屋顶的灾难控制在煤矿巷道深处受到高支承压力

文摘

屋顶坠落事故是一个严重的威胁,在深部煤矿矿工的生命,特别是当煤矿深1000多米。关于5306年汤口煤矿采煤工作面,山东,中国,煤层的深度是992.8 m和巷道围岩的应力集中系数为3.33。这将导致一个严重的巷道顶板的变形,从而产生一个高屋顶减少灾难的风险。在这个追求,基于机械分析巷道顶板受高支承压力、初撑力的数学表达式和可移动的列的长度支持了。此外,分析了巷道顶板的稳定控制机制和优化支持提供参数支持。结果表明,巷道的长期有效的支持屋顶需要支持和固定的强度和变形耦合围岩。支持皮带巷道长度应至少57.7米,与0 30米的距离所支持的采煤工作面液压支架和32 - 57.7由单一的道具。此外,液压的最大设置载荷和动列长度支持21.67 MPa和280.3毫米和12.44 MPa和177.1毫米为单一的道具,分别。通过应用支持的优化支持参数带5306采煤工作面巷道,巷道顶板的有效控制和屋顶坠落的灾难控制实现。

1。介绍

屋顶坠落事故一直是我的一个主要灾害对地下矿工的生命构成威胁煤矿(1]。与在中国煤矿事故相关统计数据表明,屋顶坠落事故发生最频繁的各种矿难事故。屋顶坠落事故是在760年,有关屋顶坠落事故占总病例的39%在2013年到2017年之间,而有关屋顶坠落事故占总病例的34%(2018年2]。其中,屋顶下降引起的巷道交叉口的采煤工作面和巷道是最常见的。例如,在2017年1月17日,一个屋顶坠落事故发生在运输巷道受的2403采煤工作面前方支承压力Danshuigou山西煤矿,中国,导致10人死亡;2017年11月11日,一个类似的事故发生在通风巷道经受702采煤工作面前方支承压力辽宁省Hongyangsan煤矿的中国,导致10人死亡。类似的事故发生在山东省龙固煤矿也导致4人死亡2月22日,2020年。这些病例证明屋顶坠落事故的可怕影响煤矿的生产和矿工的安全。

屋顶坠落事故发生在十字路口的采煤工作面和巷道围岩应力再分配,从而生成一个工作面前方支承压力(3]。这种支承压力与采煤工作面推进动态撤退,相应地促进stress-concentrated区域巷道上方(图1(一))。尤其是上覆岩层的应力集中系数3 - 8倍的主要岩石压力,当采煤工作面1000多米深。高集中压力(也称为前支承压力)导致上覆地层经历反复装卸过程。作为一个结果,它是这个区域的围岩相对难以控制的影响下高应力集中,导致危害,例如网状裂缝,大型屋顶下降,和支持设备崩溃(如图1 (b)),构成严重威胁矿工的安全(4,5]。当地下煤矿进行深度超过1000米,地面压力急剧增加,采煤工作面更高的破裂趋势,峰值和范围在采煤工作面支承压力较高。这使它更加难以抑制围岩;因此,屋顶坠落危害成为具有挑战性的煤矿安全生产的一个重要问题。目前,巷道的顶板控制受到深度超过1000的支承压力主要是由临时加固的方法实现支持使用单一的道具或液压支持。然而,支护参数的计算方面主要是根据积累的经验和缺乏理论基础。同时,支持和周围的岩石之间的相互作用不明确,和相应的围岩稳定控制的机理仍不清楚。这些点触发屋顶坠落事故的频繁发生的道路受到危害的支承压力和增加曝光的矿工。

不同于在其他位置、巷道的顶板控制受到前支承压力的耦合是通过支持(如液压支持或单个道具)和锚固围岩(bolt-mesh-anchor支持)。在采煤工作面开采中,液压支持或单个道具通常用来支持道路,受到前支承压力的强化,确保充分crossarea矿业。分期付款的支持之前,固定在巷道围岩已经有一定的承载力由于支持现有bolt-mesh-anchor提供的支持。没有足够的支撑能力的支持,它不太可能有效地控制围岩的变形和破坏,尽管现有承载力bolt-mesh-anchor的支持。相反,过度承载能力的支持可以扰乱现有bolt-mesh-anchor支持系统,导致不足围岩的承载能力的发展。这证明了支持和固定在巷道围岩受到前方支承压力是相互有关的,相互影响,它们之间存在耦合关系。当耦合支持支持和锚固围岩,的承载力可以完全控制巷道的围岩变形的支承压力面前。因此,之间的关系的研究支持和锚固围岩受到前支承压力和有效控制巷道顶板的采煤工作面具有重要意义,以减少屋顶灾难下降和确保煤矿的矿工的安全。

目前,一些研究已经进行支持和锚固围岩的关系受到支承压力面前。小王和妞妞介绍了支持系统之间的耦合强度和围岩受到前支承压力和耦合结构和稳定性的概念,但他们的矿山的应用程序是有限的(6]。一些研究主要是集中在液压支架与围岩之间的相互作用在采煤工作面7- - - - - -9]。例如,曼加尔和保罗和马中发现,在采煤工作面液压支架的载荷取决于开采高度,直接顶厚度,塑性区范围的煤壁、地板和屋顶的机械强度和(10,11]。彭元等人,提出研究液压支架与围岩之间的相互作用在采煤工作面应考虑煤炭墙,屋顶,地板和支持,并把它们作为一个单元(12,13]。据报道,液压支架的初撑力和工作阻力是至关重要的维持系统的稳定14,15]。基于长期的现场监测和理论分析,Budirsky提出了一个方法设置加载和液压支架的工作阻力的岩爆采煤工作面(16]。辛格和辛格提出,“越大越好”的概念并不是完全科学,而选择了在采煤工作面液压支架和控制巷道顶板的变形,并表示,设置负载煤矿液压支架的通常是50−60%的工作阻力在印度矿(17,18]。许,刘发现设置负载采煤工作面液压支架的刚度直接影响了支持。一个小设置负载造成一个大解决屋顶,导致屋顶的下降(19]。尽管这些研究阐明了液压支架与围岩之间的相互作用在采煤工作面,巷道的支持受到支承压力面前呈现一些特性不同于地面。在采煤工作面液压支架能承受的重量造成的额外的压力直接顶顶板岩石和压力。结果,支持需要一定承受冲击载荷的能力,以防止岩石块滚动到采煤工作面和采空区从屋顶和损害设备和矿工。支持道路受到前方支承压力的承担造成的高应力巷道上方屋顶前支承压力(图1(一)),以确保足够的部分。由于在使用地点的不同,应力环境中,承载力,和效果之间的顶板控制液压支架采煤工作面和巷道受到支承压力面前,先前的研究结果不适用在采煤工作面液压支架的耦合来描述支持和固定在巷道围岩。然而,先前的分析方法和观念仍然为本研究提供指导。

对阐明支持和锚固围岩之间的关系,需要解决的第一个问题是巷道顶板的稳定性受到前支承压力。巷道顶板的稳定性的研究主要集中在位置前方支承压力的影响,导致许多成就(20.- - - - - -23]。例如,Sofianos认为巷道顶部铰接顶梁刚性基础,介绍了三种变形形式在坚硬的岩石:旋转失败,滑动失败,和压缩失败24]。追逐等人发现,在高垂直应力、垂直分裂骨折夹板的方向发展,造成巷道的比例(25]。Canbulat Tadolini等人发现,巷道顶板的变形形式由剪切破坏和腹故障,并提出了相应的控制方法(26,27]。沈基于之前的研究,总结了故障模式在软岩围岩巷道的6种类型,包括梁失败,节理控制岩石瀑布,和屋顶凹陷(28]。康等人,Carranza-Torres发现bolt-cable支持巷道围岩有效减少收缩速率,抑制或消除压力失败(29日,30.]。由于特殊条件下的围岩巷道前方支承压力,巷道顶板稳定性的研究应该考虑液压支持的支持效果和bolt-mesh-anchor支持在屋顶上,它并没有充分考虑先前的研究人员。

在目前的研究中,支持带巷道经受5306采煤工作面前方支承压力的汤口煤矿在山东省,中国,被选为案例研究。首先,巷道变形和破坏的机制受到5306采煤工作面支承压力(深度为1000米)进行了分析。随后,巷道顶板的稳定性与液压支架和bolt-mesh-anchor支持,以及确定相关的支持参数的方法(包括支持力量和可移动的列的长度支持),进行了分析。最后,支持和锚固围岩的关系,以及巷道顶板的稳定控制机制,是澄清。在此基础上,支持参数优化,以确保矿工的安全,汤口的可持续开采煤矿。

2。研究网站

2.1。地质背景

的深度和煤厚度5306采煤工作面在汤口煤矿992.8米和5米,分别平均倾角4°。此外,两个故障检测在5306采煤工作面和最大下降3.0米和2.7米,分别,这有一个小影响煤矿采煤工作面。在5306采煤工作面煤层稳定,和没有侵蚀区和崩溃列。只有一些小起伏的折叠在矿区,这并不影响采煤工作面撤退。全面的地质列5306采煤工作面如图2。

2.2。布局和道路的支持

5306采煤工作面分为内在和外在部分:内段248米宽,罢工矿业的长度1000米;外段795米宽,罢工矿业的长度1065米。跟踪巷道在靠近5305采煤工作面采空区。采煤工作面有一个矩形的皮带巷道截面宽度为5000毫米,高4000毫米,与实体煤两边。5306采煤工作面巷道布置如图3(一个)。液压支持和单一的道具被用作支持方法巷道受支承压力面前。长60米的支持。三组液压支持(ZQL2×2500/23/42W)被用于巷道;每组的长度是10.4米,一个支持范围0−31.2采煤工作面前方。36行单道具(DW45-250/110XL (G))被使用,2道具放置在每一行,加上一个铰接顶梁(djb - 800)。支持模式是“一束一道具,”,支持范围的32−60 m在采煤工作面。液压支持的设置负载6.5 MPa和可移动的列350毫米的长度,和单一道具的设置负载11.5 MPa和一个可移动的列的长度100毫米。

现场实践表明,巷道的围岩变形与破坏的受到前方支承压力严重与原支持模式用于采煤工作面。屋顶上的岩石粉碎大和解,形成一个“净槽”;净槽内的岩石断裂,变形大,冒着矿工的安全设备(如数据所示3 (b)和3 (c))。此外,实体煤方面显示出大变形巷道中心线和挤压,呈现弧形形状和显著减少可用的横截面。在实践中,底部通常应用于矿业和扩张道路获得足够的可用的截面和通风,实际上扰乱在采煤工作面开采。

3所示。失败的机制

分析围岩的变形和破坏机理的巷道受支承压力面前,一个3 dec数值模拟是以支持参数一样。

3.1。模型建设

岩层的物理力学参数的数值模型如表所示1。螺栓材料是20及其螺纹螺栓没有纵向钢筋直径20毫米。电缆材料 低松弛预应力钢绞线锚芯电缆直径21.8毫米。螺栓的长度用于巷道顶板和2400毫米和3000毫米,两面分别。电缆的长度是6200毫米。支持道路屋顶的行和行间距 5毫米、6螺栓和电缆。支持道路边的行和行间距 5毫米,螺栓被雇佣。此外,数值模型的大小 ( )。四方和模型的底部固定约束限制位移。均布荷载为23.85 MPa的上表面垂直应用的模型根据地应力条件5306采煤工作面。在数值模拟中,莫尔-库仑模型用于迭代的解决方案。建立的数值模型如图4。

3.2。模拟结果

数值模型的基础上,垂直位移和垂直应力巷道在20米、30米的采煤工作面在图所示5和6。

使用相同的参数的巷道支护,巷道的围岩在20米的地面显示一个大变形(图5)。巷道顶板大大解决了,形成了一个净与659.9毫米的最大沉降槽;屋顶也观察到分离,道路两边挤压,形成弧形的形状。这些特性是相似的记录的字段(图5(一个))。此外,一些螺栓在煤炭和屋顶变得混乱和失去承载力。煤的侧支承压力两边是对称的,和stress-concentrated核心区域成立,一只耳朵的形状,最大垂直应力为82.58 MPa和应力集中系数为3.33。在巷道围岩的变形模式在35米在采煤工作面面前几乎是一样的,在20米(图6)。最大的区别是解决巷道顶板是407.0毫米,最大垂直应力为54.11 MPa的围岩巷道在采煤工作面前方35米;都低于同行在采煤工作面巷道在20米。此外,stress-concentrated区域的小范围的地方直接顶和支持。

基于数值模拟和现场原始支持效应,它是预测巷道的围岩在20米的采煤工作面提出实质性的错位变形,与一些螺栓不运作,屋顶上分离。这是有可能的是,由于未能提供足够的支持强度不足造成的设置负载或过分大支柱中的活动列液压支架(液压的设置加载和活动列长度支持6.5 MPa和300毫米,分别在字段)。围岩的变形和破坏巷道在35米在采煤工作面和屋顶表面应力的增加可能是由于未能及时产生过度造成的小道具活动列(一个道具的活动列是100毫米的字段)。这些特征表明,在巷道围岩的变形受到前面的采煤工作面支承压力密切相关的支持强度和可移动的列长度的支持。

4所示。巷道顶板的稳定控制

4.1。粒度分析

以下4.4.1。施工的力学模型

煤国被认为是文克尔地基,因为实体煤国弱,而巷道屋顶被视为半无限弹性悬臂梁基于文克尔地基,覆盖岩石的应力增量作用于它。力学模型的角度是垂直于皮带巷道的布局方向。考虑到对称性巷道和支持屋顶,巷道顶板的力学模型建立了支承压力面前,如图7。应该注意的是,在巷道的围岩塑性区力学模型没有考虑。

为了便于理论分析巷道顶板的变形,变形的基础与一个常数加载和使用一个常数刚度的等效分析骨折和减压的煤炭,也有一个很好的符合实践领域(31日]。造成的垂直应力增量挖掘和液压支架被认为是力量的支持,但整体模型的变形所致没有考虑。在模型中,从屋顶上负载,这是被视为一个统一的负载;从煤炭,一边支承压力峰值的边界, ,和是零 ; 是支持的力量保持围岩稳定,这也被认为是一个统一的负荷;巷道的宽度;和剪切力和弯矩在弹性地基边界吗_,分别;和左边是弯矩的模型(如图7)。

4.1.2。机械推导

基于上述模型,江泽民等人推导出弯矩和偏转详细的巷道顶板时支持力量没有考虑,在范围内 (31日]。方程不包括的细节在这里,这两个参数给出了方程(1)和(2): 在哪里是特征因素, ; 修改因素的弯矩桥台和屋顶的中间点;和 , , , , ,和 ; 是基本刚度的弹性在巷道煤方面, ,和 , ,和的杨氏模量、毒率和煤的厚度,分别;巷道顶板的杨氏模量;和是顶梁的转动。

考虑到每个点的弯矩和挠度的截面巷道是相同的和等于弯矩和挠度 ,方程(3)和(4)可以生成: 在哪里和顶梁的宽度和厚度,分别;液压支架的支撑力量;和是道路条件下的承载力bolt-mesh-anchor支持。的最大正应力,最大拉力强度截面的屋顶酒吧

从方程(4)和(5),可以看出,挠度和弯矩由上部荷载引起的在巷道顶板。挠度弯曲变形导致屋顶解决的结果,可以通过方程计算(4)。弯矩引起的横截面内的正常张力屋顶酒吧和导致屋顶的骨折。巷道顶板的失败模式失败,被认为是紧张和屋顶的临界条件下断裂时的支持是最大的张力等于极限拉力强度巷道顶板的如图所示

给出了液压支架的重要支持力量

为了确保围岩的稳定性,液压支架必须有一定的活动列的长度,等于屋顶的结算。根据方程(4),可移动的列的长度应该满足

4.1.3。确定巷道支护参数

支持力量和活动列液压支持的道路受到前方支承压力带5306采煤工作面巷道的汤口煤矿从方程计算(7)和(8)。但支持距离地面和屋顶荷载是前提。

(1)前支承压力的分布。基于3 dec模型中使用的围岩巷道变形的分析,方向撤退,36测量线被放置在中间带巷道在垂直段向上从泥岩直接顶记录垂直应力在采矿过程中,如图8(一个)。监控线的垂直间距是1米,长度和监控在采煤工作面前方100米。的布局方向沿着皮带巷道监测线。日期从监控行,最大垂直应力位于被选中来描述前支承压力。测量线的布局和前方支承压力分布如图8。

在采矿过程中,支承压力图8 (b)快速增加,然后慢慢减少才逐渐变得稳定。的峰值压力43.73 MPa,发生在距离14.2采煤工作面前方。增加压力的区域是在8.2−57.7 m在采煤工作面。因为stress-increased地区前支承压力通常导致屋顶解决和煤炭合同,液压支架应用在这个领域,以确保巷道的安全。因此,支持范围的皮带巷道保持至少57.7米的5306采煤工作面。

(2)巷道顶板载荷的分布。基于上述分析,巷道顶板负载监控,安排了一个独特的测量线之间的泥岩直接顶和细砂岩主要屋顶中间的皮带巷道。垂直应力日期以这条测量线被选中来描述巷道屋顶荷载。巷道顶板载荷的分布在0−57.7米在采煤工作面前图所示9。

从图9可以看出,负载眼前的屋顶上也增加然后减少前慢慢变得稳定。增加、减少和巷道稳定的屋顶荷载区域发生在0−12.2米,12.2−32.0 m和32.0−57.7 m的采煤工作面,分别。的最大巷道顶板载荷为0.164 MPa, 12.2采煤工作面前方。在远处的32.0采煤工作面,巷道屋顶荷载变得稳定,一个常数值为0.104 MPa。简化表达式巷道,巷道顶板载荷分布的负载两端的采煤工作面,最大道路负载,和道路负载面积时的初始值是稳定作为特征值,和线性负载时的负载面积增加,减少,和稳定进行。巷道顶板载荷(单位:MPa)所示

平均误差的三个值分别为4.77%、3.49%和0.57%,分别低于5%,甚至1%。这表明,方程(9)能够准确地描述巷道顶板的载荷分布。

(3)计算巷道支护参数。使用已知的道路屋顶荷载结合方程(7)和(8),支持力量和可移动的列长度液压支架的巷道进行前方支承压力的计算是通过插入表中所示的参数2。

最初的设计值支持力量bolt-mesh-anchor皮带巷道的采煤工作面5306是0.168 MPa,和有效系数为0.6。因此,通过bolt-mesh-anchor支持,锚固围岩本身的承载力为0.101 MPa。根据参数表2,支持力量和可移动的列长度 ,如图10 ()计算。此外,基于最初的支持模式和参数的道路受到前面5306年皮带巷道在采煤工作面支承压力,以及支持设置负载为60%的支持力量18),设置负载在不同距离地面如图10 (b)。

从图10 ()可以看出,支持优势和可移动列长度的支持在不同的位置表现出相同的趋势,即由三个阶段组成。的范围0−12.2米,12.2−32.0米,32.0−57.7米,两个参数线性增加,线性减少,并成为稳定,分别为采煤工作面之间的距离增加。所需的最大的支持力量支持0.083 MPa,最大可动列长度为280.3毫米,都发生在距离12.2采煤工作面前方。

图10 (b)显示,支持设置负载的变化趋势在不同的位置一致,支持力量和活动列长度。随着采煤工作面之间的距离增加,设置负载的液压支持线性增加,随后减少,和最大设置载荷为21.67 MPa在离地面12.2米。当先进的道路的距离大于32.0采煤工作面,单个道具的设置负载成为常数为12.44 MPa。

在图10 ()前,在20米5306采煤工作面,理论设置负载和可移动的列的长度液压支持14.97 MPa和240.1毫米,分别。35米的距离在5306采煤工作面,理论设置加载和单一的道具的活动列长度12.44 MPa和177.1毫米,分别。然而,设置加载和可移动的列液压支架的长度在6.5 MPa(理论值的43.4%)和350毫米(理论值的56.5%),分别为。因此,在20米的5306采煤工作面,设置负载的液压支持字段太小,而活动列长度太大。然而,在35米前的5306采煤工作面,单一的活动列长度字段明显小道具。这些结果证明解释的准确性巷道变形和破坏的部分2。2。

4.2。巷道顶板的控制机制

为了获得长期的稳定控制机制巷道顶板受到支承压力面前,同样3 dec数值模型用于分析不同支持优势和可移动的影响列长度的支持。由于液压支架的工作阻力是被动从巷道顶板载荷,设置负载被认为是更实用的煤矿。因此,巷道在不同条件下的控制效果支持设置加载和可移动的列长度进行了分析。

4.2.1。准备模拟方案

皮带巷道在20米的巷道支架采煤工作面前5306年被选为基准方案进行分析,设置负载和活动列液压支架的长度是14.97 MPa和240.1毫米,分别。两个方案的0.6和1.4倍对应的基线组作为测试和添加用于分析在不同条件下巷道变形的支持设置加载和活动列长度。总结了方案表3。

4.2.2。仿真结果

在本节中建立的数学模型是一样的,在部分3.1。为了实现和限制的活动特征液压支架在数值模型中,限制最大允许垂直位移的方法,液压支架是用于设置活动列长度。过程中压力的增加设置负载的液压支架工作阻力、液压支架的垂直位移是直线从0到最大允许值。这里,垂直位移的最大允许值的液压支架是其活动列长度。在不同围岩的变形方案如图11。

方案1中的围岩的变形是最小的(数据(11日)和11 (b)),132.54毫米的巷道有结算,32.14 MPa的最大垂直应力和应力集中系数为1.29。除此之外,煤炭双方控制,屋顶上没有发现分离。方案2(可移动列长度是一样的,设置负载降低了理论值的0.6倍),高于巷道变形在方案1中,屋顶分离主要发生在眼前的屋顶,屋顶,和垂直应力在更深层次的区域开发的煤(数据11 (c)和11 (d))。巷道顶板有解决384.68毫米和垂直应力峰值为44.33 MPa。在方案3(活动列长度是一样的,设置负载减少到理论值的1.4倍),所获得的价值之间的变形方案1和2(数字11 (e)和11 (f)),巷道顶板的结算334.56毫米和38.44 MPa的最大垂直应力。方案4(设置负载是相同的和可移动的列长度减少了理论值的0.6倍),围岩的变形是非常严重的。屋顶分离变得更加明显,形成了一个网槽,煤炭的收缩变形大,面积增加的压力被发现,道具和眼前的屋顶(数据11 (g)和11 (h))。巷道顶板有结算406.40毫米和45.56 MPa的最大垂直应力。方案5(设置负载是相同的和可移动的列长度减少了理论值的1.4倍),围岩的变形是最大的;屋顶分离变得更加明显比方案4,煤国形成弧形的形状,和煤的螺栓和屋顶搬到不同的区段(数字11(我)和11 (j))。巷道顶板的结算506.56毫米和48.09 MPa的最大垂直应力,分别为3.82和1.50倍比方案1中同行,分别。不同参数的值在不同的方案如表所示4。

4.2.3。支持和锚固围岩的耦合机制

巷道变形受到方案1中的前支承压力下降在一个允许的范围和围岩控制是令人满意的。过度大小设置加载和活动列长度引起的液压支撑或单一巷道大变形,导致屋顶分离和重要的结算,收缩大的煤炭,屋顶坠落,在围岩应力集中。因此,耦合强度和变形机制的支持和锚固围岩变形特点的基础上,分析了巷道的场和数值模型。

(1)强度耦合。从上述结果,发现巷道屋顶荷载被前方支承压力的影响。大部分的屋顶荷载时由锚固围岩承担支持设置负载太小,无法提供足够的支持。如果锚定强度之和的围岩和支持设置负载仍低于巷道顶板载荷,导致故障发生的大型定居点,屋顶分离,或屋顶下降。同时,屋顶荷载转移到围岩和造成了挤压应力集中在煤炭方面。巷道的变形和破坏也导致承载力下降和围岩的锚定强度,进一步造成巷道变形(图11 (c)和11 (d))。现场监测数据为20米远离采煤工作面和巷道变形方案2验证分析的结果。相反,如果支持设置负载太大,锚固围岩展览一些变形液压支持安装时,导致围岩锚定强度的下降,因此未能充分开发锚固围岩的承载能力(数据11 (e)和11 (f))。巷道顶板载荷主要是由支持,增加了能耗和支持镇压的可能性。

(2)变形耦合。过分小活动列液压支持意味着收缩的长度小于巷道顶板沉降。因此,屋顶收缩早期阶段的巷道变形与屋顶解决兼容。屋顶收缩达到最大允许值时,液压支持不收回了。进一步的屋顶结算导致液压支持穿透楼或巷道顶板(图3 (c)),导致锚固围岩的失败和随后的锚固围岩强度降低,支持负载的增加。此外,过小的液压支架收缩引起的应力集中,在液压支架和巷道顶板(人物会面6 (b)和11 (h))。然而,一个特别大的液压支架活柱长度意味着液压支架的收缩大于屋顶结算;因此,液压支持解决的屋顶。屋顶结算达到最大值时,液压支持仍有余地收缩,导致失败的液压支持,完成了设计工作的阻力,缺乏支持的力量,和大量的负载转移到锚固围岩。然而,由于锚固围岩的承载能力有限,过度巷道屋顶荷载会诱发屋顶分离,屋顶下降,煤炭,挤压锚和错位变形(数字11(我)和11 (g)),最后导致锚固围岩的强度下降和严重的失败。

4.3。支持参数的优化

之间的关系分析的基础上液压支架与围岩锚定理论设置负载和可移动的列值被设置长度(图10)巷道受前方支承压力带5306年采煤工作面巷道的汤口煤矿。屋顶和地板之间的位移和煤国,除了屋顶分离,都被记录下来。三组液压支架的应用于0−32 m的采煤工作面(模型:ZQL2×2500/23/42W),和单个道具应用于32−60米的采煤工作面(模型:DW45-250/110XL (G)),以及一个铰接顶梁(模型:djb - 800):采用“一束道具”模式。基于计算结果如图10,支持设置负载(单位:MPa)巷道在不同位置的满意

可移动的列长度(单位:毫米)支持在不同位置的巷道满意

5。实地观察

当从open-off撤退的长度是650米,100米内进行实地观察前面的采煤工作面参数验证的可靠性优化支持。站的布局之间的位移监测煤之间的屋顶和地板上,如图12。两个屋顶分离站放置在前方50米和100米的采煤工作面。屋顶的深和浅基础点分离站在中间的细砂岩和泥岩顶板直接屋顶。先进的表面变形巷道和屋顶分离图所示13。

利用巷道的优化参数支持,巷道变形表现出明显的减少它的价值。屋顶和地板之间的极限位移275.5−300.8毫米,平均287.0毫米的价值。最终位移煤国209.6−233.2毫米,平均220.8毫米的价值。屋顶分离的最大数量大约是45毫米,和围岩的完整性很好。巷道变形受到前支承压力在允许的范围内,并不影响采矿过程。此外,在围岩巷道顶板的完整性在20米,35米的采煤工作面被保养的很好,并没有发现大型屋顶分离或净槽(图14)。煤炭双方之间的位移小,挤压变得更少。结果表明,当设置加载液压的支持和可移动的列的长度满足方程(10)和(11),液压支架和锚固围岩耦合是实现,在锚固围岩的承载能力是充分发展。在这一点上,有效控制巷道变形,在巷道围岩的控制效果受到前支承压力是大大提高了。

6。讨论和结论

在地下煤矿在1000米深度,增加地壳应力和支承压力面前,围岩的完整性是难以控制。巷道变形和破坏,如巷道顶板断裂,屋顶下降,沉降,屋顶分离、煤炭和挤压,很可能发生,当不当巷道支架巷道中使用的参数受到支承压力面前,从而严重影响煤炭开采和矿工的安全。基于巷道变形和破坏的机理分析,发现周围的岩石破裂密切相关的支持负载和可移动的列的长度支持(液压支持和单个道具)。

基于文克尔地基假设,一种改进的力学模型建立了巷道顶板受到前方支承压力考虑支持的支持效应(液压支持和单一的道具)屋顶。根据力学模型、数学表达式的支持强度和可移动的列的长度支持扣除(方程(7)和(8))。此外,优化支护参数的支持带5306采煤工作面巷道的汤口煤矿。下的结果表明,支承压力面前,支持的设置加载和活动列长度增加,然后降低前慢慢变得稳定。的支持范围从采煤工作面巷道至少60米。同时,液压的最大设置载荷和动列长度支持21.67 MPa和280.3毫米,分别在离地面12.2米。当皮带巷道的距离大于32.0采煤工作面,单个道具的设置加载和活动列长度成为常数为12.44 MPa和177.1毫米,分别。

不同于在其他位置、巷道的稳定控制机制受到前方支承压力显示,长期有效的支持所需的巷道顶板的强度和变形耦合支持(液压支撑或单一)和锚固围岩(bolt-cable支持)。适当的支持力量的支持和充分发展承载力锚固围岩被要求实现耦合强度;一个兼容的可移动的列的长度所需要的支持与巷道顶板沉降达到变形耦合。过分大支持力量或小活动列长度支持造成巷道顶板的变形和破坏,围岩锚定强度的下降,甚至导致屋顶减少灾难对矿工的生命构成威胁。相反,小强度或大型活动列长度支持诱导屋顶分离,挤压的煤炭,锚和错位变形。高或低价值以外的屋顶的发生率下降风灾影响的最优值,可以影响矿工的安全。

现场试验表明,采用优化的支持强度和可移动的列长度的支持带5306采煤工作面巷道的汤口煤矿巷道变形很小,挤压和屋顶分离变得更少,屋顶没有发生灾难,巷道的稳定控制受到支承压力面前,和屋顶的灾难控制实现了下降。此外,矿工的安全是保证通过应用优化的支持力量和活动列长度支持带5306采煤工作面巷道的汤口煤矿。

随着巷道的围岩塑性区没有考虑在部分建立的力学模型4.1,巷道变形的理论价值将低于实际价值。然而,实践表明,巷道变形引起的机械模型的误差不会影响巷道现场的使用。为了消除巷道变形的错误理论和实践,本文中的力学模型在今后的研究中应进一步加强考虑巷道周围的塑性变形。

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。对数字的详细研究数据8- - - - - -10可以在本文的“补充资料”。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项工作是由中国国家自然科学基金资助(格兰特数字51774268,51974291)和国家重点实验室的独立研究项目的煤炭资源与安全开采,CUMT(批准号SKLCRSM18X007)。作者感谢山东汤口煤矿地表变形和支持的皮带巷道的顶板分离workface 5306现场。

补充材料

本文的补充材料包括详细的研究数据的数据8- - - - - -10,这是提供给读者。(补充材料)

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