数值地面调查的反应在特厚煤层Gob-Side条目

文摘

本研究针对的是周围的岩体大变形现象gob-side条目在20米特厚煤层。以8211年后挡板为工程背景,采用数值调查分析gob-side条目的变形规律。研究结果如下。(1)因为眼前的屋顶是由弱煤炭质量厚度17米,屋顶煤炭质量是容易失败与上覆地层压力的影响;因此,视觉沉降屋顶煤炭质量的最大收敛观察800毫米。(2)煤柱的承载能力显著低于面板的肋骨,导致地面压力下的柱更容易失败,然后生成大型挤压变形。(3)屋顶和面板肋在剪切破坏状态故障约5米的深度。塑料煤柱是完全在一个国家的失败。(4)支持计划包括一个非对称锚梁桁架,屋顶角锚索,锚索组合结构提出了。现场工作证实,这种支持方案可以有效地控制周围的岩体的变形和破坏gob-side条目。 This study provides the theoretical basis and technical support for the control of rocks surrounding the gob-side entry in similar conditions.

1。介绍

厚及特厚煤层资源丰富的中国,和他们的储量和产量约占总数的45% (1]。目前,厚及特厚煤层已经成为在中国的主要煤层煤矿。Gob-side条目是最常用的厚及特厚煤层开采模式,主要是保留大约20到50米宽煤柱相邻板进行煤炭开采。近年来,gob-side条目保留与6 - 10米宽煤柱已经开始推广和应用在厚煤层(2,3]。然而,由于采矿活动引起的支承压力高,gob-side条目的屋顶,双方容易大规模的变形和破坏,以及恶性事故,如塌顶和肋骨剥落(4- - - - - -7]。因此,gob-side条目的稳定控制已经成为一个关键因素限制高产量,效率,特厚煤层的安全开采。

近年来,学者们进行了大量有益的研究在地上gob-side条目在特厚煤层的稳定。张等人提出了一个全面的现场调查的地面响应引起的煤巷受到高应力提取17米厚煤层(8]。玉等人指出gob-side条目的失效模式,研究失败的影响结构在煤柱的稳定性9]。李等人进行了一项研究关键岩石之间的平衡条件块gob-side条目并提出了条目上方的支架阻力定量(10]。沈等人指出,屋顶的中间部分是控制围岩的主要部分,和三种提出有针对性的控制技术(11]。峰等人提到加强与高强度螺栓的煤柱围岩稳定具有重要意义[12]。然而,他们的研究受到各种限制。以前的研究主要是基于特定的地质条件。在现实中,由于地质条件的复杂性和影响各种厚煤层的基地,相应的变形和破坏规律及其控制方法的gob-side条目显示伟大的多样性13- - - - - -19]。特别是,很少有研究gob-side条目的变形规律和控制技术在特厚煤层的厚度近20米。

本研究的目的是为了获得更好的理解稳定原则gob-side条目的特厚煤层。在这项研究中,应用FLAC3D数值模拟软件被用来分析位移的分布特征,压力和失败字段gob-side条目的一个额外的煤层。因此,变形和破坏法律gob-side入口了,因此,有针对性的控制技术推导和应用领域。

2。项目概述

测试网站是8211年面板。# 5的结合煤层,# 3,# 3⁻¹开采,在平均20.86米厚。# 5煤层的平均厚度为13.76米,3号煤层为5.19 m,和# 3⁻¹煤层是1.91米。眼前的屋顶是一个粗砂岩平均厚度7.3米,灰白色,粗粒度的,大规模的结构。主要的屋顶是一个细砂岩,平均厚度14.7米,灰白色,中等粒度,和大规模的结构。眼前的地板是泥岩,平均厚度5 m。

测试网站后挡板8211;这是一个矩形截面高度5米,宽3米。后挡板之间的煤柱及相邻采空区小组8210年8米宽,如图1。在实际工程实践中,以确保正常的开采和挖掘我的,8211后挡板驱动面板8210年开采后不久。因此,它成为一个紧迫的任务进行研究周围的岩体变形和破坏法律8211年后挡板。

3所示。数值分析的稳定机制在特厚煤层Gob-Side条目

众所周知,煤岩体可能有大量的不连续,影响地下结构的稳定性或多或少,这取决于断层的力学行为。尽管continuum-based方法不能模拟不连续岩体属性估计从完整的核属性使用Hoek-Brown则可以在模型中执行,这是有效的属性占岩石不连续。因此,在本节中,应用FLAC3D模拟软件被用来分析位移的分布特征,压力,和失败的字段在gob-side条目驱动窄煤柱(20.,21]。

应该注意的是,由于这些不连续是不被认为是在这项研究中,我们的模型生成的结果将与实际值略有不同的现实。和未来研究建议包括这个因素的影响。

3.1。数值模型建立和仿真方案

根据实际地质生产条件面板的8211年,一架飞机数值模拟计算模型(参见图成立2)。该模型是200米长x方向。的z设在模型的高度是108.5米。水平和底部边界的速度设置为0。上限为7.5 MPa的压力应用,代表着过重的压力。水平应力应用x- - -y模型的方向,和侧压力系数设置为1.2。

煤岩体被定义为莫尔-库仑模型。岩石/煤质量特性要求的数值模型获得属性的一个完整的核心使用RocLab 10.0软件程序,基于广义Hoek-Brown失败标准(见表1)。仿真过程如下:初始应力计算平衡⟶面板8210矿业⟶开挖gob-side条目。

3.2。分析仿真结果

垂直和水平位移的分布轮廓图所示3。结果如下:(1)垂直位移的分布特征:总的来说,垂直位移的煤柱上方的屋顶煤炭的身体(平均约1200毫米)要大得多比屋顶煤炭的条目(平均约700毫米)。从表面进入的深度3.5米,屋顶煤炭的身体表现出整体下沉趋势,平均下降约800毫米,如图3(一个)。上述垂直位移分布特征可以归因于以下原因。(1)开采煤层的厚度达到20米,沿煤层和入口是驱动层。结果,直接顶的入口是一个软弱和破碎煤炭质量厚度接近17米。它是容易大规模失败在强大的采矿活动,这将导致微不足道的伤害整体(22,23]。(2)与板肋相比,煤柱肋有一个较小的规模和较弱的承载力。在同样的上覆岩层运动,其整形失败的范围更大,进而导致更大的垂直位移的屋顶煤柱煤身体之上。(2)水平位移的分布特征:从浅到深,肋骨面板的水平位移逐渐下降,与700毫米的最大位移发生在中间面板的肋骨。煤柱一侧也提出了类似的变形特征,但面板的变形值大于肋骨,达到900毫米,如图3(b)。这一现象的原因是,煤柱的承载能力远小于面板的肋骨。因此,有必要提高煤柱的支持力量。

塑性区和垂直应力分布的围岩gob-side条目8211年面板如图4。(1)塑性区分布特征:从图可以看出4(一)屋顶煤岩体在大型剪切破坏状态,和失败的深度约为5米。面板和煤柱的肋骨在剪切破坏模式。面板的故障范围约为5米,煤柱和肋骨在塑性状态失败。浅煤体内的屋顶和两侧,在拉伸断裂模型。(2)垂直应力分布特征:从图4(b),可以看出,条目的浅层煤炭的身体是一种应力释放的状态,平均应力值小于1 MPa。板肋,峰值应力约20 MPa发生9米肋侧,和应力集中系数约为2.2。煤柱的肋骨,最大应力发生8 MPa,大于原岩应力的7.5 MPa。(3)基于应力和塑性区分布趋势的两根肋骨,可以得出结论,虽然煤柱是完全的剪切破坏,煤体内的压力超过了原始压力在1.5 m煤柱的核心部分。这表明煤柱仍有一定程度的承载力,可以满足当前对地面控制的需求。然而,它还需要控制浅煤的塑性损伤范围的身体来避免过度煤柱的水平位移。

4所示。地面控制围岩的Gob-Side条目

4.1。围岩的控制原理Gob-Side条目

根据实际地质生产条件和特点的围岩gob-side条目,煤炭质量的过程后挡板的变形和破坏8211年分析如下。(1)8211年后挡板驱动沿煤层的层线,和眼前的屋顶是17米厚弱煤与裂缝的身体。入口开挖期间,受到矿山压力的影响,煤炭的身体会逐渐接受塑料由浅到深的失败,因此,屋顶会下沉,明显变形。(2)在上覆地层运动,煤柱肋骨都在塑料失败状态,和煤柱的承载能力小。在强大的矿山压力,煤柱肋发生挤压变形,造成显著的水平位移。

基于上面的数值分析,以确保安全和稳定的后挡板8211其服务期间,地面控制应从以下几方面(24,25]。(1)煤柱的完全的塑料失败;屋顶上的结果,它的支持力量是小,容易失败。因此,提高支持煤柱强度的关键是控制围岩的变形gob-side条目。(2)gob-side条目的屋顶是由煤炭疲软的身体。受到强烈的诱导的采矿行动条目驾驶和面板撤退,周围的煤体条目将严重失败,导致了相对较高的沉重压力。因此,有必要采用支持组件与一个更大的表面积,提高强度的围岩表面的支持。

4.2。控制技术与窄煤柱Gob-Side条目在特厚煤层

支持方案,包括高强度螺栓,强大的屋顶锚,和煤柱加固锚,决心,如图5。具体参数如下。

进入屋顶采用了φ20×2600毫米螺纹钢螺栓,行间距为900×900毫米。每一行被安排与6个螺栓。螺栓在双方向外倾斜15度,和其他垂直排列。螺栓是由钢筋阶梯梁的连接φ14毫米圆钢焊接。

锚电缆直径为17.8×8250毫米被选中,和行之间的间距为1050×1800毫米。四个锚电报被安排在每一行。群锚的双方向外倾斜15度,16通道钢铁是用于连接,中间锚索是垂直的屋顶。20×2600毫米螺纹钢螺栓选择煤柱面板肋骨和肋,行间距为1000×900毫米,和每一行有4个螺栓。锚杆在屋顶向上倾斜15度,和锚杆的地板是向下倾斜15度。其余的垂直排列在两边和通过钢梁焊接连接φ12毫米圆钢。煤柱肋,预应力锚电报被安排在两个相邻行螺栓的距离为900毫米。上锚电报被向上倾斜15度,和底部锚电缆是向下倾斜15度。

5。工程应用

在8211年后挡板的开挖,四个测量站安排在入口距离为50米。JSS30数显收敛计是用于测量。入口屋顶和两侧的位移在开挖期间图所示6。可以看出,地表位移的条目显示变化趋势“煤柱肋>固体煤肋>屋顶。”最后,煤柱是131毫米的变形,面板的变形肋是125毫米,屋顶的沉降是99毫米。可以看出,8211年后挡板的围岩变形是在可控的范围内,可以满足正常的面板的需求挖掘。网站支持的照片效果如图7。应该注意的是,提出支持方案的适用性在其他煤矿需要研究因为每个煤矿可能有不同的地质和采矿条件,大大影响支持参数设计。还需要进一步的案例研究来提供一些支持方案设计的一般原则。

6。结论

(1)因为眼前的屋顶是由弱煤炭质量厚度17米,屋顶大规模煤炭质量是容易失败与上覆地层压力的影响;因此,视觉沉降屋顶煤炭质量观察最大800毫米收敛。(2)煤柱的承载能力显著低于面板的肋骨,导致地面压力下的柱更容易失败,然后沿着水平方向产生大规模的挤压变形。(3)根据煤矿的地质生产条件和围岩的变形和破坏法律沿着gob-side条目,支持计划包括一个非对称锚梁桁架,屋顶角锚索,锚索组合结构提出了。

应该注意的是,最优支持方案和煤柱尺寸强烈依赖于地质和采矿条件。此外,这项研究仅仅是基于一个特定的煤矿模型。还需要进一步的案例研究来提供一些gob-side大门道路稳定性设计的一般原则。然而,本研究提出的建模过程是必要的设计在其他煤矿产量支柱。

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。

引用

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