员监控程序

研究周围的岩石内部裂纹的发展特点的3 _(下降)煤层巷道,了解围岩的应力分布规律,并确定合理的先进注浆设计与高强度和低密度的支持,提出了监测方案如下:

原位监测主要分为三个部分:使用锚杆(锚索)测力计监测屋顶和侧壁的压力;顶板分离器用于监控材料的屋顶分离道路和交通道路;钻孔成像仪安排监控宽松的发展区域。在图所示的总体布局2。

锚杆(锚索)的布局方案测力计是如图3;材料的道路和交通道路,第一批螺栓(锚索测力计)被安排在20米远离工作面。之后,安排共有5组20米间隔。每组包括2螺栓锚索测力计,当时,分别安排在屋顶和道路坡度线的一边靠近煤质量。

顶板分离器的布局方案是如图4;材料的道路和交通道路,第一个顶板分离器被安排在屋顶上远离工作面在20米,共有5每个巷道。

钻孔成像仪的布局方案是如图5;由于道路和交通道路相同地质条件的材料,结合现场施工和设备位置,决定安排偷窥水井在巷道施工材料和观察。材料巷道,第一批偷窥洞被安排在10米距离工作面后停止煤矿。然后,安排共有5组10米间隔。每组偷窥水井(在同一部分)包括两个钻孔;他们分别安排在屋顶和关闭的道路等级的煤炭质量,钻井深度是5.5米。

3.2。监测数据的分析

3.2.1之上。锚杆(锚索)测力计数据分析

测力计压力值之间的关系和距离工作面是如图6和7通过分析预应力锚索测力计压力的数据:平均峰值压力值巷道锚索测力计的材料是123.8 kN,和平均压力增加价值为57.25 kN。压力值的变化趋势来衡量每个测点的材料巷道是大致相同的。测力计在交通道路的平均峰值压力是177.5 kN,和平均增加52.5 kN的压力。预加载应用后,压力值两个道路的测力计有重大变化的75米范围内,可以认为是明显的地区推进工作面矿山压力的影响;根据压力数据,当工作面和每个测量点之间的距离约为35米,压力值有一个滞后型的增加更明显。屋顶在这个范围是采矿的强烈影响。

通过分析螺栓测力计压力的数据,平均峰值压力值的侧壁螺栓材料巷道是30 kN,和平均压力增加价值是11.75 kN。压力值的变化趋势来衡量每个测点的材料巷道是大致相同的。侧壁螺栓在运输道路的平均峰值压力是36.5 kN,和平均增加27.5 kN的压力。预加载应用后,压力有显著变化的范围内75米,可视为明显的区域推进工作面矿山压力的影响;根据压力数据,当每个测量点之间的距离和工作面约31米,压力值有一个滞后型的增加更明显。这个范围内的围岩是采矿的强烈影响。

在上述分析的基础上,选择最大价值和该地区的严重影响采矿被认为是35米的工作面。

3.2.2。数据分析顶板的分隔符

根据监测数据的分析(如图8),深基础的最大位移点和浅基础点是15.2厘米和10.9厘米,分别的读数误差在允许的范围内运输巷道。5 #测点之间的距离运输巷道和工作面是最远的,并受开采影响的时间是最长的。约29米的时候远离工作面,屋顶的监控数据分离仪器显示位移急剧上升,这表明,屋顶被开采的过程中严重影响。它可以被认为是由采矿运输巷道的影响范围约29米的工作面;材料的1 #测点离工作面巷道是20米,和监控数据增加一步跳的类型。其原因可能是最初的布局是在该地区的影响强烈的采矿、和测量之间存在故障点1 #和2 #和工作面。根据监测数据的3 #,4 #,5 #点,测量位移最大距离的增长突飞猛进31 m远离工作面。它可以认为材料巷道受开采影响的范围约31米的工作面。

3.2.3。围岩的松动区发展特征

巷道围岩结构和应力状态的性能直接影响到支持。如果我们能理解孔隙和裂缝的发展特点的围岩(屋顶和侧壁)更清楚,这将是指导意义的支持方案的选择和评价煤矿领域。在这个实验中使用的仪器是一个RBIT-30钻孔成像仪(如图9),可以观察到的分布结构,屋顶上的裂缝和侧壁和确定合理的基础提供支持螺栓的长度。

完全理解信息的钻孔,钻孔窥视视频,钻孔扩张地图,柱状图进行了分析。本文总结和分析了在每个钻孔岩石裂缝的发展特点和选择一些具有代表性的截图(如图10)的解释。根据骨折的特点开发和断裂,屋顶地层可分为破碎区、离层区,裂缝开发区,完整的区域。

根据观察结果的分析(如表所示1),屋顶的最低位置分离层范围是0.71米,最高的位置是2.73,和屋顶分离层普遍分布在屋顶从0.73米到2.49米。破碎带一般分布在0.01米到0.62米的范围。根据上面的分析结果中,顶板离层的分配图可以画(如图11)。

3.3。数值模拟的对比分析

采矿巷道的空间位置的3 _(下)2326 #煤层工作面和采空区的3 _()煤层是交错的。因此,轴承的压力采矿巷道的不同地区不同,导致巷道变形和破坏的区别。有必要研究和分析采矿巷道的变形特性提供理论依据优化方案的支持。

3.3.1。建立数值模拟模型

压力的影响范围大约是3 ~ 5倍的巷道宽度后开车。基于结合煤矿实际生产,最终被选为模型的大小 。减少误差引起的网格划分,网格的长宽比仅限于不超过5。区域的大小远离道路约1米,和接近的区域的大小巷道开挖面积是0.5米。网格进行致密化的重要研究领域。模型(如图12)由96000区和115356 Gps。5.91 MPa的补偿负载应用到上覆地层的模型来模拟重力,和 MPa。模型的底部约束在垂直方向移动,并概要文件被限制在水平方向移动。每个方向的初始位移是0。

3.3.2。采空区下的应力-应变场

分析巷道的变形和破坏,为巷道支架提供分区设计,数值模拟进行了应力场(如图13)和弹塑性区的分布(如图14)在巷道工作面采空区下的不同位置。仿真结果表明,直接减压区成立后采空区下变得稳定;高应力区应力集中明显,形成了一个扩展向下在煤炭的开采巷道两边。双方的影响范围约为30米的水平方向3 _煤层在三楼。高应力区位于巷道时,轴承负荷巨大,塑性变形和失败都发生在屋顶和两侧。巷道顶板的应力比的降低,巷道的地板上。当巷道位于过渡范围的减压区和压力上升区,围岩的弹塑性变形小。适当的支持强度可以减少巷道相比高压力区。

通过分析现场监测数据,总结了巷道顶板的分离的范围来确定合理的锚链的长度。同时,痛苦的范围区域推进的影响工作面是澄清来确定合理的支持范围。的帮助下数值模拟软件,塑料失败区道路在不同位置下的采空区工作面研究密度来确定合理的支持。总之,先前的研究提供了一个先进的科学依据来确定合理的方案支持。

4所示。提前对桁架锚索支护技术的支持

基于Sanhekou煤矿的地质条件和围岩的压力特性的影响下上覆采空区,结合巷道围岩控制的支持“煤矿安全协议”的规定。的强化和恢复控制方案Sanhekou煤矿高预应力桁架锚索为核心成立。

4.1。工作机制桁架锚索先进的支持

高预应力桁架锚杆支撑结构(如图15和16)是一种预应力的支持结构,可以提供挤压应力在水平和垂直方向上的巷道屋顶。它克服了单锚的缺陷电缆支持无法提供水平张力,使煤和岩石锚固区在多维挤压状态。结构可以提供积极支持力量水平和垂直方向的同时,和拉伸应力的增加和支持力量与顶板变形有效降低煤的最大拉应力和岩体中巷道,当煤岩体的强度和抗变形性都有所改善。除此之外,钢链结构是一致的与屋顶,钢链上的负载可以不断传播,和高自负可以很容易地应用。支持范围广泛,松散破碎的屋顶的应力状态是合理的。在弯曲和沉没的屋顶,双方的桁架结构的锚点向内移动,压力增加缓慢,支护结构不容易失败;其锁定结构可以控制屋顶的进一步变形,防止致命的塌顶事故。

4.2。预先设计的支持

由于采空区柱支承压力的影响,3 _的屋顶(下)2326 #煤层工作面存在带状失败和变形。因此,支持巷道围岩的控制过程分为两个阶段如下根据之间的相对空间位置关系3 _()煤层采空区支柱和两个3 _(下降)煤层巷道。

4.2.1。准备阶段我

当巷道位于不良区域,结合支持形式由单一机组注浆锚索,两个 链的高强度低松弛预应力钢绞线直径 mm、锚网和桁架锚索(没有灌浆)采用的材料和交通道路的距离从工作面0 ~ 35 m。其中,单注浆锚索加固了 - - - - - -链中间孔注浆锚索在每一行,该规范Φ 毫米,行之间的间距为1800毫米;桁架锚索采用两个1×8股高强度低松弛预应力钢绞线直径 毫米,钻井深度和孔直径是6400毫米和28毫米,分别和锚固钻孔之间的角度和垂直屋顶线15°。有两个 高强度低松弛预应力钢链链,直径 毫米,间距为150 mm,预加载25 kN。锚索的预紧力是150 kN,鼓和托盘的规格 采用mm。灌浆点提前30 - 50米的工作面。灌浆进行两次10到15分钟的时间间隔。第一次灌浆时应停止大量的泥浆泄漏开始。灌浆材料是水泥、加速器等混合材料。在灌浆过程中,决心是2 MPa的压力。

4.2.2。第二阶段

位于巷道时应力集中区域,结合支持形式由单一机组注浆锚索,两个 链的高强度低松弛预应力钢绞线直径 mm、锚网和灌浆采用桁架锚索材料和交通道路的距离从工作面0 ~ 35 m。其中,由两个单注浆锚索被加强了 股中孔灌浆锚电缆的规格Φ 毫米,行间距设置为 mm;灌浆桁架锚索收养了两个 链的高强度低松弛预应力中间孔灌浆锚电缆的直径 mm, 6400毫米的钻探深度,直径28毫米,角之间的锚索钻孔和屋顶垂直线15°。有两个 链的高强度和低松弛预应力钢链,直径 毫米,间距为150 mm, 25 kN一定的预紧力。锚索的预紧力是150 kN,和 毫米高强度鼓盘(见图17详情)。

4.3。检查先进的支持力量

根据原高级支持方案3 _(下)2326 #煤层工作面Sanhekou煤矿,最小单位面积上的支架阻力和最大支持抵抗150 kN, 195 kN,分别。

根据工作面在舞台上我的高级支持方案,建立了支撑结构的力学模型(如图18),单位面积上的支架阻力得到如下:

在哪里p支援单位面积上的阻力,kN / m²;F破碎的注浆锚索,530 kN;k安全的因素,为0.8;一个道路宽度、m;b群锚的桁架之间的间距,m;θ——夹角屋顶桁架锚索和垂直的线,作为30°。

单位面积上的支架阻力为160.89 kN / m²,这是超过150 kN / m²和遇到的支持需求。

根据先进的支持方案阶段II,支撑结构的力学模型是构造(如图19),单位面积上的支架阻力得到如下:

在哪里p支援单位面积上的阻力,kN / m²;F破碎的注浆锚索,530 kN;k安全系数,取0.8;一个工作表面宽度,m;b群锚的桁架之间的间距,m;θ——夹角屋顶桁架锚索和垂直的线,30°。

单位面积上的支架阻力为219.78 kN / m²,这是超过195 kN / m²和遇到的支持需求。

5。结论

(1)在分析预应力桁架注浆锚索的支持原则,它可以表示的结构克服了缺陷单锚电缆支持无法提供水平张力,煤岩体锚固区域总是在多维压缩状态。这种结构可以提供积极支持力量水平和垂直方向的同时,和拉应力和支持力量与顶板变形增加,有效地减少煤的最大拉伸应力和岩体中巷道和改善煤岩体的强度和抗变形性。此外,钢链的结构与屋顶线接触,钢链上的负载可以不断传播,和高自负可以很容易地应用。支持范围广泛,松散破碎的屋顶的应力状态是合理的(2)通过观察和分析工作的先进巷道的变形和破坏特征的脸,它可以得出读数误差在允许范围内;medium-deep基地的最大位移点和浅基础点的两个道路是15.2厘米和10.9厘米,分别;压力值有一个滞后型的增加更明显,当每个测点和工作面之间的距离约为35米,这意味着被推进矿业,强烈影响范围,影响的区域推进矿业是35米的工作面;屋顶的最低位置分离是0.71米,最高为2.73米。屋顶上的总体分布分离从0.73米到2.49米不等。断裂带是一般分布在0.01米- 0.62米的范围(3)与注浆锚索注浆后,关节和裂缝屋顶上满是泥浆,这增加了屋顶的完整性和承载力。同时,先进的单体液压支柱被取消,开采时间和劳动强度,减少了煤矿生产效率提高

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

本研究由山东省自然科学基金(ZR2018MEE001),中国国家自然科学基金(51974174),青岛源创新计划(18 - 2 - 2 - 68 - jch),和高校的科研项目(J18K2010),山东省,山东的泰山学者得天独厚的人才团队支持计划和独特的学科领域。作者感谢审稿人他/她宝贵的意见和建议。