文摘

穿过废弃的巷道工作面时,顶板沉降等问题,岩石裂缝,和不稳定性将发生,导致大量塌顶和肋剥落,严重影响工作面安全、高效开采。本文没有。巨基煤矿23煤柱工作面为工程背景,穿过废弃的道路的力学模型是构建针对工作面穿过废弃的巷道集团的问题,分析了废弃的巷道顶板的崩溃,穿过废弃的道路设计的方案,和发展法律后的应力和塑性区强化刺激方案和分析。结果表明,当工作面推进到废弃的巷道,关键块B穿过废弃巷道和固体煤形成“cross-roadway长关键块。“这是计算出所需的最低支持抵抗废弃巷道6700 kN。基于数值计算的结果比较,得出填木桩当工作面穿过屋顶废弃巷道和工作面时添加群锚加固支持穿过煤层废弃巷道有效降低围岩的应力集中,降低塑性区发展,实现安全、高效开采时工作面穿过废弃的道路。

1。介绍

在煤矿生产过程中,为了节约煤炭资源,确保顺利更换工作的脸,预留煤柱往往是恢复和开采。煤柱开采,煤柱工作面经常穿过废弃的道路,这通常是废弃的道路之前存在的工作面采矿和失去功能。煤柱的开采工作面受采空区和废弃的巷道,覆岩运动规律的工作表面上是不同传统的煤矿1- - - - - -3]。在煤柱开采面临的主要问题包括以下几点:(1)煤层的赋存条件复杂,双方的煤柱工作面采空区,和废弃的道路可以存在于煤层。(2)岩石破裂出现暴力。废弃的道路的存在导致工作面顶板断裂,形成一个“cross-roadway长关键块。“因此,压力增强。由废弃的巷道和采空区的影响,工作面围岩应力重新分配,和周期性的压力是不规则的。(3)液压支架熊不均匀的压力和需要承受冲击载荷引起的屋顶裂缝。

大量的研究已经由学者在国际和国内的安全保障技术工作面经过废弃的道路。白和侯4)建立了一个力学模型通过废弃巷道和工作面采用高水材料填充的新技术,以确保废弃的巷道围岩的稳定性。冯et al。5开发超高水材料充填的技术,这让废弃的道路充满了高水材料和达到所需的强度在实际项目与不同的比率。周和黄(6,7]研究了废弃的巷道的失稳机制和法律断裂,当工作面顶板的穿过废弃的巷道集团提出的方案完全机械化开采的脸迅速穿越断面废弃的巷道群,可以避免塌顶事故。刘等人。8]分析了围岩的破坏机理完全机械化开采脸上由多个手段和确定的支持模式填充木栈与煤炭粉和水泥,这有效地确保完全机械化开采面临的正常发展。徐et al。9)建立了一个力学模型的主要屋顶的一个废弃的巷道,揭示了废弃的巷道顶板的稳定机制,并确定最低支持抵抗维持废弃巷道顶板的稳定性。阴et al。10]应用突变理论分析不稳定机制之间的煤柱工作面和前面废弃巷道从势能积累的角度和应用弹性薄板理论研究应力状态和断裂位置后顶板的煤柱失去稳定。Zorkov et al。11)研究的分类进入predriven煤矿工作面面临(PDRR),模拟过程中工作面经过废弃的道路条件下的厚硬顶,和评估的负载工作面支持。Tadolini et al。12)纤维增强混凝土喷射技术应用于巷道支架,这有助于缓解巷道变形和破坏的循环荷载引起的。Esterhuizen et al。13)监测岩体位移、岩石的支持,和压力变化背后的工作面和验证数值模拟程序评估进入开发的支持系统,基于岩石螺栓在标定建模的相应数据。

基于上面的研究中,不同的支持技术跨越废弃的道路应采用不同的矿山地质环境和采矿条件。目前,支持技术跨越废弃巷道主要包括(14- - - - - -16]pseudoslope调整工作面,加强顶板管理、混凝土灌浆、塌顶预防等压开采,高水充填材料。然而,很少有相关研究煤柱工作面交叉废弃的道路在深井和缺乏类似的经验跨越废弃的道路。因此,废弃的巷道交叉模式应合理选择结合实际地质采矿条件的技术研究工作面穿过废弃的道路。本文没有。23煤柱工作面巨基煤矿为研究背景,用理论分析的方法,数值模拟,和实地测量,围岩的变形控制特点在开采煤柱工作面研究了深井,和支持方案穿过废弃的道路和强化支持疲弱的屋顶设计,确保采场面临顺利穿过废弃的道路。

2。工程背景

没有。23煤柱工作面巨基煤矿位于-850米,地面高程是+ 31.3米+ 32.5米,工作面宽250米,推进长度约270米。工作面位于下部的北翼。23矿区,没有。2312年,没有。2314年,也没有。2316采空区在北方,保护煤柱的较低部分没有。23 headentry在南方,没有。23中产水仓和绞车房在西方,没有。在东方23低水仓。 In the working face, there are many abandoned roadways, of which three are typical, namely, the track roadway, the headentry, and the return airway. The layout of the working face is shown in Figure1。

煤层开采的工作面是没有的。2煤层厚度为2.0 - -4.1米,平均厚度2.9米,10 - 20°的倾向,平均15°角。因此,它是一个稳定的煤层。的地质柱状图。23煤柱工作面如图2。

将会有一些问题当工作面经过废弃的道路:废弃的巷道的压力急剧上升,严重的围岩的变形,屋顶沉没,肋骨剥落。因此,井眼凝视仪器被用来检测的发展道路附近的骨折废弃的道路,以分析废弃巷道的影响小组的网关。屋顶的凝视图像垂直井眼附近的废弃巷道如图3。

观察,裂缝发展0.8米的钻孔中岩体相对明显,断裂面积大,内部断裂延伸。环形断裂发展在1.7 - -3.0米是显而易见的。随着深度的增加,裂缝度减少。当深度超过6.5米,内部结构是清晰和完整,几乎没有出现裂缝发展。从观察结果,在废弃的巷道,屋顶裂缝可以发展到5.7,一些地区可以通过屋顶直接运行。因此,应该建立力学模型,分析了顶板支护条件和结构变化特征,当工作面经过废弃的道路。

3所示。分析力学特性时,工作面穿过废弃的巷道

3.1。建立力学模型的工作面穿过废弃的巷道

当工作面推进向废弃的巷道,初始推进工作面远离废弃的巷道,沿着鞍煤柱应力分布曲线,压力是在一个稳定的水平。断裂过程如图4。

继续进步和废弃的巷道的影响时,主要的屋顶拆分成关键块,double-saddle煤柱应力分布的形状,和煤柱的承载能力逐渐下降。进一步破坏过程如图5。

当工作面推进接近废弃的巷道,放弃了之前的煤柱巷道破碎,失去稳定性和承载力。屋顶被分解为一个砌体梁结构。提前关键块旋转,固体煤的压力重新分配。关键块B穿过巷道和固体煤形成“cross-roadway长关键块”(17- - - - - -21]。块破裂前的废弃的巷道。穿过废弃的巷道的模型图如图6。

关键块的应力分析和当工作面经过废弃的巷道图所示7。

在分析关键块的应力状态和 ,获得了平衡方程:

联立方程(1)和(2)是

防止主要的关键块屋顶滑动和失去稳定点 ,应当符合下列条件:

通过引入公式(4)(1)- (3),我们可以得到

的公式,是关键块上的水平力(kN),的长度是关键块之间的接触面压和(m),和直接顶的支持力量,煤矸石在关键块吗和(kN),和上的剪切力是关键块(kN),和关键块的自重和负载承担吗和(MPa),和关键块的长度吗和(m),和关键块的旋转角度吗和(°),关键块的厚度吗(m),直接顶的单位重量(kN / m³),和旋转下沉值(m)和负载承担关键块的吗(MPa),是岩石膨胀系数,液压支架的宽度(米),然后呢是直接顶板的厚度(m)。

基于上述参数, ,废弃的巷道顶板的关键支持电阻,计算:

联立方程(5)- (8)获得代替巨基煤矿的相关参数:主要的屋顶没有厚度。23煤柱工作面 ,直接顶厚度 ,内摩擦角的岩层 ,岩石地层单位重量 ,煤厚度 ,煤层的单位重量 ,和屋顶控制距离 。是计算出所需的最低支持抵抗废弃的巷道 。

然而,没有的地质条件。23煤柱工作面是复杂的。有许多废弃的道路位于屋顶和煤层和采空区煤柱。应该进一步分析围岩应力的分布和废弃的巷道塑性区在采矿过程中,确保工作面安全穿过废弃的道路。

3.2。的特点,开采时工作面穿过废弃的道路

应用FLAC3D软件应用于模拟和研究工作面穿过废弃的道路,因此模拟和分析最大垂直应力和塑性区发展规律,当工作面穿过废弃的道路。模型采用莫尔-库仑破坏准则。的 - - - - - -轴代表了工作面推进的方向。的 - - - - - -轴是作为400, - - - - - -轴是作为300, - - - - - -轴是作为60米,和地面压力作为20 MPa。煤岩的物理力学参数建立模型如表所示1。

侧面和底部位移模型的限制,适用于相应的压力补偿上限,并扩展到一定程度上。设计工作面延伸长度为200米,宽110米。采空区是两岸的工作面。在中间部分的工作面,三个废弃的道路被安排,即跟踪巷道,headentry,返回气道。道路宽度4米,高度是3米,和邻间距20米。跟踪巷道和返回气道位于5米以上煤层,headentry是位于煤层。的应力和塑性区发展规律,当刺激工作面经过三个废弃的道路模型如图所示8。

垂直应力分布的变化规律,当工作面通过跟踪巷道,返回气道,headentry图所示9。

结果显示在图9:(1)在采矿过程中从50米到100米的工作面,峰值压力是54.6,55.3,54.9,21.3,57.4,和54.6 MPa,分别。75工作面开采时,只有5米之间的煤柱工作面和headentry和煤柱失去承载力(2)当工作面穿过屋顶废弃的巷道,领先的压力峰值变化的废弃巷道和重叠在废弃的巷道压力。压力不断增加,峰值和应力集中,逐步延伸到上废弃的巷道,很大程度上的浓度(3)当工作面经过废弃的巷道煤层,峰值应力逐渐转移到废弃的巷道。随着工作面推进,煤柱的宽度固体废弃的巷道和工作面之间的不断减少,和其承载力也减少。缩短到极限时煤柱的宽度,它将失去承载能力,完全达到整形失败

煤层的发展规律和巷道塑性区煤柱工作面通过跟踪巷道,返回气道,headentry图所示10。

如图10,围岩塑性区发展规律如下:当工作面穿过屋顶巷道,前面在初始推进工作面煤壁受到先进的压力。塑性区发展深度是6.2米,和发展深度塑性区侧壁的废弃巷道工作面附近是2.4米。塑性变形发生在屋顶和侧壁上。的发展固体煤工作面和轨道之间的道路分布为“塑料zone-elastic zone-plastic区。“当工作面不断进步,发展的煤柱塑性区工作面和废弃巷道逐渐连接。

屋顶在实际开采过程中,地层厚度变化与罢工,和工作面直接顶厚度分布是不均匀的。因此,弱者的一部分立即屋顶需要额外的强化。

3.3。分析薄弱的位置在工作面屋顶

安全岩柱厚度指的是最小厚度岩石支柱时,屋顶能承受煤炭开采造成的应力集中和支持向下移动时不会崩溃。厚度的部分废弃巷道和工作面顶板岩石支柱是小于或等于安全岩柱厚度是短途cross-mining部分,和矿业的这部分需要加强。

安全岩柱厚度( )由塑料失败的最大深度在面板上( ),有效的轴承岩层的厚度( ),和屋顶失败的最大高度底层道路( ),也就是说, 。(1)计算最大深度的屋顶在工作面失败( )

的公式,是支承压力峰值的距离(作为5米)和煤炭的长城吗是顶板岩石的内摩擦角对砂质泥岩(34°)。(2)计算承重层厚度( )

轴承岩层的厚度应大于最小厚度剪切或拉伸断裂发生时,例如, 。 的最小厚度是承重层剪切破坏的情况,然后呢的最小厚度是承重层拉伸断裂的情况。

的公式,是轴承的均布荷载压力工作面(作为0.67 MPa),是屋顶岩石梁的抗剪强度(10.35 MPa),是液压支架的长度(4.7米),巷道宽度(4.0米),的产品是顶板岩石的弹性模量和惯性距离(4 MPa,米⁴),是屋顶岩石的抗拉强度梁(5.6 MPa)。(3)计算巷道顶板的高度失败( )

在正常范围内,巷道顶板失败的高度不应超过屈服拱巷道屋顶的高度。相关的值是巷道宽度和顶板岩石的坚固系数。

的公式,是雕刻拱巷道顶板(m)的高度,是坚定系数(为3.3),然后呢是巷道宽度(4.0米)。

通过计算,安全的厚度岩石列 (作为4米)。据悉,短途cross-mining位置的部分的厚度煤层巷道的石板支柱和屋顶不大于4米。顶板巷道,巷道的加固措施可以采取部分煤层在4米高。钢筋的面积。23支柱工作面如图11。废弃的道路的工作面内部屋顶,屋顶有12隧道中屋顶钢筋是必需的。

4所示。强化支持方案和影响工作面穿过废弃的巷道

4.1。强化支持措施的工作面穿过废弃的巷道

巷道位于煤层,支持长度和时间长,设计是开展pseudoinclined采矿工作面和锚索添加到煤层废弃巷道加强的支持。在没有。23矿区,倾斜的煤炭出口道路2311年和2311年道路合并后的煤炭出口,2312年2314巷道,巷道煤道路。加固方案构建的群锚的两行左右的道路中心线,锚索间距为1.6米。锚索的规范 ,配备一个 锚索托盘。强化支持通过锚索采用改善巷道支架强度和实现跨越的支架阻力空巷道。布局的锚索加固屋顶headentry如图12。

4.2。强化措施,疲软的屋顶在工作面穿过废弃的巷道

在前面的废弃巷道顶板加固措施,木桩支撑和填充技术可以加强顶板支护能力。也用作假屋顶时,他们允许液压支架上面的木头桩或充填体屋顶倒塌,所以没有空的屋顶上面的支持。支持的效果是相对优秀的(22- - - - - -25]。

没有。23日工作面包含许多废弃的道路,每一个都需要一个小的支撑区域。如果采用填充技术,施工过程复杂,成本高。木堆支持过程很简单,和工作面开采期短;因此,它可以满足支持需求,可以没有一个合理的选择。23煤柱工作面。加强薄弱的屋顶的设计方案木制桩支持如下:(1)在不。2,没有。3,没有。10强化点,岩石列超过4 m,而且没有屋顶的风险下降穿过巷道正常;因此,不需要加固措施。在不。1点,岩石支柱是5.6米,本节中的巷道沿采空区需要保留。因此,空间交叉的道路没有。1点需要加固,确保巷道巷道保留期间支持效应。巷道加固长度是5米,钢筋的方法是建立木栈顶部向底部连接,坚决防止崩塌(2)4号。9强化点的连接都是煤巷道和岩石巷道,风险最高的屋顶落在支撑;因此,强化关键是必需的。钢筋的长度是14号。4点,22号。5点,17号。6点43 m号。在没有7点50米。8点,32 m号。9点。 The reinforcement method is to arrange a layer of wood beams at an interval of 1 m along the disposal and roadway side on the bottom plate, arrange a layer of reinforcement mesh on the wood beam 2 m before the junction of coal and rock, and then set wood cribs on the wood beam to connect the top and bind them together to form a whole(3)钢筋部分A和B都是岩石巷道煤层附近的岩石支柱小于4米,最小岩石支柱是1.8米。他们的位置在担保风险高的屋顶落下,需要加强。部分的钢筋长度是70和43 m B部分

4.3。支持的影响工作面穿过废弃的巷道

支持方案实施后,当工作面通过煤层废弃的巷道,所有煤层之间的煤柱废弃巷道和工作面发生了塑料失败。不断减少的煤柱宽度和开采影响下,围岩的塑性区在废弃的道路延伸到更深的部分,拉伸断裂的剪切破坏状态发展,和煤柱失去承载力。后工作面是由木头桩加强分类与锚索加固,减少了应力集中,围岩的压力下降,和废弃的巷道的影响工作面开采减少。废弃的巷道支架后的效果如图13。

加固措施后,巷道支护效果好。因此,强化措施是可行的。

在采矿过程中,工作面液压支架阻力是监控。监控的对象是三个废弃的道路中间部分的工作面,即道路,交通道路,返回气道。headentry是作为工作面0位置,支架阻力测试,收集在100前后的交通道路,和液压支架的工作阻力的特点在不同位置时,工作面推倒在废弃的道路。平均支持电阻被绘制成曲线,如图14。对工作面支架阻力的影响在穿过废弃的道路进行了分析。

如图14:(1)进步的工作面,废弃的巷道的影响范围是50米。超过50米,支架阻力仍然是29.4 MPa,基本上不受这个废弃的巷道。在50米和即将废弃的巷道,影响程度逐渐增加。当工作面推到屋顶废弃的巷道,工作阻力达到峰值(2)当工作面推进跟踪巷道,headentry,返回气道,工作阻力值达到峰值39.3,40.6,和39.6 MPa,分别。工作面通过跟踪巷道后,电阻的支持,在重叠的影响同时跟踪道路和交通道路,先增加然后减少。但电阻峰值仍然支持安全阀的压力范围内,和液压支架可以继续正常工作

液压支架阻力的监测表明,木头桩加固的方法和锚索加固工作表面上是有效的。液压支架可以正常运行,确保安全开采。23煤柱工作面。

5。讨论

工作面穿过废弃的巷道复杂应力条件下深部开采是一个复杂的工程问题。支持设计方案之前,大量的实地研究和知识,建立了力学模型对屋顶的主要断裂的特点,及其骨折的特点进行了分析。进行数值模拟分析的特点,围岩压力和塑性区变化当工作面通过废弃的巷道。支持计划是专为工作面跨越几个废弃的道路按不同工作面巷道的位置,和工作阻力变化的特征工作面液压支架进步监控整个过程,以验证支持方案的可行性。本文设计的支持方案的最终结果是一系列的工作。

工作面深埋,直接顶厚度和岩石压力并不明显。即使在同一个我,围岩结构的变化极大,有不同的特征。所需的支持方案仍然需要重新设计。所建立的力学模型并不完美的细节。建立视图的模型被认为是主要的屋顶,但当直接影响屋顶包含两层岩石的累计厚度5.92米。的监测结果在液压支架支护阻力显示我们预期的波动。如果围岩控制理论进行优化,仿真效果的力学模型可以更接近工程实践,和错误甚至可以是有限的范围内,使矿山资源的利用率得到改善。因此,更相关的实践和研究需要在未来。

6。结论

(1)力学模型的煤柱工作面穿过废弃的巷道。断裂的过程,当工作面穿过废弃的巷道进行了分析,主要显示关键块穿过废弃巷道和固体煤,形成“cross-roadway长键块。“这是计算出所需的最低支持抵抗废弃巷道6700 kN(2)工作面时的应力分布穿过废弃的巷道进行模拟和分析。结果表明,工作面通过道路时,压力逐渐增加,出现应力集中,塑性区逐渐延伸到更深的部分,和废弃的巷道的围岩塑性区相连,影响的正常开采。23煤柱工作面(3)的支持方案提出了工作面穿过废弃的巷道。根据屋顶废弃的巷道,安全计算岩石柱的厚度是4米,和木头堆填应用于加强钢筋。煤层巷道遗弃用于pseudoinclined采矿和锚索加固工作表面上的支持。野外观测显示良好的支撑效果(4)监测方案,在工作面液压支架工作阻力。当工作面headentry进步,重叠的影响下headentry废弃的巷道群,支架阻力达到的峰值40.6 MPa,仍在正常范围内的安全阀。木头堆分类强化和锚索加固方案可以确保工作面安全穿过废弃的道路

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

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项工作得到了国家自然科学基金(51974297)和中央大学的基础研究基金(2019 xkqyms50)。作者欣然承认上述机构的财政支持。