Ricerca sui principali fattori d'influenza e tecnologia di supporto completa per pressione dinamica e grande deformazione della carreggiata

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 4136 (2023) Citare questo articolo

343 accessi

Dettagli sulle metriche

Per determinare i principali fattori che influenzano la pressione dinamica e le grandi deformazioni delle carreggiate, è stata progettata una serie mirata di tecnologie di supporto. È stata presa come esempio la carreggiata 2603 della presa d'aria della miniera di carbone Zhangcun a Lu'an, nella provincia dello Shanxi. L'influenza della faglia normale di Wenwangshan Sud e del campo di sollecitazione in situ sulla carreggiata a pressione dinamica è stata analizzata teoricamente e sono stati determinati i principali fattori che influenzano questa pressione dinamica e la grande deformazione della carreggiata in condizioni geologiche naturali. L'effetto dello schema di supporto stradale esistente è stato valutato mediante metodi di prova sul campo come prove non distruttive sui bulloni. L'influenza dell'estrazione di due fronti di lavoro sulla pressione dinamica e sulle grandi deformazioni della carreggiata è stata studiata con il metodo di simulazione numerica FLAC3D. Su questa base, è stato sviluppato un nuovo materiale per la iniezione, è stato proposto un set completo di schemi tecnici di supporto cooperativo integrato a sezione intera della pressione dinamica e delle strade a grande deformazione, ed è stato verificato l'effetto dell'applicazione sul campo. I risultati hanno mostrato che in condizioni geologiche naturali, la carreggiata della presa d’aria 2603 si trovava all’interno del raggio di influenza della faglia normale sud di Wenwangshan, che era significativamente influenzata e controllata dalla faglia. L'angolo compreso tra la direzione di estensione della carreggiata e la massima sollecitazione principale era di 74°, il che non era favorevole alla stabilità della carreggiata. La portata della zona libera della carreggiata era ampia. Nelle condizioni di supporto esistenti, la roccia circostante non poteva formare una struttura relativamente stabile, che è stata una delle ragioni principali della grande deformazione della roccia circostante nella carreggiata a pressione dinamica. La carreggiata della presa d'aria 2603 è stata interessata dall'attività mineraria sia del fronte di lavoro adiacente che del fronte di lavoro 2603. Le sollecitazioni si sovrapponevano e la carreggiata era notevolmente deformata e danneggiata. È stato sviluppato un nuovo materiale per la stuccatura. Un agente reticolante preparato da toluene diisocianato e polietere poliolo è stato aggiunto al materiale poliuretanico esistente per formare un nuovo materiale per malta ed è stato proposto uno schema tecnico di supporto completo. I risultati dell'applicazione sul campo hanno mostrato che lo spostamento e il sollevamento del pavimento di entrambi i lati della carreggiata sono stati ridotti di circa l'87%, la deformazione e il cedimento dell'ammasso di carbone e roccia della carreggiata sono stati efficacemente controllati e la deformazione della carreggiata a pressione dinamica è stata molto ridotto.

Le risorse di carbone della Cina si sono formate in molti periodi diversi, con condizioni di maturità e distribuzione complesse. Oltre il 90% della produzione delle miniere di carbone proviene dall'estrazione di pozzi1; quindi, le strade svolgono un ruolo vitale nella produzione delle miniere di carbone in Cina. La lunghezza totale delle strade delle miniere di carbone in Cina raggiunge i 50.000 km e la maggior parte delle strade di preparazione e di recupero sono disposte in giacimenti di carbone, di cui la lunghezza delle strade di recupero rappresenta oltre il 60% della lunghezza totale delle strade2. Le strade dei giacimenti di carbone formeranno strade a pressione dinamica sotto l'influenza dell'attività mineraria o di altre influenze dinamiche; la deformazione delle strade a pressione dinamica è spesso ampia e i lavori di rilavorazione sono frequenti, il che aumenta significativamente i costi di supporto, influisce gravemente sulla produzione sicura ed efficiente delle miniere e limita la produzione intensiva delle miniere di carbone. Pertanto, la chiave per ridurre la deformazione delle strade a pressione dinamica e il costo del sostegno è chiarire i principali fattori che influenzano la grande deformazione delle strade a pressione dinamica e selezionare e migliorare le misure di sostegno in modo mirato.

Per quanto riguarda i principali fattori che influenzano la grande deformazione prodotta dalle strade a pressione dinamica, Li3 ritiene che l'aumento dell'area della sezione stradale sia uno dei principali fattori della grande deformazione prodotta dalle strade a pressione dinamica. Secondo Liang4, la quantità di spostamento della superficie stradale aumenta più rapidamente nella fase iniziale del movimento della carreggiata. All’aumentare della distanza dall’avanzamento, l’entità della deformazione della carreggiata tende gradualmente a stabilizzarsi. Zhang5 e Liu6 hanno considerato che quando la carreggiata di recupero del giacimento di carbone si trova a una grande profondità di interramento, le proprietà meccaniche delle piastre superiore e inferiore della carreggiata cambieranno, il che è uno dei fattori principali per la grande deformazione della carreggiata a pressione dinamica . Li7 ha ritenuto che la ragione principale della grande deformazione delle carreggiate a pressione dinamica siano le sollecitazioni sopportate dalla piastra superiore della carreggiata e che i due gruppi vengono rilasciati attraverso la piastra inferiore della carreggiata non supportata. Liu8 ha ritenuto che la debole litologia delle lastre superiori e inferiori della carreggiata sia il principale fattore che influenza la grande deformazione e il danno della carreggiata. Sun9 ha ritenuto che l'intervallo di controllo della struttura di supporto delle aste di ancoraggio è inferiore alla profondità del danno della carreggiata e che il cedimento di alcune barre di ancoraggio e cavi di ancoraggio nella carreggiata è la ragione principale della grande deformazione della carreggiata a pressione dinamica . Wang10 ha analizzato il fenomeno del danneggiamento delle strade a pressione dinamica e la legge di evoluzione dello stress delle rocce circostanti e ha concluso che la reciproca sovrapposizione dello stress indotto dall'estrazione mineraria e dello stress verticale delle colonne di carbone è il fattore principale che influenza la grande deformazione delle strade a pressione dinamica. Zheng11 ha studiato il meccanismo di deformazione e danneggiamento e la tecnologia di rinforzo della roccia circostante di un gruppo stradale sottoposto a forte pressione dinamica e grande deformazione e ha concluso che la concentrazione di stress generata da densi pilastri di carbone e la retrazione del fronte di lavoro sono i due fattori principali che controllano la grande deformazione della roccia circostante nel gruppo stradale. Cai12 ha concluso che la ragione principale della distruzione della roccia circostante nella camera della carreggiata è che la direzione assiale della carreggiata è perpendicolare o obliqua rispetto alla direzione della massima sollecitazione principale. Yuan13, basandosi sulla teoria elastico-plastica e sull'indagine e analisi sul campo, ha stabilito il modello meccanico di una carreggiata circolare in un ambiente di pressione dinamica profonda, ha derivato l'equazione implicita del confine della zona plastica e ha inoltre rivelato il grande meccanismo di deformazione di un profondo carreggiata mineraria a pressione dinamica. Kuai 14 ha utilizzato software di simulazione numerica come FLAC3D e ANASYS e test di laboratorio per ottimizzare i parametri dei materiali di supporto in conformità con l'ambiente di sollecitazione rocciosa circostante e le caratteristiche di deformazione della carreggiata, combinati con il cedimento dei materiali di supporto della carreggiata nella sezione di rottura interessata dalla pressione dinamica . Chen15 ha studiato modelli meccanici della microstruttura di bulloni, cavi di ancoraggio e di tipo I e cavi di ancoraggio e superfici di scorrimento basati sulle caratteristiche di deformazione delle strade di miniera a pressione dinamica in un fronte di speleologia completamente meccanizzato e sulle distribuzioni di due tipi di superfici di scorrimento e ha proposto il supporto l’idea di “portare l’alto e il basso, controllando i due lati”. Liu16, in base allo stato di stress della roccia circostante e alle condizioni geologiche, ha stabilito che la carreggiata trasversale di trasporto nell'ala sud di una miniera dovrebbe seguire il principio di "complementazione rigida e flessibile, combinazione di lungo e breve, iniziativa tempestiva, coordinamento e controllo". Wu17, sotto l'influenza di vari fattori, ha monitorato le sollecitazioni del cavo di ancoraggio ed effettuato un'analisi sistematica delle sollecitazioni per valorizzare appieno il ruolo di supporto attivo del cavo di ancoraggio e fornire dati di base per l'ottimizzazione dello schema di supporto. Wu18 ha proposto il controllo della roccia circostante della carreggiata rimanente in un fronte di lavoro di grande altezza mineraria utilizzando la tecnologia di supporto di accoppiamento e compensazione della pressione e ha ottenuto risultati notevoli.