Pesquisa sobre os principais fatores de influência e tecnologia de suporte completa para pressão dinâmica e grandes deformações em rodovias

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 4136 (2023) Citar este artigo

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Para determinar os principais factores que influenciam a pressão dinâmica e as grandes deformações das estradas, foi concebido um conjunto específico de tecnologias de apoio. A estrada de entrada de ar 2.603 da mina de carvão Zhangcun em Lu'an, província de Shanxi, foi tomada como exemplo. A influência da falha normal Wenwangshan Sul e do campo de tensão in situ na estrada de pressão dinâmica foi analisada teoricamente, e os principais fatores que influenciam esta pressão dinâmica e a grande deformação da estrada sob condições geológicas naturais foram determinados. O efeito do esquema de apoio rodoviário existente foi avaliado por métodos de teste de campo, como testes não destrutivos de parafusos. A influência da mineração de duas faces de trabalho na pressão dinâmica e na grande deformação da estrada foi estudada pelo método de simulação numérica FLAC3D. Nesta base, um novo material de grauteamento foi desenvolvido, um conjunto completo de esquemas técnicos de suporte cooperativo integrado de seção completa de pressão dinâmica e estradas de grande deformação foi proposto, e o efeito da aplicação em campo foi verificado. Os resultados mostraram que, sob condições geológicas naturais, a estrada de entrada de ar 2603 estava localizada dentro da faixa de influência da falha normal Wenwangshan Sul, que foi significativamente afetada e controlada pela falha. O ângulo incluído entre a direção de extensão da estrada e a tensão principal máxima foi de 74°, o que não favoreceu a estabilidade da estrada. O alcance da zona solta da estrada era grande. Nas condições de suporte existentes, a rocha circundante não conseguiu formar uma estrutura relativamente estável, o que foi uma das principais razões para a grande deformação da rocha circundante na estrada de pressão dinâmica. A estrada de entrada de ar 2603 foi afetada pela mineração tanto da face de trabalho adjacente quanto da face de trabalho 2603. As tensões foram sobrepostas e a estrada ficou bastante deformada e danificada. Um novo material de rejuntamento foi desenvolvido. Um agente de reticulação preparado por diisocianato de tolueno e poliéter poliol foi adicionado ao material de poliuretano existente para formar um novo material de rejunte, e um esquema técnico de suporte completo foi proposto. Os resultados da aplicação em campo mostraram que o deslocamento e a elevação do piso de ambos os lados da rodovia foram reduzidos em aproximadamente 87%, a deformação e a falha do maciço de carvão e rocha da rodovia foram efetivamente controladas e a deformação da pressão dinâmica da rodovia foi altamente reduzido.

Os recursos de carvão da China foram formados em muitos períodos diferentes, com condições complexas de maturidade e distribuição. Mais de 90% da produção de minas de carvão tem origem na mineração de poços1; portanto, as estradas desempenham um papel vital na produção de minas de carvão na China. A extensão total das estradas de minas de carvão na China atinge 50.000 km, e a maioria das estradas de preparação e estradas de recuperação estão dispostas em camadas de carvão, das quais a extensão das estradas de recuperação representa mais de 60% do comprimento total das estradas2. As estradas de veios de carvão formarão estradas de pressão dinâmica sob a influência da mineração ou outras influências dinâmicas; a deformação das estradas de pressão dinâmica é muitas vezes grande e os trabalhos de retrabalho são frequentes, o que aumenta significativamente o custo de apoio, afecta seriamente a produção segura e eficiente das minas e restringe a produção intensiva de minas de carvão. Portanto, a chave para reduzir a deformação das estradas de pressão dinâmica e o custo do apoio é esclarecer os principais fatores que afetam a grande deformação das estradas de pressão dinâmica e selecionar e melhorar as medidas de apoio de forma direcionada.

Em relação aos principais fatores que influenciam a grande deformação produzida pelas estradas de pressão dinâmica, Li3 acredita que o aumento da área da seção da estrada é um dos principais fatores de grande deformação produzida pelas estradas de pressão dinâmica. De acordo com Liang4, a quantidade de deslocamento da superfície da estrada aumenta mais rapidamente na fase inicial da condução da estrada. À medida que a distância do intervalo aumenta, a quantidade de deformação da estrada tende gradualmente a se estabilizar. Zhang5 e Liu6 consideraram que quando a estrada de recuperação da camada de carvão está localizada em uma grande profundidade de soterramento, as propriedades mecânicas das placas superior e inferior da estrada mudarão, o que é um dos principais fatores para a grande deformação da estrada de pressão dinâmica . Li7 considerou que a principal razão para a grande deformação das estradas de pressão dinâmica são as tensões suportadas pela placa superior da estrada e os dois grupos são liberados através da placa inferior da estrada não suportada. Liu8 considerou que a fraca litologia das lajes superior e inferior da estrada é o principal fator que influencia as grandes deformações e danos na estrada. Sun9 considerou que o alcance de controle da estrutura de suporte da haste de ancoragem é menor que a profundidade do dano do grupo rodoviário, e a falha de algumas hastes e cabos de ancoragem no grupo rodoviário é a principal razão para a grande deformação da pressão dinâmica rodovia . Wang10 analisou o fenômeno de danos em estradas de pressão dinâmica e a lei de evolução da tensão nas rochas circundantes e concluiu que a superposição mútua da tensão induzida pela mineração e da tensão vertical das colunas de carvão é o principal fator que influencia a grande deformação das estradas de pressão dinâmica. Zheng11 estudou o mecanismo de deformação e dano e a tecnologia de reforço de rocha circundante de um grupo de estradas sob forte pressão dinâmica e grande deformação e concluiu que a concentração de tensão gerada por densos pilares de carvão e a retração da superfície de trabalho são os dois principais fatores que controlam a grande deformação da rocha circundante. no grupo rodoviário. Cai12 concluiu que a principal razão para a destruição da rocha circundante na câmara da estrada é que a direção axial da estrada é perpendicular ou oblíqua à direção da tensão principal máxima. Yuan13, com base na teoria elástica-plástica e na investigação e análise de campo, estabeleceu o modelo mecânico de uma estrada circular sob um ambiente de pressão dinâmica profunda, derivou a equação implícita do limite da zona plástica e revelou ainda o grande mecanismo de deformação de um profundo estrada de mineração de pressão dinâmica. Kuai 14 utilizou software de simulação numérica como FLAC3D e ANASYS e testes de laboratório para otimizar os parâmetros dos materiais de suporte de acordo com o ambiente de tensão da rocha circundante e as características de deformação da estrada, combinados com a falha dos materiais de suporte da estrada na seção de falha afetada pela pressão dinâmica . Chen15 estudou modelos mecânicos da microestrutura de parafusos, cabos de ancoragem e cabos tipo I e de ancoragem e superfícies deslizantes com base nas características de deformação de estradas de mineração de pressão dinâmica em uma face de escavação totalmente mecanizada e nas distribuições de dois tipos de superfícies deslizantes e propôs o suporte ideia de “carregar o topo e o fundo, controlando os dois lados”. Liu16, de acordo com o estado de tensão da rocha circundante e as condições geológicas, determinou que a estrada transversal de transporte na ala sul de uma mina deveria seguir o princípio de “complementação rígida e flexível, combinação de longo e curto, iniciativa oportuna, coordenação e ao controle". Wu17, sob a influência de vários fatores, monitorou a tensão do cabo de ancoragem e realizou uma análise sistemática de tensão para dar pleno desempenho ao papel de suporte ativo do cabo de ancoragem e fornecer dados básicos para a otimização do esquema de suporte. Wu18 propôs o controle da rocha circundante da estrada restante em uma face de trabalho de grande altura de mineração usando tecnologia de suporte de acoplamento e equalização de pressão e obteve resultados notáveis.