Deformation and failure mechanisms and support structure technologies for goaf-side entries in steep multiple seam mining disturbances

• Autorzy: Xie Panshi , Wu Yongping

Identyfikatory

DOI

10.24425/ams.2019.129369

Warianty tytułu

PL

Mechanizmy powstawania odkształceń i pękania oraz technologie wzmacniania i zabezpieczania ścian chodników w wyrobiskach nachylonych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Entries in steeply pitching seams have a more complex stress environment than those in flat seams. This study targets techniques for maintaining the surrounding rock mass stability of entries in steep seams through a case study of a steep-seam entry at a mine in southern China. An in-depth study of the deformation and instability mechanisms of the entry is conducted, employing field measurement, physi-cal simulation experiment, numerical simulation, and theoretical analysis. The study results show that the surrounding rock mass of the entry is characterised by asymmetrical stress distribution, deformation, and failure. Specifically, 1) the entry deformation is characterised by a pattern of floor heaving and roof subsidence; 2) broken rock zones in the two entry walls are larger than those in the roof and floor, and the broken rock zone in the seam-floor side wall is larger than that in the seam-roof side wall; 3) rock bolts in the middle-bottom part of the seam-floor side wall of the entry are prone to failure due to tensile stress; and 4) rock bolts in the seam-roof side wall experience relatively even load and relatively small tensile stress. Through analysis, disturbances were found to occur in both temporal and spatial dimensions. Specifically, in the initial mining stage, the asymmetrical rock structure and stress distribution cause entry deformation and instability; during multiple-seam multiple-panel mining operations, a wedge-shaped rock mass and a quasi-arc cut rock stratum formed in the mining space may cause subsidence in the seam-floor side wall of the entry and inter-stratum transpression, deformation, and instability of the entry roof and floor. The principles for controlling the stability of the surrounding rock mass of the entry are proposed. In addition, an improved asymmetrical coupled support structure design for the entry is proposed to demonstrate the effective control of entry deformation.

PL

Chodniki w wyrobiskach biegnących po upadzie charakteryzują się bardziej złożonym rozkładem naprężeń niż wyrobiska poziome. Celem niniejszej pracy jest zbadanie technik stabilizowania górotworu w otoczeniu chodników nachylonych na podstawie studium przypadku chodnika o dużym stopniu nachylenia w jednej z kopalń w południowych regionach Chin. Przeprowadzono dogłębną i szczegółową analizę mechanizmów powstawania odkształceń i niestabilności w wyrobisku w oparciu o pomiary w terenie, eksperymenty w symulowanych warunkach fizycznych, symulacje numeryczne oraz analizy teoretyczne. Uzyskane wyniki wskazują, że górotwór w bezpośrednim otoczeniu chodnika charakteryzuje się asymetrycznym rozkładem naprężeń, odkształceń oraz pęknięć. W szczególności, analiza odkształceń wskazuje: 1) występowanie pęcznienia spągu oraz osiadania stropu, 2) strefy spękań skał w obydwu ścianach bocznych chodnika są większe niż strefy spękań w spągu i stropie, a strefa spękań w ścianie bocznej od strony spągu jest większa niż w pobliżu stropu; 3) podpory kotwiące w części środkowej ściany wyrobiska od strony spągu mają tendencje do pękania wskutek naprężeń rozciągających; 4) naprężenia działające na kotwy stabilizujące ścianę boczną chodnika w części bliżej stropu są stosunkowo równomierne, z kolei występujące naprężenia rozciągające są relatywnie niewielkie; Analizy wykazały występowanie zaburzeń zarówno w ujęciu czasowym jak i przestrzennym. Na etapie rozpoczęcia prac wydobywczych odkształcenia i niestabilności chodnika powstają wskutek asy-metrycznej struktury skał i asymetrycznego rozkładu naprężeń; w trakcie prac wydobywczych obejmujących wybieranie ścian w kilku polach powstają obszary warstw skalnych górotworu w kształcie klinów i łuków, co prowadzić może do osiadania ścian chodnika w pobliżu spągu, od strony wybieranego złoża, a także do zachodzenia na siebie warstw skalnych, odkształceń i niestabilności spągu i stropu w wyrobisku. W pracy zaproponowano zasady stabilizowania górotworu w otoczeniu wyrobiska. Ponadto, zaproponowano udoskonalony projekt zmodyfikowanego asymetrycznego wspornika podporowego do zainstalowania w chodniku, dla zademonstrowania skutecznej metody kontrolowania odkształceń wyrobisk chodnikowych.

Słowa kluczowe

EN

steep seam group; asymmetrical deformation; arching effect; asymmetrical coupled support structure

PL

wyrobiska chodnikowe nachylone; chodnik od strony zrobów; odkształcenie asymetryczne; efekt powstawania łuku; wspornik asymetryczny

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2019
• Tom: Vol. 64, no. 3
• Strony: 561--574
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., fot., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Xie Panshi

• School of Energy and Resource, Xi’an University of Science and Technology, Xi’an 710054, China
• Key Laboratory of Western Mine Exploitation and Hazard Prevention, Ministry of Education, Xi’an 710054, China

autor

Wu Yongping

• School of Energy and Resource, Xi’an University of Science and Technology, Xi’an 710054, China
• Key Laboratory of Western Mine Exploitation and Hazard Prevention, Ministry of Education, Xi’an 710054, China

Bibliografia

• [1] Deng Y.H., Wang S.Q., 2014. Feasibility analysis of gob-side entry retaining on a working face in a steep coal seam. International Journal Mining Science and Technology 42, 4, 499-503.
• [2] Dong F.T., Song H.W., Guo Z.H., 1994. Theory of rock broken zone in roadway. Journal of China Coal Society 19, 1, 21-31 (in Chinese).
• [3] Frumkin R.A., Podtikalov A.S., 1983. Predicting rock behaviour in steep seam faces. International Journal Rock Mechanics of Mining Science & Geomechanics Abstracts 20, 1, a12-a13 (in Russian).
• [4] Hou C.J., Bai J.B., Zhang N., Li H.Y., 2001. Coal roadway bolting under difficult and complex conditions. Journal of Geotechnical Engineering 23, 1, 84-88(in Chinese).
• [5] Huang Q.X., 2004. Support measures and mine pressure in steep critical angle coal seam along gob-side entry. Journal Mining Pressure and Roof Control 21, 4, 44-46(in Chinese).
• [6] Ladenko A.A., 1974. Improvements in working steep seams. International Journal Rock Mechanics of Mining Science & Geomechanics Abstracts 11, 12, 247(in Russian).
• [7] Li H.C.,1994. Mine pressure simulation experiment. China University of Mining and Technology Press, 2-10 (in Chinese).
• [8] Ma Z.Q., Jiang Y.D., Yang Y.M., 2016. Deformation characteristics and control technology of roadway in steep and soft coal seam. Journal of Mining and Safety Engineering 33, 2, 253-259(in Chinese).
• [9] National Development and Reform Commission, 2017. The 13th five-year development plan for China’s coal industry, (in Chinese).
• [10] Shi P.W., 1999. The complexity of the movement of old roof crack in steep coal seam. Journal Mining Pressure and Roof Control 3, 4, 26-28 (in Chinese).
• [11] Tu H.S., Tu S.H., Zhang C., Zhang L., Zhang X.G., 2017. Characteristics of the Roof Behaviours and mine pressure manifestations during the mining of steep coal seam. Archives of Mining Sciences 62, 4, 871-890.
• [12] Wang J.A., Jiao J.L., 2016. Criteria of support stability in mining of steeply inclined thick coal seam. International Journal Rock Mechanics of Mining Science 82, 2, 22-35.
• [13] Wang N.B., Cao J.T., Lai X.P., 2013. Characteristics of stope migration and roadway surrounding rock fracture for fully mechanized top coal caving face in steeply dipping and extra thick coal seam. Journal of China Coal Society 38, 8, 1312-1318 (in Chinese).
• [14] Wu Y.P., 2001. Asymmetric loading effect in entry (tunnel) support. Journal Xi ‘an Jiaotong University 40, 2, 55-57(in Chinese).
• [15] Wu Y.P., Xie P.S., Wang H.W., Yun D.F., Ren S.G., Chen X.K., 2013. Theory and practice of fully mechanized longwall mining in steeply dipping coal seams. Mining Engineerin 65, 1, 35-41.
• [16] Zhang Y.T., 2014. Deformation characteristics and support technology of roadway surround rock in steep coal seam [Master’s Thesis], Xi’an University of Science and Technology (in Chinese).
• [17] Zheng P.Q., Chen, W.Z., Yuan J.Q., 2014. Improvement of supporting parameters of inclined roadway in deep steep coal seam. Rock and Soil Mechanics 35, S2, 429-436 (in Chinese).