研究围岩的控制机制留住深Gob-Side条目

文摘

解决大变形围岩的深gob-side条目保留在高应力下,围岩的岩性特征和故障模型分析了支持身体和它们的进化过程通过现场调查和理论分析。围岩失效机制和技术控制系统进行了研究。结果表明,围岩的大变形的原因是软弱厚泥岩与财产和吸水软化行为,以及它的碎片化,膨胀和长期蠕变在强干扰和高度集中的应力状态。的横截面形状巷道围岩变形和破坏后很明显不对称在水平和垂直两个方向。自支撑围岩的原始系统无法完全承担负载,支持系统的每个部分被一个接一个。围岩的失败序列如下:(1)巷道顶板断裂在填充区域,(2)充填体断裂偏心载荷下,(3)巷道快速沉降的屋顶,和(4)外部裂纹鼓和在固体煤端肋剥落。由于这个失败序列,整个围岩变得不稳定。分区耦合支持和四位一体控制技术支持提出了围岩,屋顶的填充区域起着关键作用。技术可以改善gob-side条目保留的整体稳定性,防止支撑结构不稳定引起的围岩的局部破坏,并确保道路的安全和畅通。

1。介绍

围岩的变形gob-side入口道路在深和浅煤矿是非常不同的。煤岩的质量是在高地的环境压力,高地热温度和高水压力和经历多个矿业活动的强烈影响1,2]。在深gob-side条目保留在淮南矿业集团,地层往往暴力行为,导致严重的对围岩的破坏。该损失包括破屋顶的坡度和下沉由于承载力不足的承载结构,压裂充填体的结构,外部裂纹鼓和肋骨剥落的固体煤方面,和严重的底鼓。目前,分级gob-side条目的方法留住是淮南矿业集团广泛采用。然而,围岩是很难控制,导致严重的大规模的变形,这是非常不利于安全建设,保持通风,重用gob-side条目。因此,一个系统的调查,围岩的破坏机理和控制方法在深gob-side条目保留gob-side条目保留技术的现实意义深矿井。

许多研究已经进行了失效机理,控制理论和技术在煤矿围岩。康等。3]提出了设计原则和建议支持围岩的变形和破坏特征的分析gob-side条目保留的工作面与多个道路;谢et al。4路边的]提出了一种新的方法支持使用钢管混凝土支架通过调查围岩结构的沉降和失败了大采高gob-side条目保留;汉et al。5)提出了一个路边复合轴承的概念,揭示了路边结构的稳定机制。谭et al。6)之间的关系进行了机械的上覆地层gob-side条目保留和充填体和提出了一个支持技术包括软、硬复合层填充的身体;陈等人。7)澄清了路边的机制支持通过分析路边支持和之间的响应特性的分布在围岩应力场和位移场。从国家的角度看,我有一个大埋深导致我施加强大的压力,变形大,扩张,和深gob-side条目保留的稳定性差,这使得它很难重用。它仍然需要进一步研究围岩的稳定性和支护技术的条件下高压和大变形8- - - - - -11]。

使用gob-side条目保留的12512工作面为研究对象,本文系统地分析围岩的特点,支持结构的故障特征,gob-side条目的变形与破坏过程保留在深部软岩条件下。这项研究说明了围岩的破坏机理,提出了一个四人一组控制技术和屋顶分区耦合支持支持围岩,填充区域的屋顶扮演了关键角色。这种技术也验证了通过现场工程确定它是否提供了一个良好的支撑效果。

2。工程条件分析

2.1。地质条件

位于南部的背斜过渡,东部地区的煤矿,总的来说,是一个south-dipping单斜结构与一个相对简单的地质结构。煤层的倾角在12512工作面是3°,煤层底板标高为-821.4 - -853.2米,深度超过900米。根据矿区的地质条件,现场应力测试岩石在12512工作面底板进行了;结果表明,最大水平主应力的方向煤层大约是东西向的,其大小约为29.1 - -30.8 MPa;垂直应力的大小是23.54 MPa。图1显示了部分巷道顶板和底板岩层。

在巷道顶板泥岩样品的矿物组成和地板由x射线衍射测试如下:65.3%高岭石、石英14.2%,10.9%蒙脱石、伊利石5.1%,和4.5%的其他矿产。根据分类标准提出的膨胀软岩院士他Manchao (12),是确定一个适度膨胀软岩;的强度降低后浸泡在水里。

2.2。工程概况

图2显示了12512工作面;一节 m。矿业,gob-side条目保留一半原位模式采用开放间隙宽度的工作面,填充的身体 ,和0.6米的距离转向巷道宽度为4.2米。(1)支持参数部分跟踪漂移:有6个螺栓20毫米×200毫米与姚巷道顶板的每一行线的空间 。一排固定电缆20毫米×300毫米是垂直排列两行之间的螺栓按照“3”模式和姚线空间 。支持参数的煤炭方面:每一行有4螺栓与姚线空间 和一个金属网。最后,高级边坡喷印的围岩(2)支持参数的差距在巷道顶板工作面结束:有4个螺栓与姚线的每一行 。一个20毫米×300毫米单锚电缆垂直排列两行之间的螺栓,采用4行树冠辅助支持

利用上面的支护参数,在第一个开采阶段的12512工作面围岩的变形和破坏发生在gob-side条目保留伴随着浅的破碎围岩和一个明显降低围岩的力学性能。

3所示。失败的深部高应力软岩Gob-Side条目保留在

3.1。失败的围岩

为了充分理解内部围岩的破坏,钻孔窥视仪是用来检测和分析岩石内部的损坏。在每一节中有5个钻孔gob-side条目保留。基于井下裂缝的发展,围岩的破裂区和裂隙区,如图3。在图中,可以看出裂缝发育程度的围岩gob-side条目保留范围从大到小为:填充区域屋顶(6.9)>巷道顶板(4.0米)的屋顶>固体煤侧(3.8)>的上部固体煤侧(2.8)>的下部固体煤(2.1米)。因此,损伤程度填充区域的屋顶和上部的固体煤方面显然比固体煤方面,分别。此外,围岩的整体变形和破坏明显不对称的垂直和水平方向相对于巷道横截面。

3.2。围岩的破坏过程分析

围岩的活动及其变形特性gob-side条目保留可分为3个阶段,即按时间顺序初始活动,过渡时期的活动,和后期活动(13- - - - - -17]。考虑到强劲的挖掘影响在前面部分的部分跟踪漂移,围岩的变形与破坏过程大致可以分为四个阶段。图4显示了开采的工作面,gob-side条目保留的早期阶段,上覆岩层的活动时期(上覆岩层的变形和沉降期),和围岩的蠕变阶段;其中,围岩的蠕变时间是漫长而受空间限制导致监测数据只是在背后的范围在200工作面。围岩变形和破坏的如下:(1)mining-affected时期领先的工作面(0 - 100工作面之前):在工作面前方80米,围岩变形速度的增加,特别是在煤炭和地板,这显示了变形速率最快。加上高支承压力的影响在工作面和重复“顶和紧迫”干扰的工作面液压支架,泥岩的填充区域的屋顶显示浅碎片和深度分离(2)gob-side条目保留的初始阶段(0 - 50米在工作面后面):随着工作面推进的,软立即屋顶的边缘采空区失去支持,然后下降,导致屋顶上逐渐增加压力和应力集中程度。由于主屋顶和垂直应力的影响的上部地层厚软立即屋顶,在采空区边缘的第一层进行拉伸和剪切破坏,以及宽松的扩张,然后在采空区的方向流动。围岩的变形和破坏在这个阶段主要体现如下:①填充区域的屋顶在支持疲软状态,没有形成一个完整的轴承与巷道顶板结构,导致屋顶的快速沉降和直接压填充模板(参见图5(一个))。②填充区域的屋顶上的负载充填体大而不均匀,和一起低早期充填体强度和穷人屋顶连接,它产生的不对称压裂薄弱区域两侧和主轴承的宽度减少区域(3)gob-side条目的上覆地层的活跃时期保留(-50 - 110工作面后面):由于严重的活动和围岩的应力集中程度更高,屋顶,地板,固体煤方面都在10到25毫米/ d伴随着变形速度快。采场边缘的主要屋顶坏了一边的固体煤和倾向于采空区边缘,这迫使充填体和屋顶承受高支承压力进一步转移和集中在更深的部分固体煤层;这将导致明显的扩张破裂带,裂隙带,围岩塑性区。围岩的变形和破坏在这个阶段主要表现为以下几点:①填充区域的屋顶是强烈扰动和极坏了,导致冒顶充填体(见图5 (b))。②充填体倾斜和旋转;充填体的裂纹扩展使其无法达到设计承载力和破坏其稳定性提前(见图5 (c))。③充填体和它的屋顶不断摧毁了填充区域。地脚螺栓上的负载(电缆)垂直排列在屋顶与屋顶的倾斜沉降线性增加,剪切位错,和分离层,造成拉伸断裂的锚定螺栓(电缆);巷道顶部显示了一个多层的分离(见图的不稳定状态5 (d))。④在固体的上部煤方面,有一个外鼓,甚至严重的剥落(见图5 (e))以及整体转变。⑤大量的水积累gob-side条目保留的软化扩张导致厚泥岩浸泡在水里。此外,充填体与重负载嵌在地板上,造成严重底鼓(见图5 (f))(4)围岩的蠕变时间(超过-200工作面后面):上覆地层的活动减慢。围岩的应力相对平衡,但蠕变速率仍然很高,特别是在地板上(4.5毫米/ d),其次是固体煤(3.5毫米/ d)。之前完成工作面和巷道修复,11个月后,卸压和煤炭的位移和巷道断面收缩率可达1211毫米,743毫米,和54%,分别;这个不符合生产要求的下一个工作面由于大量巷道维修工作需要完成

支持结构的变形和破坏gob-side条目保留不均匀,导致整体结构的不稳定由于显著的变形和部分故障18,19]。根据现场调查和模拟测试的结果在围岩的变形和破坏gob-side条目保留(图6),是得出以下结论:首先摧毁了围岩的支持结构的边缘采空区,然后向固体煤。进化过程中围岩的变形和破坏巷道开挖→围岩应力状态变化→围岩塑性破坏扩张→浅裂隙围岩增加→缓慢围岩的蠕变阶段→恢复应力造成采场上覆地层的优势挖掘→填充区域的屋顶的裂缝发展→充填体不稳定偏心负载或屋檐下→切割边缘的充填体裂纹增长过程中巷道顶板压力和下沉→高转移支持从屋顶到固体煤→在固体煤层裂缝延伸→急剧增加固体煤层的垂直和水平位移导致肋骨剥落和外筒→加速度屋顶层的不平衡;这一切最终导致gob-side条目保留变得完全不稳定。

上述分析表明,gob-side条目的支持系统保留并没有形成一个完整的全整数和原始支持系统不能充分调动深部围岩的承载能力,导致损坏一个接一个的支持结构。这通常表现在以下4个方面:①顶板支护结构展示完整性和承载力疲软。特别是在填充区域,屋顶严重损坏和不稳定,这是加强支持的关键组件。②固体煤方面的锚固深度不够,导致整体位移。③充填体强度较低和不平衡力。④裸露的软厚泥岩层不支持结构受水的影响。

4所示。支持深部高应力软岩Gob-Side条目保留在技术

基于运动特征的围岩深部高应力软岩gob-side条目保留的,考虑到初始点和关键点的连锁反应支撑结构的变形和破坏,四位一体控制技术和屋顶分区耦合支持支持提出了围岩,填充区域的屋顶上扮演了关键角色。这四位一体控制技术包括屋顶在锚定螺栓和网注入耦合支持下,固体煤的支持地脚螺栓(电缆)的支持,承载力高,道路辅助支持 。其中,巷道屋顶分为三个区域,即填充区域屋顶我带,巷道顶板II区,和固体煤侧屋顶III区。其中,填充区域屋顶我带是关键围岩支护结构在水平和垂直两个方向的保留gob-side条目。支持gob-side条目保留结构模型和四位一体的围岩控制技术在图所示7。

4.1。耦合支持屋顶3区

gob-side入口保持成功的关键是保持屋顶的完整性。达到最佳的效果需要做全面的屋顶3分区耦合支持计划。耦合支持屋顶3区中的步骤如下。第一步是安排部分跟踪漂移的斜拉锚煤炭双方附近的屋顶。锚索端深入的无区域巷道的肩膀角落屋顶,包括我的深地层和III区,加强支持的巷道肩膀角落防止屋顶的边缘下降的煤在保留gob-side条目。第二步是提供支持在工作面前方一定距离。一个空心注浆锚索^{(120 - 21)}安排的II区巷道顶板达到灌浆和集成的螺栓和灌浆,重新巩固深和浅裂缝和破碎地层巷道顶板,提高煤岩的力学性能质量及其承载能力,提供一个可靠依据锚(电缆),提高围岩的应力状态,并确保锚栓(电缆)锚固的可靠性。第三步是利用“三个高”(高强度、高刚度和高自负)锚螺栓和大直径锚电缆加强工作面端防止填充区域的屋顶和崩溃的顺利实施提供了良好的条件路边灌装。屋顶3分区耦合的支持将最终修复屋顶一起防止其不连续变形,包括屋顶层分离,位错,裂纹,和新裂纹产生;这也将确保屋顶水准。

4.2。强化固体煤

强有力的支持不仅可以改善屋顶的垂直承载力也抑制底鼓(22- - - - - -24]。严重的外筒的形成是由于有效锚锚定螺栓长度不够,导致整个bolt-grouting身体的位移。从部分跟踪漂移gob-side条目保留,骨折区,塑性区和弹性区形成固体煤一边从外部到内部。维护稳定、锚固范围应大于宽度的总和的破裂区和塑性区,这是极限平衡区宽度由下列方程计算(25]:

在哪里是挖掘价值的高度2.50米,侧压力系数值为0.42,的开采深度值为820,煤岩界面内摩擦角值为30°,是煤岩界面的凝聚力价值为0.34 MPa,是一个值的最大应力集中系数为2.7,是上覆岩层的平均价值与价值22 kN / m³,是固体煤方面的支持强度值为0.21 MPa。这些值是基于工程经验和设计数量和预紧力的螺栓(电缆)单位面积的煤炭。

根据公式,固体煤方面的极限平衡区宽度是3.54米。由于软煤的身体,地脚螺栓设计输入超过2.30弹性区,和锚索长度对固体煤的身体终于确定为7.30米。

4.3。优化充填体的承载能力

的垂直承载力和变形能力填补身体应该匹配支持模式和卸压强度;这使充填体匹配压运动,充分提供其包装效果。提高充填体的承载能力主要是在以下三方面:(1)选择填充材料,在早期阶段快速凝固和高强度:粘贴材料,主要由硅酸盐、粉煤灰、砂、水、添加剂,用于gob-side条目保留,因为它的优点被广泛,成本低、强度高、等等

验证的轴承性能填满身体,粘贴填充材料的强度进行了测试。4组标本直接采样和在路边灌装生产领域。有三个标本长度为150毫米,宽度150毫米,高150毫米每组中。试样的单轴抗压强度的变化与时间测量在实验室表所示1。表中的值表明,充填材料的强度能满足有关规定。(2)合理的配筋的钢筋骨架在充填体内:大量填充体,充填体的单轴抗压强度比单轴抗压强度低得多。此外,与上覆地层的交互过程中,充填体不均匀承受的垂直和水平力。提高充填体的抗压强度和抗剪强度,防止充填体下滑到采空区,钢筋骨架应预设在充填体内(3)施工工艺的优化:当灌装工作进行了旁边一段跟踪漂移,充填体应充分连接到屋顶,负载可以统一承担;充填体的接触面积应该增加到防止充填体嵌在巷道的厚的泥岩层;充填体也应该连接到卸压,形成复合轴承结构“roof-filling body-floor”以避免滑动或旋转充填体

4.4。辅助加强支持

在上覆地层的暴力活动,屋顶压力高,支撑结构仍无法维护巷道的稳定。因此,有必要利用辅助加强支撑屋顶的支持,协助填满身体承受负载,抑制变形的地板上。辅助支持的道路主要由一个液压支柱+π型钢梁+高强度和大型postbase,可以确保一个初始的大型矿业初支持力量。由于卸压变形,单体液压支柱上的负载增加;液压支柱可以抑制屋顶巷道底鼓发生分离和及时通过产量和附加阻力限制其变形最终实现屋顶和地板的双重控制。

5。支持方案优化和控制效果分析

5.1。优化的支持计划

考虑现场条件,四位一体控制技术为深gob-side条目保留优化合理。优化的支持方案如图8。(1)屋顶上的耦合支持3区:一群大直径锚电缆20毫米×300毫米和16^#槽形梁长度3000毫米和850毫米的距离排列一个洞两边的部分跟踪漂移屋顶。在工作面前方110米,空心注浆锚索20毫米×300毫米和高强度托盘被添加到每一行的锚梁通过一步一步的安排方法,最终在屋顶上和喷射灌浆操作执行加强屋顶(2)固体煤方面的强化:320毫米×300毫米锚电缆配备20^#槽钢排列沿巷道;这三种电缆是400毫米,1200毫米,2000毫米的屋顶(3)打开缺口的加固屋顶在工作面端:有四个20毫米×200毫米“三个高”螺栓配备M5钢带在每一行;预紧力是60 ~ 80 kN,姚行空间 ;然后,锚电缆20毫米×300毫米和高强度托盘排列两行之间的螺栓。预紧力是80 ~ 100 kN,阵列间距为850毫米;两排锚电缆16^#通道排列沿隧道方向布局和孔的距离是1200毫米(4)充填体的承载性能优化:当选择特殊粘贴填充材料,应严格控制水灰比,确保材料强度达到标准。三维钢筋模板中预设在路边灌装之前,和加强肋骨所取代20毫米×200毫米螺栓、6毫米网格酒吧的相互对接,形成一个三维框架;在这里,上锚定螺栓和下锚螺栓的垂直3 d加劲肋固定在屋顶和地板,分别。此外,4000毫米长工字梁放置在充填体间距为800 mm,这就增加了接触面积和防止充填体切成厚的泥岩层(5)道路辅助加强支持:辅助加固巷道中布局安排接近充填体通过设置一个液压支柱11^#π型钢梁和 postbase与高强度和大型postbase沿巷道。每个部分有2个液压道具,双方在身体和巷道中心;这是一个不对称的支持与初始状态承载力不少于100 kN

5.2。围岩的控制效果

采用这个方案后,五套的围岩位移测量站安装gob-side条目保留的12512工作面,而这些被用来监测围岩的变形在工作面不同距离。围岩的位移曲线沿着gob-side条目保留如图9。

gob-side条目后保留在250工作面后面经历了强烈的动压,充填体的位移,固体煤、屋顶40毫米,294毫米和152毫米。底鼓是351毫米。充填体和屋顶都基本稳定,固体煤和地板的位移增加缓慢。巷道截面可以满足gob-side条目保留在不同阶段的需求。

备案,在本文中,提出了一种新的支持方法为gob-side条目保留与高应力软岩。可以有效地控制围岩的变形在一定程度上,这是有利于安全重用下一个工作面。然而,更简单、经济和有效的方法需要不断提高支持技术和降低成本。

6。结论

(1)深的大变形gob-side条目保留与高应力软岩主要归因于单轴抗压强度低,软化和肿胀的厚泥岩影响下的水,碎裂膨胀,和强大的采矿活动和高压力的状态下长期蠕变;通过验证失败浅和深围岩特点,整体变形和破坏明显不对称相对于垂直和水平方向的截面巷道(2)通过分析深gob-side条目保留的变形和破坏特征与高应力软岩和围岩的破坏机理,发现gob-side条目保留最初的支持系统是不够的,导致支持系统受到破坏。围岩首先从填充区域的屋顶,导致充填体的偏心荷载压裂。然后,巷道顶板开始急剧倾斜和水槽由于外部鼓和在固体煤端肋剥落和底鼓发生严重,最终导致围岩的不稳定(3)gob-side条目保留屋顶被分为三个区域耦合的支持。提出了一种四位一体控制技术控制围岩与填充区域的屋顶的关键因素。这种技术主要包括屋顶在地脚螺栓孔灌浆耦合支持下,固体煤与地脚螺栓(电缆)的支持,路边充填体与轴承性能高,和辅助加强支持巷道矿山压力的调整时期。技术已应用于gob-side条目保留的12512工作面,取得了良好的业绩,并满足gob-side条目的通风需求保持在不同的阶段

数据可用性

所有数据用于支持本研究的结果包括在本文中。没有任何限制数据访问。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项研究是财务支持的江苏大学蓝色项目人才项目,Huaishang人才计划项目、国家自然科学基金(号。51804129,51904112,51904113),中国博士后科学基金会的一般程序(2020号m671301),江苏省博士后科学基金会(2019号k139),江苏工程实验室开放项目的组装技术在城市和农村住宅结构(没有。JSZP201902),江苏省产业教育研究合作项目(没有。BY2020007),江苏高等教育机构的自然科学基金会(20 kjb440002)。

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