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1、Vol.41，No.5第41卷第5期October，2015SichuanBuildingMaterials2015年10月直接顶切顶阻力计算模型的建立与分析林郁清(安徽理工大学土木建筑学院,安徽淮南232001)摘要:坚硬直接顶厚度的大小直接影响切顶阻力计特征参数L近似等于工作面顶板周期来压步距c,所以有:算模型的建立,通过工程实例理论计算分析出切顶阻力的Rt影响因素,以RFPA软件为平台,验证理论分析的正确性,L=h3(q+q)(1)1为墙体抗压强度的计算提供了理论依据,为进一步矿山安-2式
2、中,R为顶板岩层的抗拉强度,N·m;q为顶板岩层的单t全开采提供了有利的条件。-2-2位面积外载荷,N·m;q为顶板岩层的单位面积自重,N·m。1关键词:沿空留巷;直接顶;抗压强度中图分类号:TD32文献标志码:B文章编号:1672-4011(2015)05-0054-02DOI:10.3969/j.issn.1672-4011.2015.05.0271坚硬直接顶切顶阻力两种计算模型的建立1．1坚硬直接顶侧向垮断分类煤炭的采出过程中,顶板逐渐失去支撑作用,将逐步(a)四边固支的矩形板沿空留巷载荷
3、条带垮断,垮断的岩层有两种形式,一种是与边界保持联系,并能形成边界平衡结构的折断岩层;二是与边界完全失去联系,不能形成平衡结构的垮落岩层。对于软弱或中硬的直接顶是自由垮落的,各岩块间相互关系如同散体一样,无法形成铰接岩梁结构;但对于坚硬顶板直覆工作面,直(b)四边固支的单位宽度条板接顶有可能形成结构,这主要和顶板的岩性及厚度有关。参考钱鸣高院士的“砌体梁”理论,顶岩层必须具备以下两个条件才能形成平衡结构:第一,岩层厚度要比其下自由空间高度大得多;第二,老顶断块长度与其岩层厚度的比值应大于2。坚硬
4、岩层一般能自然满足第二个条件,第一个条件要求其厚度大于其下自由空间高度2m。故判断坚硬直接顶是否能形成边界平衡结构可用下式:h≥m+2(c)三边固支的矩形板沿空留巷载荷条带式中,h为坚硬直接顶岩层的厚度,m;m为煤层采高,m。当此式成立时,坚硬直接顶侧向为折断岩层;否则,为垮落岩层。1．2两种计算模型的建立(d)三边固支的单位宽度板条叠加连续层板模型中,板与板间以分布载荷联系起来,每层板认为是独立的连续板结构,同时采用更近于实际的条带法,在直接顶上选取一条沿空留巷载荷最大的单位宽度条带作为计算单
5、元,并标出各作用力的大小及位置,构成坚硬顶板直覆工作面沿空留巷直接顶切顶巷旁阻力力学模型。顶板初次垮落时,采场上覆坚硬直接顶呈现四边固(e)留巷首层顶板侧向悬顶悬臂梁力学模型支的结构模型,如图1(a)所示;顶板周期垮落时,采场上覆坚硬直接顶呈现三边固支的结构模型,如图1(c)所示;在所选取的计算单元上标出实体煤支承力、巷旁支护阻力、直接顶自重以及各弯矩,构成的力学模型如图1(b)和(d)所示,可见无论是在顶板初次垮断时,还是在周期垮断期间,坚硬直接顶的力学模型都一样。对于坚硬直接顶,可能是垮落破
6、坏,并在留巷边界附近形成悬臂梁结构,记悬(f)留巷首层顶板侧向悬顶铰接岩梁力学模型图1坚硬顶板直覆工作面沿空留巷直接顶切顶阻力计算模型臂为l,这时图1(b)和(d)力学模型可统一为如图1(e)所示的悬臂梁力学模型;也可能是折断破坏,并在边界形成铰接结构,这时图1(b)和(d)力学模型可统一为如图1(f)1．3悬臂梁模型计算分析所示的铰接岩梁力学模型。顶板均布载荷为q=γH,实体当坚硬直接顶厚度H不能满足公式(1)时,呈现垮落11煤分布载荷σy,作用在AB上,巷旁支护阻力作用在墙体中破坏形式,在边
7、界不能形成平衡结构,顶板侧向悬顶视为部,即s+a+b/2处。由沿空留巷的理论与实践文献可知,悬臂梁结构,悬臂为l,如图1(e)所示。在对直接顶进行受力分析时,首先,认为直接顶并已与其上顶板离层;其作者简介:林郁清(1991-),女,安徽宿州人,硕士研究生,工程师,主次,由于岩层下沉变形很小,可以忽略层面内应力引起的要研究方向:岩土工程与地下。弯矩;再者,支护阻力保证顶板不在A点失稳。由文献·54·第41卷第5期Vol.41，No.52015年10月SichuanBuildingMaterials
8、October，20152′[煤层巷道两帮煤体应力和极限平衡区的探讨,迎采动工作q(s+a+b+l)-2M-2M1maxσ≥(10)面沿空掘巷预拉力支护及工程应用]知,实体煤帮应力极min(2s+2a+b)b限平衡区宽度及支承应力分别为:1．4铰接岩梁模型计算分析C当坚硬直接顶厚度H满足公式(1)时,呈现折断破坏形KγH+1S=mAIntanφ0(2)式,顶板侧向边界悬顶视为铰接岩梁结构,如图1(f)所示。2tanφCP00+0对EF受力分析:tanφA0∑Fy=0F1-q1L=0CP2tanφ
