岩石力学与工程学报
巖石力學與工程學報
암석역학여공정학보
CHINESE JOURNAL OF ROCK MECHANICS AND ENGINEERING
2014年
6期
1123-1134
,共12页
采矿工程%坚硬顶板%弹性地基%裂纹%弯矩%剪力%挠度%应变能
採礦工程%堅硬頂闆%彈性地基%裂紋%彎矩%剪力%撓度%應變能
채광공정%견경정판%탄성지기%렬문%만구%전력%뇨도%응변능
mining engineering%hard roof%elastic ground%crack%bending moment%shear force%deflection%strain energy
坚硬顶板断裂的理论解是矿山岩体力学中未获得较好解决的课题.为研究裂纹发生对坚硬顶板内力、挠度和应变能的影响,沿采场中轴线取单位宽度的岩层结构,将煤壁前方煤层和直接顶视为弹性地基,假定在裂纹萌生初始阶段顶板上方荷载不变,以最大拉应变强度条件为裂纹发生条件,对周期来压模型裂纹萌生初始阶段的坚硬顶板进行分析,得到满足裂纹面边界条件、自然边界条件和连续条件的裂纹萌生初始阶段弯矩、剪力和挠度表达式.根据表达式,采用Matlab软件的数值计算、绘图和放大功能给出算例.算例表明:(1)裂纹萌生截面在煤壁前方,其位置在见报道的顶板超前断裂位置范围内.裂纹截面后方及采空区的顶板下沉量随裂纹生长而明显地增大.在裂纹截面前方顶板挠度则发生“反弹”,与现场检测到的顶板“反弹”特性一致;(2)煤壁后方顶板弯矩、剪力不变.煤壁前方因裂纹萌生顶板的弯矩、应变能全面减小.在裂纹前方剪力全面减小,在裂纹面附近剪力发生波动;(3)煤壁到前方15m是裂纹发生坚硬顶板应变能释放的集中区.煤壁前方坚硬顶板内力和弹性应变能减小,使岩层系统往安全方向发展.所得研究结果对于采场顶板状况判断有一定的指导作用和参考价值.
堅硬頂闆斷裂的理論解是礦山巖體力學中未穫得較好解決的課題.為研究裂紋髮生對堅硬頂闆內力、撓度和應變能的影響,沿採場中軸線取單位寬度的巖層結構,將煤壁前方煤層和直接頂視為彈性地基,假定在裂紋萌生初始階段頂闆上方荷載不變,以最大拉應變彊度條件為裂紋髮生條件,對週期來壓模型裂紋萌生初始階段的堅硬頂闆進行分析,得到滿足裂紋麵邊界條件、自然邊界條件和連續條件的裂紋萌生初始階段彎矩、剪力和撓度錶達式.根據錶達式,採用Matlab軟件的數值計算、繪圖和放大功能給齣算例.算例錶明:(1)裂紋萌生截麵在煤壁前方,其位置在見報道的頂闆超前斷裂位置範圍內.裂紋截麵後方及採空區的頂闆下沉量隨裂紋生長而明顯地增大.在裂紋截麵前方頂闆撓度則髮生“反彈”,與現場檢測到的頂闆“反彈”特性一緻;(2)煤壁後方頂闆彎矩、剪力不變.煤壁前方因裂紋萌生頂闆的彎矩、應變能全麵減小.在裂紋前方剪力全麵減小,在裂紋麵附近剪力髮生波動;(3)煤壁到前方15m是裂紋髮生堅硬頂闆應變能釋放的集中區.煤壁前方堅硬頂闆內力和彈性應變能減小,使巖層繫統往安全方嚮髮展.所得研究結果對于採場頂闆狀況判斷有一定的指導作用和參攷價值.
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