Variation of strata pressure and axial bolt load at a coal mine face under the effect of a fault

The cohesion and internal friction angle were characterized as quadratic functions of strain and were assumed to follow the Mohr-Coulomb criterion after the yield of peak strength. These mechanical parameters and their variations in post-peak softening stage can be exactly ascertained through the si-multaneous solution based on the data points of stress-strain curves of triaxial compression tests. Taking the influence of the fault into account, the variation of strata pressure and roadway convergence with coal advancement, the temporal and spatial distribution of axial bolt load were numerically simulated by FLAC3D (Fast Lagrangian Analysis of Continua) using the ascertained post-peak mechanical parameters according to the cohesion weakening and friction strengthening model. The change mechanism of axial load of single rock bolt as abutment pressure changes was analyzed, through the comparison analysis with the results of axial bolt load by field measurements at a coal mine face. The research results show that the simulated results such as the period of main roof weighting, temporal and spatial distribution of axial bolt load are in accordance with field measurement results, so the validity of the numerical model is testified. In front of the working face, the front abutment pressure increases first and then decreases, finally tends to be stable. A corresponding correlation exists between the variation of axial bolt load and rock deformation along the bolt body. When encountered by a fault, the maximum abutment pressure, the influential range of mining disturbance and the roadway convergence between roof and floor before the working face are all increased. In the roadways along the gob, axial bolt loads on the side of the working face decrease, while the other side one increases after the collapse of the roof. As superficial surrounding rock mass is damaged, the anchoring force of rock bolts will transfer to inner rock mass for balancing the tensile load of the bolts.

Zwięzłość skał oraz kąt tarcia wewnętrznego zdefiniowano jako kwadratowe funkcje naprężenia, następnie przyjęto że ich rozkład po osiągnięciu naprężenia granicznego opisany jest wzorem Mohra-Coulomba. Wymienione parametry mechaniczne i ich zmienność po osiągnięciu naprężenia granicznego obliczyć można dokładnie poprzez jednoczesne rozwiązanie oparte o analizę punktów na krzywej wykresu rozciągania uzyskanych w testach ściskania trójosiowego. Uwzględniając wpływ obecności uskoku, zmienność ciśnienia w górotworze i konwergencji chodnika wraz z postępem przodka, rozkłady naprę-żeń i obciążeń działających na segmenty obudowy i ich zmienność w czasie i przestrzeni modelowano w oparciu o pakiet FLAC3D (Fast Lagrangian Analysis of Continua), wykorzystując uprzednio obliczone wielkości parametrów mechanicznych dla stanu po osiągnięciu naprężenia granicznego, zgodnie z mo-delem słabnącej zwięzłości i wzmocnionego tarcia. Mechanizm zmiany naprężeń osiowych działających na pojedynczy segment obudowy analizowano w odniesieniu do ciśnienia warstw sąsiadujących, poprzez analizę porównawczą wyników pomiarów obciążeń segmentów obudowy w rejonie przodka. Wykazano, że wyniki symulacji: okresy obciążenia stropu, rozkłady naprężeń i obciążeń działających na elementy obudowy i ich zmienność w czasie i przestrzeni zgodne są z wynikami pomiarów w miejscu, w ten sposób potwierdzając wiarygodność modelu numerycznego. W rejonie przodka ciśnienie warstw sąsiadujących w górotworze najpierw rośnie, następnie maleje, a w końcu stabilizuje się. Istnieje odpowiednia korelacja pomiędzy zmiennością rozkładu naprężeń i obciążeń działających na elementy obudowy a odkształceniem warstw skalnym wzdłuż konstrukcji obudowy. W przypadku wystąpienia uskoku, występuje maksymalne ciśnienie warstw otaczających- poważny czynnik powodujący wszelkiego rodzaju zaburzenia a także nasilenie konwergencji chodnika pomiędzy stropem a podłożem w rejonie przed przodkiem. W chodnikach wzdłuż zrobów, obciążenia osiowe obudowy działające z jednej strony maleją, po drugiej zaś stronie rejonu przodkowego rosną po zawale stropu. Płytka warstwa otaczającego górotworu ulega zniszczeniu, siła podtrzymująca obudowę przeniesiona zostanie wewnątrz górotworu, tak by zrównoważyć naprężenia rozciągające działające na obudowę.