综放沿空掘巷底鼓受力变形分析

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1、第"H卷第’期煤炭学报I54,"HJ5,’"!!"年"月KLMNJ/OL0PQRJ/PL/OSLPRT-U096,"!!"!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!文章编号：!"#$%&&&（$"!!"）!’%!!"(%!#综放沿空掘巷底鼓的受力变形分析王卫军’，黄成光"，侯朝炯$，彭刚’（’)湘潭工学院资源工程系，湖南湘潭*’’"!’；")水城矿务局，贵州六盘水##$!!!；$)中国矿业大学能源科学与工程学院，江苏徐州""’

2、!!+）摘要：在分析综放沿空掘巷底板力学环境的基础上，建立了底板力学分析模型,运用弹性理论对底板较大范围内的应力应变分布规律进行了求解，认为综放沿空掘巷的底鼓主要与巷道底板一定深度的岩层及实煤体侧高支承压力有关，从理论上阐述了综放沿空掘巷比普通回采巷道更易产生底鼓的力学原理,并探讨了底鼓控制的新途径,关键词：综放沿空掘巷；底鼓；力学原理中图分类号：-.$"")’文献标识码：/底鼓是动压巷道矿压显现的重要特征，综放沿掘巷道是一类特殊的动压巷道，巷道一帮为已进入塑性状态的窄煤柱，另一帮为实煤体，巷道处于采空侧应力

3、降低区，但实煤体帮的应力集中系数比一般回采巷道高，实践证明，这类巷道比一般的动压巷道更容易产生底鼓［’］，已成为影响综放工作面正常生产的主要因素之一,因此，对综放沿空掘巷底鼓力学原理的研究是十分必要的,!底板力学环境分析及力学模型的建立!"!综放沿空掘巷底板力学环境分析根据关键层理论和综放工作面采空侧上覆岩层活动规律可知，上区段工作面推过后，关键顶板在下区段煤体内断裂形成侧向砌体梁结构，即所谓“大结构”［"］，与此同时，侧向集中应力向下区段深部煤体转移，大结构下部煤岩处于应力降低区，沿空巷道即布置在此应力图’

4、沿空巷道整体力学模型降低区内，如图’所示,由于大结构以给定变形方式［$］012)’34567489:;7<1:7485=945>?57=@7A=?1B1<2745<2作用于采空侧煤体，在煤体边缘形成一定宽度（"G2561<>C44A89:;7<1D9=EC6F49B94:7B1<2>7:9*8）的塑性区和破碎区，沿空掘巷一般留$G#8护巷煤柱，因此，巷道掘出后煤柱基本进入塑性状态,回采期间，在巷道实煤体侧，工作面超前支承压力与原有集中应力叠加，形成高支承压力；窄煤柱则由于大结构发生二次回转［"］而进入破碎状态

5、，承载能力进一步降低，据文献［"，*］，实煤体侧应力集中系数为")#G$)!，窄煤柱应力集中系数为!)"#G!)*#,!"#底板力学模型的建立根据上述分析，可建立综放沿空巷道底板力学模型如图"（7）所示,为便于计算并不失其本质，将载荷分布线性化，如图"（6）所示,!"$应力应变分量的计算在底板岩层内任取一微元体，其应力分量!!，!"，"!"可根据半无限体在边界上承受法向分布载荷的情况进行计算,从图"（6）看到，底板上的载荷实际上是线性和均匀两种载荷分布形式的组合，可将其划收稿日期："!!’%!$%"(基金项目

6、万方数据：博士学科点基金资助项目（’&&&!"&!!+）第:期王卫军等：综放沿空掘巷底鼓的受力变形分析!G图!综放沿空巷道底板力学模型"#$%!&’()*+#(*,-./’,.00,..1.01.*/2*3/1#4#+$*,.+$$.5#+06,,3-’()*+#7’/8659,’4’,(*4#+$0*(’———工作面超前支承压力集中系数；!———上覆岩层平均容重，;<-=；"———采深，-；!———侧向支承压力和超前!:!支承压力叠加形成的高支承压力区的应力集中系数；!=———煤柱应力集中系数；#>?!"；

7、#:?!!!"；#!?!:!"；#=?!=!"分成若干部分，分别计算所产生的应力分量，然后叠加即可求得底板岩层中任一点的应力分量$将载荷按区间分成@个部分，各应力分量计算如下［@，A］B%:C%!段均布载荷：#!&(%:(%!&&)（&(%:(%!）)"&:’[*1(D*+)E*1(D*+)(!!*（&(%）!!]$!&():(%!()%!段线性载荷：#:*#!&(%!&"&!’{（&(%!）*1(D*+(（&(%!）*1(D*+*!%!))）!!］(),（+&!!）*%!&)),［+（&(%!()()!!}

8、$&()%=段线性载荷：#:&*%=&"&=’{（&*%=）*1(D*+*（&*%=）*1(D*+*!%=))）!!］(),（+&!!）*%=&)),［+（&*%=()()!!}$&()%F段均布载荷：@@#é!%+*&(!%+*&))（%%&）)ù=ê*1(D*++’=**1(D*+&*+’=(=(F*ú$"&F’!ê))@!（%(%*&）!()!úë!=Fû(!%+*&)()+’=%@段均布载荷