基于弹性剪切梁模型的采场基本顶来压预报

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1、万方数据第14卷第1期(总第86期)2009年2月煤矿开采CoalminingTechnologyV01．14No．1(SeriesNo．86)February2009基于弹性剪切梁模型的采场基本顶来压预报张向阳(渤海船舶职业学院，辽宁葫芦岛125000)[摘要】采场基本顶初次来压对工作面带来严重的矿山压力显现，对生产和人身安全造成严重威胁。将顶板剪切梁模型用于分析采场基本顶初次来压，确定了基本顶最大等效剪力所在位置，得到了基本顶初次垮落步距的计算公式。随着采空区跨度的不断增加，基本顶等效剪力不断增大。当最大等效剪力达到极限值时，基本顶初次来压，且基

2、本顶断裂位置出现在煤层内部。[关键词]采场；弹性剪切梁模型；初次来压；垮落步距[中图分类号]TD31[文献标识码]A[文章编号]1006-6225(2009)01-0083-02ForecastofBasicRoofWeightingBasedonElasticShearingBeamModelZHANGXiang．yang(BohaiShippingVocationCollege，Huludao125000，China)Abstract：Thefirstweightingofminingfieldwillresultinseriousundergr

3、oundpressurebehaviorwhichposesaseriousthreattosafetyofstaffandequipmenm．Elasticshearingbeammodelisappliedtoanalyzingthefirstweightingofbasicrooftofindthelocationofmaxi—mumequivalentshearstressinbasicroof．Computationequationoffirstcavingpaceofbasicroofisobtained．Withgobspanincre

4、as-ing，equivalentshearstressinbasicroofincreases．Whenthemaximumequivalentshearstressreacheslimit，basicrooffirstlyweightsandbrokenlocationofbasicroofisaheadofminingfacehorizontally．Keywords：miningfield；modelofelasticshearingbeam；firstweighting；cavingpace当工作面自开切眼向前推进时，破坏了原岩应力场的平衡

5、状态，引起了应力的重新分布。对近水平或缓斜的单一煤层，随工作面的推进，直接顶会呈现短期的悬空状态，逐渐发生离层，脱开母体，冒落堆积在采空区。随工作面继续推进，基本顶达到极限跨距而断裂，形成初次来压，对工作面带来严重的矿山压力显现，甚至危及生产和人身安全【lJ。在生产实践中对基本顶来压的预测、预报及防范工作必须高度重视。缪协兴口1等在采场基本顶Winkler弹性地基梁力学模型基础上，推导出了采场顶板下沉的广义速度，并求出了基本顶的超前断裂距，并根据采场工作面正常推进时顶板下沉速度是线性增长的，而一旦基本顶发生超前断裂后，下沉速度将急剧增加的原理，提出了

6、一种新的采场来压预测预报方法，并成功地用于煤矿顶板控制实践。但由于弹性地基梁模型计算复杂，用于工程实际不是十分方便。本文将顶板简化为弹性剪切梁模型旧o，认为煤层具有塑性软化性质，进行采场基本顶来压理论分析，为准确预报基本顶来压提供理论依据。1计算模型与基本方程如图1所示，工作面自开切眼向前推进，形成采空区，推进到一定距离时，直接顶垮落。直接顶与煤层厚度之和为h，采空区跨度为2Ⅱ，煤层置于刚性底板之上；基本顶厚度为日，承受沿戈轴均匀分布的上覆岩层压力q的作用。假设基本顶只产生剪切变形，等效剪切模量为G。忽略基本顶、直接顶与煤层之间的摩擦力，则基本顶与直

7、接顶之间只有沿彳轴方向的作用力P=p(z)。在P与q的共同作用下，基本顶产生的下沉量为拶=W(茗)，基本Ⅳ-一顶板厚度；g一上覆岩层压力；_Il一直接顶与煤层厚度之和；2口一采空区跨度；2b--塑性软化区图l计算模型[收稿日期】2008—09—24[作者简介]张向阳(1966一)，男，辽宁开原人，副教授，1989年毕业于辽宁工程技术大学．主要从事工程力学教学与研究工作。83万方数据总第86期煤矿开采2009年第1期顶挠度方程为：尝dx=掣产(1)2一G、17基本顶横截面内的等效剪力Q与挠度W之间的关系为堂=QdxG(2)G”7将煤层与直接顶看作一个整

8、体。假设直接顶与煤体材料是均质的，各向同性的。在压应力P的作用下产生压缩变形W。当P较小时，P=kw，k为直