نوع مقاله: علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه صنعتی شاهرود

2 صنعتی شاهرود

چکیده

توزیع تنش ها و روش های تخمین فاصله تعادلی تنش برجا در منطقه تخریب کارگاه استخراج همواره یکی از مباحث چالش برانگیز به جهت غیرقابل دسترس بودن این منطقه بوده است. در هنگام استخراج پهنه های زغالی به روش جبهه کار بلند، طبقات روباره با شدت متفاوت از سقف بلافصل به سمت سطح زمین تحت تاثیر قرار می گیرند. بسته به ویژگی های سنگ، ضخامت منطقه تخریب و نوع و ماهیت طبقات، سقف بلافصل در پشت جبهه کار تا فاصله ای دچار فرو ریزش می شود. تلاش های گسترده ای برای توجیه وضعیت تنش ها و جابه جایی منطقه تخریب و منطقه شکست در لایه های افقی زغالسنگ صورت گرفته اما تا کنون تحقیقات بسیار اندکی راجع به لایه های شیب دار گزارش شده است. در پژوهش حاضر به تخمین بازتوزیع تنش ها و فاصله بازگشت تنش برجا، جابه جایی ها و شکل سقف بلافصل در فضای تخریب پهنه جبهه کار بلند شیب دار با شیب حدودا 43 درجه به روش تفاضل محدود پرداخته شده و نتایج با نوشتار تحقیقاتی موجود مقایسه شده است. بطور کلی الگوی بازتوزیع تنش ها و جابجایی ها با کارهای تحقیقاتی موجود مطابقت دارد. عمق، ضخامت لایه،فاکتور تورم و مقاومت خرده سنگ ها از پارامترهای تاثیرگذار بر فاصله تعادلی فشار روباره اند. فاصله تعادلی تنش برجا 198 متر حاصل شد که مطابقت نزدیکی با نوشتار تحقیقاتی موجود را نشان می دهد. به منظور ارزبابی سیستم نگهداری از معیار جابجایی بحرانی و کرنش برشی ساکورایی برای فضاهای زیرزمینی در ناحیه کارگاه و تونل های پیشروی استفاده شد و نگهداری بخش پایینی کارگاه و تونل باربری حائز اهمیت تشخیص داده شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Numerical analysis of displacement and pressure distribution around a longwall panel in steep coal seam

نویسنده [English]

  • Seyed Ahmad Abolqasemifar 2

2 shahrood university tech.

چکیده [English]

Pressure distribution and estimation methods of cover pressure distance in the goaf of longwall coal mines has always been challenging due to the inaccessibility of the waste area. When a longwall panel is excavated, the overburden strata are disturbed in order of severity from the immediate roof towards the surface. The immediate roof behind the longwall face collapses at a distance that changes depending on the properties of rock, the thickness of immediate strata, and on the type and nature of strata. To date, extensive attempts have been made for a comprehensive understanding of the stress and deformation state of the caved and fracture zone in horizontal working faces but research has been rare on steep coal seams. In the present study, stress and displacement redistribution and cover pressure distance in the longwall steep coal mines was analyzed by using the finite difference method and the result was compared with existing literature available. In general, displacement and stress redistribution template is in accordance with the previous research works. Depth, excavation height, bulking factor and compressive strength of the rock fragments is affecting cover pressure distance. Cover pressure distance was determined 198 m and it shows a close agreement with the literature. Support system evaluation was made by Sakurai’s critical strain for underground excavations and tunnels and so the stope’s lower part and the conveyance roadway were determined as critical locations.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Longwall
  • Numerical method
  • Steep coal seam
  • Stress Distribution
  • caving zone

7- منابع

[1]    گزارش پایانی اکتشافات شرکت البرز شرقی، (1348)، دفتر مرکزی معدن طزره (مجموعه تونل مادر)

[2]    Bai, M., Elsworth D., (1990), Some aspects of mining under aquifers in China, Mining science and Technology, (10), p81-91

[3]    Dongfeng,Y., Zhua L., Wendong C., Zhendong F., Dongfang W., Yuanhao Z., (2017), Monitoring strata behavior due to multi-slicing top coal caving longwall mining in steeply dipping extra thick coal seam, International Journal of Mining Science and Technology, Volume 27, Issue 1, January 2017, Pages 179-184

[4]    Eberhardt, E., (2012), “The hoek-Brown failure criterion”, Rock Mech and Rock Eng, 45:981-988..

[5]    Hoek E., Brown E.T. (1980), “Underground Excavations in Rock”,. London, Instu Min. Metall. p.527

[6]    Kenny P. The caving of the waste on longwall faces. Int J Rock Mech Min Sci Geomech Abstr 1969;6:541–55.

[7]    Pappas DM, Mark C. (1993), Behaviour of simulated longwall gob material. Report of Investigations, US Department of the Interior. Bureau of Mines, RI-9458, p. 39

[8]    Rezaei, M., (2018), Long-term stability analysis of goaf area in longwall mining using minimum potential energy theory, Journal of Mining & Environment, Vol.9, No.1, 2018, 169-182.

[9]    Salamon MDG. Mechanism of caving in longwall mining. Rock Mechanics Contributions and Challenges: Proceedings of the 31st US Symposium, Golden, 1990. p. 161–8.

[10]  Sakurai, S., (1997). Strength parameters of rocks determined from back analysis of measured displacements. In: First Asian Rock Mechanics Symposium. ISRM, Seoul, pp. 95–99

[11]  Wang, W., Jiang T., Wang Z., Ren, M., (2017), A analytical model for cover stress re-establishment in the goaf after longwall caving mining, J. S. Afr. Inst.Min.Metall. vol.117 n.7 Johannesburg Jul. 2017

[12]  Xu, B., Yin S., Zhang X., Wu J., (2014), Research on the Stability of Waterproof Coal Pillar in Steep Seam under Aquifers, An Interdisciplinary Response to Mine Water Challenges - Sui, Sun & Wang (eds), China University of Mining and Technology Press, Xuzhou, ISBN 978-7-5646-2437-8, p248-251.

[13]  Yuehua D., Shouquan W., (2014), Feasibility analysis of gob-side entry retaining on a working face in a steep coal seam, International Journal of Mining Science and Technology, 24 (2014) 499–503.

[14]  Yavuz, H (2004), An estimation method for cover pressure re-establishment distance and pressure distribution in the goaf of longwall coal mines, International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences 41 (2004) 193–205

[15]  Zhang Z., Shimada H., Sasaoka T., Hamanak A., (2017), Stability Control of Retained Goaf-Side Gateroad under Different Roof Conditions in Deep Underground Y Type Longwall Mining, Sustainability 2017 (9), 1671, p1-19.

[16]  Zhao, Y., Liu s., Zhao G., Elsworth D., Jiang Y., (2014), Failure mechanisms in coal: Dependence on strain rate and microstructure, Journal of Geophysical research, Volume 119, Issue 9, Pages 6924–6935