Recherche sur les principaux facteurs d'influence et technologie de support complète pour les chaussées à pression dynamique et à grandes déformations

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 4136 (2023) Citer cet article

377 Accès

Détails des métriques

Pour déterminer les principaux facteurs influençant la pression dynamique et les grandes déformations des routes, un ensemble ciblé de technologies de support a été conçu. La route d'entrée d'air 2603 de la mine de charbon de Zhangcun à Lu'an, province du Shanxi, a été prise comme exemple. L'influence de la faille normale de Wenwangshan Sud et du champ de contraintes in situ sur la route à pression dynamique a été analysée théoriquement, et les principaux facteurs influençant cette pression dynamique et cette route à grande déformation dans des conditions géologiques naturelles ont été déterminés. L'effet du système de soutènement routier existant a été évalué par des méthodes d'essai sur le terrain telles que les essais non destructifs des boulons. L'influence de l'exploitation minière de deux fronts de taille sur la pression dynamique et les grandes déformations de la chaussée a été étudiée par la méthode de simulation numérique FLAC3D. Sur cette base, un nouveau matériau de jointoiement a été développé, un ensemble complet de schémas techniques de support coopératif intégré de section complète de chaussées à pression dynamique et à grande déformation a été proposé, et l'effet de l'application sur le terrain a été vérifié. Les résultats ont montré que dans des conditions géologiques naturelles, la route d'entrée d'air 2603 était située dans la plage d'influence de la faille normale de Wenwangshan Sud, qui était significativement affectée et contrôlée par la faille. L'angle inclus entre la direction d'extension de la chaussée et la contrainte principale maximale était de 74°, ce qui n'était pas propice à la stabilité de la chaussée. La portée de la zone meuble de la chaussée était large. Dans les conditions de soutènement existantes, la roche environnante ne pouvait pas former une structure relativement stable, ce qui était l'une des principales raisons de la déformation importante de la roche environnante dans la chaussée à pression dynamique. La route d'entrée d'air 2603 a été affectée par l'exploitation minière du front de taille adjacent et du front de taille 2603. Les contraintes se sont superposées et la chaussée a été fortement déformée et endommagée. Un nouveau matériau de jointoiement a été développé. Un agent de réticulation préparé à base de diisocyanate de toluène et de polyéther polyol a été ajouté au matériau polyuréthane existant pour former un nouveau matériau de jointoiement, et un schéma technique de support complet a été proposé. Les résultats de l'application sur le terrain ont montré que le déplacement et le soulèvement du sol des deux côtés de la chaussée étaient réduits d'environ 87 %, que la déformation et la rupture du charbon et de la masse rocheuse de la chaussée étaient efficacement contrôlées et que la déformation de la chaussée à pression dynamique était fortement réduit.

Les ressources de charbon de la Chine se sont constituées au cours de nombreuses périodes différentes, avec des conditions de maturité et de distribution complexes. Plus de 90 % de la production des mines de charbon provient de l’exploitation minière1 ; ainsi, les routes jouent un rôle essentiel dans la production des mines de charbon en Chine. La longueur totale des routes des mines de charbon en Chine atteint 50 000 km, et la plupart des routes de préparation et des routes de récupération sont aménagées dans des veines de charbon, dont la longueur des routes de récupération représente plus de 60 % de la longueur totale des routes2. Les routes des veines de charbon formeront des routes à pression dynamique sous l'influence de l'exploitation minière ou d'autres influences dynamiques ; la déformation des routes à pression dynamique est souvent importante et les travaux de remaniement sont fréquents, ce qui augmente considérablement le coût de soutènement, affecte sérieusement la production sûre et efficace des mines et limite la production intensive des mines de charbon. Par conséquent, la clé pour réduire la déformation des chaussées à pression dynamique et le coût du soutènement est de clarifier les principaux facteurs affectant la déformation importante des chaussées à pression dynamique et de sélectionner et d'améliorer les mesures de soutènement de manière ciblée.

Concernant les principaux facteurs influençant la grande déformation produite par les routes à pression dynamique, Li3 estime que l'augmentation de la superficie des sections de route est l'un des principaux facteurs de grande déformation produite par les routes à pression dynamique. Selon Liang4, le déplacement de la surface de la chaussée augmente plus rapidement au début de la circulation sur la chaussée. À mesure que la distance par rapport à la route augmente, l’ampleur de la déformation de la chaussée tend progressivement à se stabiliser. Zhang5 et Liu6 ont estimé que lorsque la chaussée de récupération des veines de charbon est située à une grande profondeur d'enfouissement, les propriétés mécaniques des plaques supérieure et inférieure de la chaussée changeront, ce qui est l'un des principaux facteurs de déformation importante de la chaussée à pression dynamique. . Li7 a considéré que la principale raison de la déformation importante des chaussées à pression dynamique réside dans les contraintes supportées par la plaque supérieure de la chaussée et que les deux groupes sont libérés à travers la plaque inférieure de la chaussée non supportée. Liu8 a considéré que la faible lithologie des dalles supérieure et inférieure de la chaussée est le principal facteur influençant la déformation et les dommages importants de la chaussée. Sun9 a considéré que la plage de contrôle de la structure de support des tiges d'ancrage est inférieure à la profondeur des dommages de la couchette de chaussée, et que la défaillance de certaines tiges d'ancrage et câbles d'ancrage dans la couchette de chaussée est la principale raison de la déformation importante de la chaussée à pression dynamique. . Wang10 a analysé le phénomène d'endommagement des chaussées à pression dynamique et la loi d'évolution des contraintes des roches environnantes et a conclu que la superposition mutuelle des contraintes induites par l'exploitation minière et des contraintes verticales des colonnes de charbon est le principal facteur influençant la déformation importante des chaussées à pression dynamique. Zheng11 a étudié le mécanisme de déformation et d'endommagement ainsi que la technologie de renforcement des roches environnantes d'un groupe routier soumis à une forte pression dynamique et à une déformation importante et a conclu que la concentration de contraintes générée par les piliers de charbon denses et la rétraction du front de mer sont les deux principaux facteurs contrôlant la déformation importante de la roche environnante. dans le groupe routier. Cai12 a conclu que la principale raison de la destruction de la roche environnante dans la chambre de la chaussée est que la direction axiale de la chaussée est perpendiculaire ou oblique par rapport à la direction de la contrainte principale maximale. Yuan13, basé sur la théorie élastique-plastique et des recherches et analyses sur le terrain, a établi le modèle mécanique d'une route circulaire dans un environnement de pression dynamique profonde, a dérivé l'équation implicite de la limite de la zone plastique et a en outre révélé le mécanisme de déformation important d'une route profonde. route minière à pression dynamique. Kuai 14 a utilisé des logiciels de simulation numérique tels que FLAC3D et ANASYS et des tests en laboratoire pour optimiser les paramètres des matériaux de support en fonction de l'environnement de contrainte de la roche environnante et des caractéristiques de déformation de la chaussée, combinés à la rupture des matériaux de support de la chaussée dans la section de rupture affectée par la pression dynamique. . Chen15 a étudié des modèles mécaniques de la microstructure des boulons, des câbles d'ancrage et des câbles de type I et d'ancrage et des surfaces de glissement basés sur les caractéristiques de déformation des chaussées minières sous pression dynamique dans une face de spéléologie entièrement mécanisée et les distributions de deux types de surfaces de glissement et a proposé le support idée de « porter le haut et le bas, contrôler les deux côtés ». Liu16, en fonction de l'état de contrainte de la roche environnante et des conditions géologiques, a déterminé que la route transversale de transport dans l'aile sud d'une mine devrait suivre le principe de « complémentation rigide et flexible, combinaison d'initiatives longues et courtes, opportunes, de coordination et contrôle". Wu17, sous l'influence de divers facteurs, a surveillé la contrainte du câble d'ancrage et effectué une analyse systématique des contraintes pour faire jouer pleinement le rôle de support actif du câble d'ancrage et fournir des données de base pour l'optimisation du schéma de support. Wu18 a proposé le contrôle de la roche environnante de la chaussée restante dans un front de taille minier de grande hauteur en utilisant une technologie de support de couplage et d'égalisation de pression et a obtenu des résultats remarquables.