Abstract Excessive floor deformation in underground coal mines, known as floor heave, can cause production delays and thus financial losses. This paper presents parametric studies using numerical models to understand the mechanisms of floor heave in coal mine roadways. An Australian longwall coal mine that experienced significant floor heave in the roadways, where a strong floor unit overlying weak floor units is present immediately below the coal seam, was chosen for field observations. Although the relevant mechanism appears to be buckling, it is uncertain whether the displacement and the failure of the strong unit were caused by horizontal stresses exerted on the uppermost strong unit. The modelling results indicated that the failure of the underlying weak unit induced the upward movement, and subsequent deformation and failure of the overlying strong unit. The floor displacement decreased as the thickness of the overlying strong unit increased. This was attributed to the confinement generated by the strong unit. In addition, the displacement of rock and failure modes simulated by numerical models were found to be sensitive to the deformation modulus. While this numerical study suggests some degree of uncertainty about the estimation of the floor deformation still exists, the failure modes and occurrence of floor heave from numerical models were generally in agreement with the field observations. This study gives insight into floor buckling mechanisms, with the possible involvement of the underlying floor strata below the strong floor unit.

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煤矿井下巷道底板屈曲机理的数值研究

摘要 煤矿井下过度的底板变形，称为底板隆起，会导致生产延误，从而造成经济损失。本文介绍了使用数值模型进行参数研究，以了解煤矿巷道底鼓的机理。一个澳大利亚长壁煤矿在巷道中经历了显着的底板隆起，在煤层正下方存在一个覆盖在弱底板单元上的坚固底板单元，被选择进行现场观察。虽然相关机制似乎是屈曲，但尚不确定坚固单元的位移和失效是否由施加在最上面的坚固单元上的水平应力引起。建模结果表明，底层弱单元的失效引发了向上运动，以及随后的上覆强单元的变形和破坏。地板位移随着上覆强单元厚度的增加而减少。这归因于强单位产生的禁闭。此外，通过数值模型模拟的岩石位移和破坏模式被发现对变形模量很敏感。虽然该数值研究表明对地板变形的估计仍然存在一定程度的不确定性，但数值模型中的破坏模式和地板隆起的发生与现场观察结果基本一致。这项研究深入了解了地板屈曲机制，其中可能涉及坚固地板单元下方的底层地板。随着上覆强单元厚度的增加，地板位移减小。这归因于强单位产生的禁闭。此外，通过数值模型模拟的岩石位移和破坏模式被发现对变形模量很敏感。虽然该数值研究表明对地板变形的估计仍然存在一定程度的不确定性，但数值模型中的破坏模式和地板隆起的发生与现场观察结果基本一致。这项研究深入了解了地板屈曲机制，其中可能涉及坚固地板单元下方的底层地板。地板位移随着上覆强单元厚度的增加而减少。这归因于强单位产生的禁闭。此外，通过数值模型模拟的岩石位移和破坏模式被发现对变形模量很敏感。虽然该数值研究表明对地板变形的估计仍然存在一定程度的不确定性，但数值模型中的破坏模式和地板隆起的发生与现场观察结果基本一致。这项研究深入了解了地板屈曲机制，其中可能涉及坚固地板单元下方的底层地板。发现岩石位移和数值模型模拟的破坏模式对变形模量很敏感。虽然该数值研究表明对地板变形的估计仍然存在一定程度的不确定性，但数值模型中的破坏模式和地板隆起的发生与现场观察结果基本一致。这项研究深入了解了地板屈曲机制，其中可能涉及坚固地板单元下方的底层地板。发现岩石位移和数值模型模拟的破坏模式对变形模量很敏感。虽然该数值研究表明对地板变形的估计仍然存在一定程度的不确定性，但数值模型中的破坏模式和地板隆起的发生与现场观察结果基本一致。这项研究深入了解了地板屈曲机制，其中可能涉及坚固地板单元下方的底层地板。