研究围岩结构演化特征和顶板控制技术保留的削减在倾斜煤层巷道形成的屋顶

文摘

控制屋顶在gob-side条目保留通过屋顶削减在倾斜煤层,保留gob-side道路分区基于机械原理和工艺流程,no-pillar矿业gob-entry保留。一个简化的力学模型建立了围岩在不同个利用理论分析和数值模拟获得的支架阻力和变形的需求在不同的个屋顶。根据载荷和变形特性的屋顶和NPR电缆的机械特性,单一的道具,和一个滑动式gangue-retaining结构形成的u形钢插入,道路在不同个的支持系统及其本构模型建立。在此基础上,分析了支持系统的作用,进行现场试验。结果表明,支持系统的行为经历了三个阶段,即。,pressure growth, yielding under constant pressure, and stabilisation during whole entry retention. It can guarantee the collaborative deformation of the supporting systems with the roof on the premise of constant support resistance, thus satisfying the requirement for roadway protection. The roadway 150 m back from the working face is stable, and the final convergence between the roof and floor of the retained entry is 257 mm, showing a favourable entry-retention effect.

1。介绍

煤是最重要的基本能源,约占全球能源消费的30%左右1,2]。中国作为一个大能源消费国,煤炭消耗的数量足以占超过50%的初级能源需求到2030年(3,4]。统计数据显示,大约55%的可采煤炭储量在中国发生在倾斜煤层(5]。因此,安全、高效开采倾斜煤层时试图缓解压力是很重要的方面的国家对能源的需求。目前,传统的长壁开采技术主要用于开采倾斜煤层,导致我的平均回收率只有50%,许多煤柱充当盾牌离开地下和不能回收6,7]。因此,有必要开发no-pillar挖掘技术用于倾斜煤层提高资源回收。

由屋顶的gob-side entry-retention技术基于减压切割,几个no-pillar挖掘技术之一,可以积极地改变巷道顶板的结构形状和采空区的屋顶由屋顶减压切割。此外,它保留了gob-side入口和no-pillar矿山冒顶,和发生在采空区塌陷的材料的膨胀8]。技术克服各种问题(包括浪费资源,困难在随后的采矿作业,和积累在角落的气体)引起的残余煤柱,提高巷道的应力环境,增加煤矿的安全和经济效益。这项技术被认为是一个主要的方向保证中国煤炭工业的可持续发展。nonpillar挖掘技术等发展,许多研究人员调查gob-side条目保留根据屋顶的减压切割。相比与传统的gob-side条目保留基于路边包装,这个gob-side entry-retaining技术基于屋顶应该切断地板切割;围岩的结构和屋顶的应力分布变化后降低;因此,有必要探讨屋顶结构和控制技术用于切割巷道。基于压力释放的机制屋顶切割,他等。9)建立了几个“围岩structure-roadside支持身体”力学模型,利用围岩控制技术,如固定电阻有限变形螺栓和路边的道具;马等。10)建立力学模型的煤炭支持区域,动压区,和巷道表地区gob-side条目保留由屋顶切割,使用NPR电缆和支持系统构建,pier-type单位支持,和焊接。高et al。11)从理论上研究了在整个entry-retaining屋顶结构的变化过程,和屋顶的力学模型建立了整个entry-retaining过程;持续的阻力和有限变形锚电缆,煤矸石预防结构和pier-beam单位支持设计进入身体的支持。风扇等。12,13)建造了一个力学模型的“围岩提供有关支持身体”bolt-grouting控制屋顶切割gob-side条目保留;灌浆电缆,一个道具,钢梁被用于巷道保留。汉et al。14)建立了一个横向悬臂结构力学模型的骨折gob-side条目保留,发现过度的使用短悬臂将导致压力释放不足和过度长悬臂屋顶将产生更大的压力,导致强烈的变形。郭et al。15)建造了一个力学模型条件下的围岩gob-side条目的屋顶,没有屋顶cutting:使用爆破破碎围岩控制机制分析了屋顶。基于的原则gob-side条目保留通过屋顶切割、太阳和Zhang et al。16,17)建立了一个屋顶结构的简化力学模型中形成gob-side条目:有限变形加固巷道是电缆、格构梁和一个道具,工字梁和钢网。

此外,学者们进行了研究围岩结构和屋顶控制gob-side条目保留基于路边包装。宁等。18)建立了一个力学模型的支撑结构gob-side条目保留使用水泥基填充在倾斜煤层巷道;路边backfill-truss支撑结构包括三个螺栓和钢带。基于gob-side entry-retention方法包含墙施工,回填材料的使用Du et al。19)建立了一个gob-side entry-retaining力学模型和侧支架阻力计算;提出了通过回填的gob-side entry-retaining方法。燕et al。20.)提出了一个roof-cutting gob-side条目的力学模型与路边回填体保留;roof-cutting阻力和路边回填体的宽度计算。烹调的菜肴等。21]分析了围岩结构形成gob-side条目保留通过构建一个混凝土墙旁边的道路;螺栓、电缆、钢管和角熨斗被用来加固围岩。吴et al。22)提出了一个动态平衡的力学模型主要屋顶结构;的生成机制不同的岩石类型的短悬臂梁结构被澄清。综述的文献论述了重大贡献的理解围岩结构和控制技术gob-side条目保留:然而,先前的屋顶结构的研究主要是针对身体滑向接近水平的煤层后;很少有研究的屋顶结构保留削减在倾斜煤层巷道形成的屋顶。适用于保留道路的控制技术的研究主要是基于工程测试数据;仍缺乏理论研究支持机制和技术适合保留道路形成的屋顶在倾斜煤层。

针对这一点,本研究的目标是四倍:(1)对围岩力学模型结构在不同个保留在倾斜煤层巷道,成立和巷道的支架阻力的计算方法确定。(2)巷道顶板的变形特征的过程中保持巷道条件下的屋顶切割进行了研究。(3)收益率不同个及其支持系统构建本构模型以确定支持系统的工作原理和功效。(4)支持系统的作用是通过现场试验验证。结果丰富理解屋顶上保留了巷道的机制由切割和提供参考和指导技术的进一步推广和应用在倾斜煤层。

2。工程背景

进行的测试是基于对太平煤矿110301工作面位于宣威,云南省,中国。工作面在50到150 m的埋藏深度,罢工600米的长度和倾角的长度125米(它毗邻110303工作面)。工作面开采利用沿走向完全机械化采煤,撤退的长壁移动,4 - 5 m / d。在工作面煤层的厚度为1.2至1.8米,平均厚度1.5米;煤层的倾角25°和32°之间,平均28°倾角。屋顶是粉砂岩厚度13.0米,地上的煤层工作面是18.7米的粉砂质泥岩厚度。的基本条件工作面在图所示1。

3所示。材料和方法

3.1。研究框架

图2描述了本研究的框架。首先,结合巷道的地质特征和原则保留由于屋顶切割、保留巷道周围岩石的力学特性在不同个进行分析;保留了巷道顶板的变形特性数值模拟计算;和支持材料的力学特性也进行了研究。

其次,结合机械保持巷道的特点,保留了巷道顶板的变形特性,支持材料的力学特性,道路在不同个的支持系统及其本构模型,建立了和支持系统的工作原理和功效进行分析。

第三,全面执行工程试验,效果评估提供支持。

3.2。保留了巷道的围岩的力学分析

3.2.1之上。Gob-Side条目保留的原则通过屋顶减压切割

的核心gob-side entry-retention技术通过屋顶减压切割是保留的屋顶的定向预裂巷道沿工作面推进方向的方向通过双边累积爆炸。这可以切断留存的屋顶之间的机械连接巷道和采空区;此外,巷道顶板加强负泊松比(NPR)电缆,使工作面开采的可控变形在条目保留。工作面先进,采空区的屋顶是屈服了沿着切削面,然后及时的支持上覆地层;最后,巷道顶板逐渐企稳,如图3(23]。

3.2.2。在不同的个围岩的力学分析

根据gob-side条目保留的原则通过屋顶减压切割、煤矸石等采空区经验动态演化的屈服,压实,稳定的采矿工作面预裂切割后屋顶的工作面。在这种情况下,相应的巷道围岩结构也发生了变化,导致了不同的压力条件。根据不同压力条件下围岩,gob-side巷道保留屋顶切割可以分割成一个先进的区域,动态压力区,和一个稳定的区域(图4)。

先进的区域保留巷道位于一定范围内的工作面。在这种情况下,尽管切削面已经形成累积效应下的巷道顶板爆炸,切割面与垂直方向提供一定的夹角和煤炭仍然可以提供巷道顶板的支持力量。因此,两端的巷道顶区是由煤和无关紧要的变形。围岩结构显示在图4(一);保留的动压区巷道位于一定范围内的工作面。在这种情况下,巷道顶板的一端是由煤而另一端被暂停。煤矸石在采空区内的区域是在不断地运动,因此他们非常受动压的影响。围岩结构如图4(b);保持巷道的稳定区域位于动压区,屈服了煤矸石在采空区压实和巷道顶板不进一步减弱。此外,一个稳定的结构,由一端煤炭和其他支持就形成煤矸石屈服了。围岩结构如图4(c)。

围岩在不同个的简化力学模型建立了基于围岩结构的特点。屋顶的变形和支架阻力的需求相应个计算。

3.3。数值模拟的变形特性的屋顶在条目保留

数值模拟和实验室测试是很受欢迎的方法用于研究岩石力学和工程问题24- - - - - -26]。连续体建模方法基于数值模拟是合适的对于大规模工程问题(27];因此,本文选取连续介质软件FLAC3D软件来模拟巷道顶板的变形特性的过程中巷道保留。

根据太平煤矿的地质条件,其中110301工作面输送机网关使用FLAC3D软件模拟。模型200×100×160米(长×宽×高)。模拟工作面倾角110米的长度,罢工的长度100米。两个输送机网关的高度2.55米,宽度的屋顶和地板是3.6和4.4 m,分别。两个条件(有或没有屋顶切割)模拟,如图5。针对摩尔-库仑模型,使用的本构模型是一个屋顶切割模拟运用零单元,和屋顶切割的位置附近采空区回填基于应变强化模型。工作面被发掘了60 m, 3000年模型加载步骤。列出了各种地层的物理力学参数表1。

比较保留巷道顶板的变形特征在两种条件下(有或没有屋顶切割)、位移监测点分布在道路的中间部分屋顶每隔10米内工作背后的第一个60米的脸。在此基础上,数据与垂直位移的变化在整个加载过程中巷道顶板下的两个条件。屋顶的垂直位移的保留道路提取模型完成后计算的位置如图6。

3.4。支持材料及其力学特性

电缆、螺栓、单支撑、钢和bolt-grouting加固常用的方法来支持破碎围岩岩石工程(28,29日]。支持道路由屋顶切割的材料包括三种类型:积极支持材料等负泊松比(NPR)锚索、临时支护材料在道路等单一的道具,和支持材料gangue-retaining结构。

3.4.1。积极支持NPR的电缆

NPR电缆与增加锚电缆可轴向扩展岩石变形慢慢吸收产生的能量在围岩变形(30.]。NPR电缆的性能高阻力恒定,大的伸长,和强大的能量吸收31日]。由于NPR有线电视的发展,它已经成功地应用于许多煤矿的稳定控制。结果是显著的。

在核心技术方面,固定电阻设备被添加到一个普通锚索;因此,NPR电缆保持恒定电阻(人为预设)和通过相对滑移变形与围岩相互作用。NPR电缆主要受到弹性变形时NPR电缆上的负载低于常量阻力;负载达到恒定电阻后,NPR电缆开始下滑,收益率的前提下保持电阻不变,直到再次电缆是稳定的。NPR电缆的本构模型可以通过使用一个把身体(身体),如图7(10]。

NPR电缆张力的作用下变形σ的总应变等于菌株在不同元素的总和。NPR的应力-应变关系电缆满足以下方程:

根据图7和(1),它可以发现锚电缆上的张力增加而增加ε₂当摩擦盘在S的身体不会滑动;如果摩擦盘在S身体幻灯片,σ保持不变,ε₁上升,ε₂保持不变;因此,NPR的电文显示以下力学特性:钢铁股受到弹性变形,和群锚提供的支架阻力随着变形的增加,条件是张力低于常量阻力;当张力超过锚电缆的电阻不变,锚电缆能够适应围岩变形滑动的固定电阻设备接管钢链拉伸的作用;此外,在变形阻力不变的固定电缆。

3.4.2。临时支持使用单一的道具

暂时支持使用单一的道具主要依赖于单一的液压支柱,这是由各个部分组成的,包括缸体,可移动的列,和阀门。如果负载应用到道具超过额定工作阻力,高压液体的内部腔道具驱动器打开安全阀,从而缓解压力。单体液压支柱的本构模型可以通过连接形成年代身体与阻尼元素并行(N体),如图8。

单一液压支柱变形影响下的压力σ的总应力等于压力之和的各种元素和总应变相当于菌株的和并行连接的各种元素。单体液压支柱的应力-应变关系满足以下方程:

这可以从图中找到8和(2),当单个道具上的压力超过额定工作阻力,提供的支持力量单一道具的速率变形密切相关。当变形速率大,液体通过安全阀无法及时逃离,总支持力量的增加。因此,单一的道具展示以下力学特性:在达到额定工作阻力之前,单一的道具提供的支架阻力上升与外部负载的增长;在达到额定工作阻力、单道具意识到通过安全阀泄漏的液体。支持液体电阻不变,如果可以及时通过安全阀泄漏;否则,支架阻力增加。这表明单一道具也可以控制顶板沉降的速度,防止故障的发生影响。

3.4.3。的滑动式Gangue-Retaining支持由u形钢插入

的滑动式gangue-retaining支撑结构是由两个普通u形钢构件组成的。系的夹紧装置,两个u形钢成员可以进行相对滑动,从而实现协作与巷道顶板变形。两个u形钢构件之间的摩擦阻力可以调节控制转矩应用于夹紧螺母。当屋顶压力低于u形钢构件之间的摩擦阻力,他们主要是受到弹性变形和不滑动;u型成员幻灯片和产量当屋顶压力超过它们之间的摩擦阻力。u形钢的本构模型可以通过使用S表示身体,如图9。

滑动式u形钢构件的应力-应变关系满足(3));也就是说,他们允许支架阻力是相同的在变形过程中,从而实现收益率一直受到阻力。这保证了巷道屋顶以可控的方式旋转和消退。

如图9和(3),压力σ保持不变,ε₅上升,ε₆身体保持不变时,摩擦盘在S幻灯片。因此,滑动式gangue-retaining结构形成的u形钢插入提供以下机械特性:当压力小于静摩擦u型成员之间,成员受到弹性变形,和gangue-retaining结构提供的支架阻力增加的u形钢构件的弹性变形;当压力超过u形钢构件之间的静摩擦,gangue-retaining结构能够意识到通过两个成员之间的滑动发生屈服,从而保持电阻不变期间产生。

3.5。工程试验

根据地质条件工作面和巷道顶板的变形特征,支持非对称形式的巷道决心加强屋顶附近的侧切割。具体参数如下(图所示10):(1)预裂切割的深度7 m出现200毫米距离上开采的巷道一侧的角落;它显示了包括15°角垂直方向,倾向于采矿工作面(图10 ())。(2)爆破孔间距设置为500毫米,与一个爆炸性的大小收费φ32×330毫米和电荷结构的2.5 + 2 + 2 + 1(图10 (b))。(3)两列NPR电缆分布在屋顶,锚电缆的长度和直径9.3米和21.6毫米,分别。NPR电缆的第一列是300毫米远离roof-cutting行,行间距为1米;这些都是与φ16毫米钢筋梯子沿走向的道路。NPR电缆是1300毫米的第二列第一列,行间距为1800毫米。(4)形成的暂时支持使用单一的道具结合π形梁的长度2.8米,每个梁都有四列。(5)gangue-retaining结构是由两个29 u形钢插入,以及相邻的支持之间的间距设置为500毫米。

4所示。结果

4.1。的结构模型和力学分析保留巷道的围岩由屋顶倾斜煤层的切割

以下4.4.1。先进区聘请的道路

支持的同步区巷道顶板是煤炭两边和巷道的支护结构,其简化的力学模型如图11。

预裂切割后的屋顶,切削面使得垂直一定的夹角。煤炭仍呈现一定的支持对巷道顶板的影响。在这种情况下,巷道顶板可以视为梁一端固定,另一端简支。因此,巷道顶板的变形是由 在哪里E和我代表了弹性模量(MPa)和截面惯性矩(m⁴分别的梁。

它可以看到从(4),屋顶的偏转的最大化x=一个/ 2,见以下方程:

在这种情况下,螺栓和群锚巷道顶板的主要支撑结构。因此,它是可行的计算支持抵抗P_我道路:

开采的工作面,巷道顶板不仅熊上覆地层的载重量也患有双支承压力和采动影响动态压力。因此,有必要支持巷道顶板工作面前方一定范围内,以防损坏的影响下的动态压力在采矿工作面。

4.1.2。在保留巷道动态压力区

区域内的采空区的煤矸石near-caving状态和他们没有,到目前为止,有效地支持了巷道顶板(图12)。

在这种情况下,巷道顶板可以视为悬臂的偏转是由

当x=一个,在屋顶的变节达到最大值:

外侧骨折跨度l地层在水平侧推力的主要屋顶和岩石一个(T_一个),B(T_B)分别表示如下32]: 在哪里l,年代,l指的是横向断裂跨度(m)的主要屋顶,工作面长度(m),和周期性的一步距离(m)屈服的工作面,分别。 在哪里问′,h,Δ年代_一个分别表示沉重的负荷(kN)在单位长度内,顶板的厚度(m)主要的屋顶,以及岩石的沉降(m)一个在位置B′。

宽度x₀极限平衡区在煤炭方面的支持力量σ煤的塑性区分别表示如下(33]: 在哪里c₀和φ分别指的是凝聚力(MPa)和内摩擦角(°)之间的接口与屋顶和地板层煤层;h_d,一个,k,γ,H,p_x表示煤层的厚度(m),侧压力系数,最大应力集中系数、平均体积密度(kN / m³)地层,开采深度(米),和支持力量(MPa)的煤,分别。

在这种情况下,它执行块岩石应力分析是可行的一个和B利用静力平衡法计算所需的支架阻力达到巷道稳定。

至于岩石块B,可以实现根据静力平衡方程 , ,和 。

根据(13)(15),岩石的剪切力一个(N_一个),B(N_B)可以计算:

至于岩石块一个,可根据以下方程 :

同时解决(10)(18),支架阻力P_我需要达到巷道稳定性可以计算:

它可以看到从(8),保持巷道的屋顶呈现最大垂直位移在屋顶的侧切。因此,必须更多的关注加强支持屋顶上的屋顶的切割巷道。如图11巷道顶板主要是由煤炭,巷道的支护结构内的动态压力区保留巷道。因此,有必要加强支持基于主巷道的支持。上的合力支持所需达到巷道稳定可以根据计算(19)。

4.1.3。在保留巷道稳定的区域

煤矸石的采空区稳定区域的保留道路已经完全屈服了,压实;此外,主要的旋转屋顶及其上覆地层停止。在这种情况下,岩石破碎煤矸石可以支持梁;此外,覆岩运动停止,巷道顶板趋于稳定。在这种情况下,巷道的简化力学模型如图13。

至于岩石块B可以根据获得的,下列方程(8):

至于岩石块一个可以实现基于以下方程 :

根据(20.)(22),支架阻力在巷道的稳定区域内保留道路可以计算:

在(23),煤矸石的支持力量的采空区在屋顶可以削弱巷道支架阻力。因此,至关重要的是最大化的承载力碎石方保留巷道的稳定区域。通过比较(23)和(19),可以发现,它是可行的消除巷道中的临时支持逐步按照stress-monitoring巷道的结果:如果 ,所有临时支持巷道中移除。

它可以看到从(6),(19)和(23)要求在巷道支架阻力在不同个与倾角增加逐渐减少。屋顶的最大挠度的动态压力区保留巷道附近发现了矿业的一面。因此,加强附近的屋顶矿业权证更大的关注,从而减少支持成本的前提下保证顶板的稳定性。

4.2。变形特性的分析屋顶在条目保留通过屋顶削减

图14显示的变化在不同的位置保留道路负载下的屋顶(在两个条件下)。从图可以看出,巷道屋顶总是切削变形条件没有屋顶。巷道顶板达到1.52米的平均沉降的加载阶段;减压后屋顶切割、巷道顶板逐渐企稳2000年之后加载步骤。的平均沉降稳定巷道顶板为0.55 m,之前结果相比减少64%屋顶切割。

屋顶的垂直位移的云图,如图15。根据屋顶塌陷的空间特点,巷道顶板的位置与最大沉降两种情况下都是在靠近采空区(屋顶切割),符合的结果推导出(25)。减压后屋顶切割、平均附近的侧顶板沉降屋顶60米的范围内减少工作面背后是0.55;在同一位置,巷道顶板没有屋顶的平均沉降减少可以达到2.78米,这是五倍,在前一种情况中。在这种情况下,这意味着失败和崩溃发生在巷道。

4.3。在不同的个顶板支护系统的建立

4.3.1。先进的区域保留巷道

岩石力学性能将逐渐变得弱爆破、施工干扰下(34]。巷道顶板削弱略切割爆破和采动的影响下动态压力。欧元区的支持系统可以通过应用构造NPR电缆和单一的道具,如图16。据分析3.4节的本构模型支持系统是由连接年代身体和库仑身体并行(称为S-N-S模型),如图16。

在这些并行的情况下,支持系统的总压力是压力的总和在各种并行元素,和总应变等于总菌株在不同并行的元素,如下所示:

模型的本构方程表示如下:

条件是屋顶熊只有一个低压、支持系统不受屈服变形(ε₁和ε₄= 0)。支持系统的支架阻力主要是NPR提供的电缆和单一的道具在弹性变形的形式,这是计算如下:

当屋顶压力高、支持系统受到屈服变形(ε₁和ε₄非零)。支持系统的支架阻力主要是常数所提供的阻力σ₁NPR的电缆和额定工作阻力σ₄单一的道具,计算如下:

根据(27)和(28),它可以发现,支持系统的先进区保留道路显示以下力学特性:支持抵抗外部荷载增加而增加。在达到最大阻力的支持单位,系统可以产生变形和变形期间保持恒定的刚度。

4.3.2。的动态压力区保留巷道

煤矸石的扰动下的屈服采空区覆岩运动,巷道的围岩是倾向于动态灾难,影响岩石结构的长期稳定性和岩石工程(35]。在巷道这需要支持系统提供足够的阻力控制顶板沉降的速度,因此岩石梁可以接触的煤矸石缓慢和控制方式;因此,有必要建立支持系统利用NPR电缆,一个道具,滑动式gangue-retaining u形钢构件而形成的结构。在这种情况下,合并后的本构模型的三个支持单位是由连接三个年代的身体和库仑身体并行(称为S-N-S-S模型),如图17。

强调各单位等于强调各种并行元素的总和,总应变是相当于菌株在不同并行元素,由以下方程:

模型的本构方程表示如下:

电阻是由的支持

当屋顶压力很低,支持系统不受屈服变形(ε₁,ε₄,ε₆是零)。的支架阻力提供的支持系统主要是弹性变形的NPR电缆,单一道具,和gangue-retaining结构形成的u形钢构件,给出了

屋顶熊高压条件,支持系统发生屈服变形(ε₁,ε₄,ε₆非零)。支持系统的支架阻力主要是常数所提供的阻力σ₁NPR电缆的额定工作阻力σ₄单一的道具,最大静摩擦σ₅gangue-retaining u形钢构件之间的结构,给出了

根据(32)和(33),支持系统的机械特性的动态压力区保留巷道所示如下:不同支持单位可以协同变形。当各支持单位不达到他们最大阻力的支持,支持系统提供的支架阻力逐渐增加而增加屋顶变形。抵抗各种支持单位后达到最大,最大阻力提供的支持系统的速度和压缩量有关单一道具。因此, 在(33)可以被看作是一个固定值;后来,σ也成为一个固定值的变化ε。这意味着支持系统可以实现收益率在恒阻力达到最大值后支架阻力,从而实现协同变形之间的屋顶和支持结构。此外,屋顶压力转移到采空区的煤矸石。如果支持的力量是不够的, 变得非常大,破裂或弯曲一个道具,因此面临着崩溃。

4.3.3。保持巷道的稳定区域

采动动态压力消失,煤矸石在采空区可以支持巷道顶板及其上覆地层。因此,巷道顶板趋于稳定。在此条件下,岩石梁的主要支持屋顶煤和煤矸石形成稳定的结构。直接的屋顶是暂停主屋顶NPR以下电缆。因此,它是可行的退出单一道具和保留NPR电缆和滑动式gangue-retaining结构支持屋顶和留住煤矸石。在这种情况下,组合两个支持单元本构模型是利用了两个年代的身体并行连接(称为S模型),如图18。

在此条件下,总应力和应变之间的关系与各种并行的压力和紧张元素支持系统满足以下方程:

模型的本构方程如下所示:

支持系统提供的支架阻力计算如下:

在这个阶段,巷道顶板趋于稳定,因此可以认为总变形ε支持系统的稳定;因此,这两个ε₁和ε₆在(036)。提供的支持力量支持系统计算如下:

因此,支持系统的稳定区域保留道路仍然可以提供持续支持巷道顶板的阻力。在此条件下,巷道顶板保持稳定的联合支持下采空区的煤矸石,NPR电缆,滑动式gangue-retaining结构形成的u形钢构件。不被打扰,支持系统的压力不会变化。

因此,建立支持系统在不同个能够适应在不同个屋顶的变形特性。在玩的前提下系统中最强的配角,他们能够意识到产生恒定的阻力和保证可控变形的屋檐下,从而最终确保保留了巷道的稳定性。

4.4。工程试验效果

巷道的屋顶和地板之间的融合,强调单一的道具在入口保持监控,如图19和20.:顶底板巷道的变形主要是在0和150之间在工作面后面。在第一55米,屋顶和地板移动得更快,屋顶的沉降达到47毫米,占总数的61%变形;屋顶和地板之间的融合是147毫米,占总数的57%变形;在55到150在工作面巷道顶板的运动减慢,逐渐企稳150米之外。最终,屋顶塌陷,底鼓和巷道的屋顶和地板之间的融合达到77,180,和257毫米。

根据每个单一支柱上的压力的变化,可以看出整个entry-retaining过程可分为三个阶段:(I) Pressure-growth阶段:在0 - 20 m的范围在工作面,每一个道具的压力不断增加。在这个阶段,单一的道具还没有达到其额定工作阻力,阻力和支持线性上升而增加屋顶塌陷。(2)收益率在恒压阶段:在20到150工作面,屋顶的变形和变形速率很大,因此单个道具的支架阻力迅速增加压缩由于未能及时泄漏液体通过溢流阀。因此,发现电阻波动。(3)稳定阶段:超过150工作面,屋顶不再减少,以及每一个道具的压力逐渐企稳。这表明破碎的岩石已经能够提供稳定的支持上覆地层主要的屋顶。在这种情况下,单一的道具可以逐步撤离,只留下地脚螺栓(电缆)和滑动式gangue-retaining结构形成的u形钢构件在巷道支撑屋顶。

通过全面分析巷道的变形特性和应力特征,单一的道具,支持系统经历三个阶段,即:收益率,压力增长,在不断抵抗,然后稳定,顶板运动的影响下在条目保留。它可以适应变形特点和满足需求的支持,保持巷道的屋顶。后退出单一道具(图21),最后收敛的屋顶和地板之间的道路达到257毫米,显示条目保留的有利效应。

5。讨论

5.1。的结构模型和机械特性保持巷道的围岩

围岩结构的简化力学模型在不同个屋顶切割形成的保留巷道在倾斜煤层成立;公式预测巷道支架阻力的获得;这是用来计算顶板变形的特点和支持需求下的巷道煤层的倾角的影响。这与以前的研究不同水平煤层(10- - - - - -16]。然而,矿业动压的影响不是反映在公式;采矿动压的影响应充分考虑支持系统的建设。

由于先进的动压力产生的影响在采矿、保留的先进区巷道的屋顶有必要提高巷道的支持力量抵制先进的动态压力。屋顶的动态压力区保留道路可以视为悬臂梁由煤和另一端一端暂停。影响覆岩运动和煤矸石的屈服,屋顶消退。在这种情况下,所需的支架阻力区域最大化。保持巷道的稳定区域的屋顶可以作为一个简支梁,一端由煤和煤矸石支持的另一端。采动影响的动态压力消失:在这种情况下,它是可行的削弱的支架阻力区,保持巷道稳定依靠煤和煤矸石。

5.2。屋顶的变形特征在条目保留通过屋顶削减

我们已经获得了巷道顶板的变形特征的条件下屋顶,没有屋顶cutting。通过比较分析,发现当缓解压力,屋顶切割、巷道顶板逐渐企稳2000加载步骤之后,这表明煤矸石在采空区压实;在这种情况下,巷道顶板是同步支持的煤和煤矸石在采空区和最终趋于稳定;没有卸压在屋顶切割、煤矸石未能提供有效的支持力量巷道顶板和上覆地层由于屈服在一定的高度。结果,巷道顶板遭受显著下沉,然后崩溃。它可以发现,给定一个足够的高度减少屋顶时,实现的关键self-stabilisation的巷道,巷道的支持可以保证一个可控旋转和沉降的屋顶从煤矸石获取支持。

5.3。在不同的个顶板支护体系的变形特性

根据支持材料的力学特性,支持系统的流变力学模型和本构方程,首次建立了道路在不同的个。

我们发现屋顶的先进区保留道路正在慢慢变形。在这种情况下,支持系统提供的支架阻力上升与屋顶的变形增加,从而抑制屋顶塌陷。这是因为NPR电缆还没有达到恒定阻力,和单一道具还没有达到额定工作阻力;力支持交付的支持系统主要通过弹性变形的钢链NPR电缆和单一的道具。

保留的屋顶在动压区巷道明显变形。支持系统可以保持各种支持单位所有的阻力恒定电阻后达到最大,从而实现协同变形的屋顶。这是因为支持单位已达到最大支持抵抗,NPR电缆实现滑移产生的固定电阻设备,和单一道具意识到通过安全阀泄漏的液体。因此,巷道顶板和上覆地层控制与脉石的血统联系。

至于保留巷道的稳定区域,支持系统不再是畸形的。这是因为主屋顶上的压力已经转移到煤矸石在采空区,在一个恒定的前提下支持抵抗,煤矸石的支持系统相配合,以确保巷道顶板的稳定性。

5.4。优势和局限性

技术克服了浪费资源引发的保留和放弃支持煤柱,它已广泛应用于身体滑向接近水平的,后薄,中厚,厚煤层(10,11,36,37]。在这项研究中,巷道保留使用屋顶切割技术被成功地应用于一个倾斜煤层,这就解决了在采矿和浪费资源的问题提供指导未来的项目依赖于巷道保留屋顶削减在类似地质条件下形成的。

应该指出,这项研究并没有充分考虑影响煤层厚度和岩性变化的屋顶在斜屋顶切割形成的保留巷道煤层。在未来的研究中,研究巷道保留通过屋顶切割煤层的不同厚度和不同顶板条件下应该进行。

6。结论

构造演化的探索保留巷道周围岩石的变形由屋顶削减在倾斜煤层,支持系统的屋顶在不同个保留巷道在实践中建立和应用。是得出以下结论:(1)围岩结构力学模型的先进区,动态压力区,保持巷道的稳定区域由屋顶削减在倾斜煤层分别建立。在此基础上,在相应的个和屋顶的变形公式预测巷道支架阻力的获得。这些提供一个理论依据的参数设计保留在倾斜煤层巷道通过屋顶削减。(2)通过数值模拟结果表明,保持巷道的屋顶,屋顶切割后趋于稳定下沉的约0.55 entry-retaining过程;巷道顶不顶切总是消退,是畸形的。这意味着保持巷道的屋顶由屋顶可以有效地支持减少煤矸石后的采空区沉降在一定距离,从而实现self-stabilisation巷道。(3)针对不同个的压力特性和机械的self-stabilisation巷道的特点,建立了相应的支持系统个运用NPR电缆,单一的道具,滑动式gangue-retaining使用u形钢构件结构形成。此外,三个流变力学模型(S-N-S S-N-S-S, s)对应于支持系统及其本构方程提出了。(4)支持系统的工作原理在不同个从流变力学的角度进行分析。结果表明,建立支持系统可以实现产生的电阻不变的前提下提供最大限度的支持,各单位之间的电阻。此外,屋顶压力慢慢转移到煤矸石在采空区,从而最终实现控制巷道的稳定。(5)通过原位测试和测量结果表明,支承系统最好的放在pressure-growth阶段gob-side entry-retention过程背后的前20米内工作面;系统主要实现收益率在恒压下背后的一系列20到150工作面;背后的屋顶会稳定在150工作面。最终收敛的屋顶和地板之间的道路达到257毫米,显示优惠entry-retention效果。

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有关的出版。

确认

这项研究是由中国国家自然科学基金(没有。52074300);贵州省科学技术厅联合基金项目,中国(没有。LH[2017] 7036号);和青年科技人才成长的项目贵州省级教育部门(没有。肯塔基州[2018]414)。

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