Multiskalige Modellierung und Sensitivitätsanalyse für schwache Streckenbereiche: Eine Fallstudie der Xiaoyun-Kohlengrube

Die Bodenverfestigung in tiefen Kohlebergwerksstrecken steht vor erheblichen Herausforderungen aufgrund der Präsenz von „schwachen Zonen“, die durch komplexe Spannungsumgebungen und strukturelle Inkongruenzen gekennzeichnet sind. Um die Versagensmechanismen dieser Zonen zu unterscheiden und die Unterstützungsstrategien zu optimieren, integriert diese Studie theoretische Analyse, multiskalige numerische Simulation und Feldüberwachung unter Verwendung der 6204 Fahrstrecke in der Xiaoyun-Kohlengrube als Fallstudie. Ein makro-meso gekoppeltes numerisches Modell wurde konstruiert, um die Bruchentwicklung zu simulieren, und ein orthogonales Experiment unter Verwendung der Bereichsanalyse und Varianzanalyse (ANOVA) wurde durchgeführt, um die Sensitivität der Unterstützungsparameter zu bewerten. Die Ergebnisse zeigen, dass der Bolzenabstand der entscheidende Faktor für die Ausbreitung der plastischen Zone ist und geometrische Parameter wie Bolzendurchmesser oder -länge deutlich überwiegt. Basierend auf diesen Erkenntnissen wurde eine synergistische Unterstützungsstrategie vorgeschlagen, die „dichte Hochfestigkeitsbolzen“ und „tief verankerte Kabel“ kombiniert. Numerische Bewertungen legen nahe, dass dieses Konzept die Tiefe der plastischen Zone um 40% (auf etwa 1,5 m) begrenzt und so die Blindzonen der Umschließung erheblich mildert. Die Feldüberwachung zeigt, dass das optimierte Unterstützungssystem das kumulative Restdachabsinken auf etwa 31,9 mm und die Seitenwandrauheit auf etwa 22,8 mm erfolgreich begrenzt und somit die langfristige Gesamtstabilität der Strecke effektiv fördert.