Optimization and Construction of the Thickness and Strength of the Sealing Wall in the Connecting Roadway

Technische Samenvatting: Optimalisatie en Constructie van de Dikte en Sterkte van de Afdichtingswand in de Verbindingsgang

Probleemstelling
In ondiep begraven kolenmijnen worden de afdichtingswanden binnen verbindingsgangen geconfronteerd met ernstige technische uitdagingen als gevolg van intense mijnbouw-geïnduceerde dynamische druk en significante bewegingen van de bovenliggende strata. Deze omstandigheden leiden vaak tot instabiliteit, luchtlekkage en structureel falen van traditionele afdichtingssystemen. Hoewel flexibele bekistingen voor afdichtingswanden een verbeterde aanpassingscapaciteit bieden aan rotsdeformatie, blijft er een kritisch wetenschappelijk gat bestaan in het kwantitatief bepalen van de "rationele dikte" en de "rationele materiaalsterkte" voor deze structuren. Bestaande literatuur richt zich vaak op enkelvoudige werkomstandigheden of constructietechnieken in isolatie, en mist een systematische studie naar de synergetische afstemming van dikte en sterkte onder complexe, gekoppelde dynamische belastingen. Zonder precieze optimalisatie lopen ontwerpen het risico op ofwel structureel falen door onvoldoende parameters, ofwel excessieve economische kosten en verlies van deformatiecoördinatie door overdimensionering.

Methodologie
De studie maakt gebruik van de Sandaogou-kolenmijn (5-2 kolenseam) als technische casestudy, gekenmerkt door een dikke kolenseam en een zwak direct dak. Het onderzoek hanteert een veelzijdige aanpak:

1. Numerieke Simulatie: Een volledige driedimensionale elastisch-plastische model werd geconstrueerd met behulp van FLAC3D 7.00. Het model simuleerde de opeenvolgende mijnbouw van dubbele werkfronten (85220 en 85222) en de constructie van een dubbelwandig systeem in de verbindingsgang.
2. Parametrische Analyse: De studie varieerde systematisch de dikte van de afdichtingswand (0,8 m tot 1,4 m) en de betonsterkteklassen (C10 tot C30) om hun effecten op de verplaatsing van het omringende gesteente, de spanningsverdeling in de wand en de multidimensionale rekontwikkeling (maximale hoofdrekt en maximale afschuifrek) te analyseren.
3. Mechanisatievoorstel voor Constructie: Op basis van de optimale parameters werd een snelle constructietechnologie voorgesteld en toegepast, gebruikmakend van een voertuiggemonteerd pompsysteem en flexibele bekisting, om te waarborgen dat de theoretische parameters in de praktijk werden gerealiseerd.

Belangrijkste Resultaten en Bevindingen

• Optimale Dikte (1,0 m): De analyse toonde een significant "wet van de verminderde meeropbrengst" aan met betrekking tot de wanddikte. Het vergroten van de dikte van 0,8 m naar 1,0 m resulteerde in een scherpe vermindering van de dakverzakking (meer dan 50% voor Afdichtingswand B en een significante daling voor Afdichtingswand C). Boven de 1,0 m leverden verdere toenames in dikte verwaarloosbare verbeteringen op in de controle van verplaatsing, terwijl de materiaalkosten aanzienlijk toenamen. Daarnaast werd 1,0 m geïdentificeerd als het kritieke kantelpunt waarbij Afdichtingswand C overgaat van een gevaarlijke kritieke staat naar een veilige draagzone.
• Optimale Sterkte (C25): De studie vond een niet-lineaire exponentiële negatieve correlatie tussen de betonsterkte en de rek binnen de wand. Hoewel hogere sterktes (C30) de rek verder verminderden, ondermijnden zij de "drukontlastings- en energieabsorptie"-eigenschappen die essentieel zijn voor het flexibele bekistingssysteem, wat potentieel kan leiden tot brosse breuk. Omgekeerd vormden lagere sterktes (C10) risico's op penetrerend afschuiffalen. C25 werd geïdentificeerd als de optimale klasse binnen de "synergetische evenwichtszone tussen stijfheid en flexibiliteit", die effectief afschuiffalen onderdrukt terwijl de noodzakelijke flexibiliteit behouden blijft.
• Implementatie van de Constructie: Het voorgestelde voertuiggemonteerde pompsysteem, geïntegreerd met een ruimtelijk skeletbeheersingssysteem en hoogwaardige flexibele bekistingszakken, slaagde erin om een volledige sectie nauwkeurige dakcontact en mechanische vorming te bereiken. Dit loste veelvoorkomende defecten in traditionele methoden op, zoals laterale welving en ontoereikend dakcontact.

Betekenis en Bijdragen
Het artikel beweert een volledige set processen en een theoretische basis te bieden voor de efficiënte en betrouwbare afdichting van mijngangen onder intense ondiepe dynamische druk. De belangrijkste bijdragen zijn:

1. Synergetische Optimalisatie: Het vaststellen van de dubbele variabele optimalisatiecriteria van 1,0 m dikte en C25 sterkte, waarbij een balans wordt gevonden tussen veiligheid, betrouwbaarheid en technologisch-economische haalbaarheid.
2. Mechanistisch Inzicht: Het verhelderen van de controlemechanismen van sterkte op deformatie en falen, waarbij speciferlijk de afweging tussen deformatiecontrole en de energieabsorptiecapaciteiten van flexibele systemen wordt benadrukt.
3. Praktische Toepassing: Het valideren dat theoretische optimalisatie succesvol kan worden geïmplementeerd via gemecaniseerde constructietechnologieën, waardoor de "optimale parameters" nauwkeurig kunnen worden vertaald naar prestaties in het veld.

De studie concludeert dat de combinatie van een 1,0 m dikke, C25 sterke flexibele bekistingswand, geconstrueerd via een voertuiggemonteerd pompsysteem, een robuuste oplossing biedt voor het isoleren van mijngangen en het voorkomen van luchtlekkage in ondiep begraven, hoog-gespannen mijnbouwomgevingen.