机械施工荷载作用下采空区顶板突变失稳判据.docx

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1、机械施工荷载作用下采空区顶板突变失稳判据受初期民采及开采规划的影响,部分露天矿开采境界内存有采空区。采空区受机械施工荷载扰动,顶板易被活化,甚至产生垮落等突发性灾害。为保证采空区上方作业人员和机械装备安全,采用理论分析、数值模拟手段,开展了机械施工荷载作用下采空区顶板突变失稳判据及其影响因素研究。将机械施工动荷载视为移动简谐荷载,根据采空区顶板受力状态建立了移动简谐荷载-采空区顶板力学模型。基于牛顿第二定律,构建了机械施工动荷载-采空区顶板系统失稳的双尖点突变模型。引入突变理论,建立了机械施工动荷载-采空区顶板系统失稳判据,阐释了采空区

2、顶板失稳演化规律,揭示出机械施工动荷载作用下采空区顶板失稳是一种非线性的突变过程。机械施工动荷载在某一时刻的运动状态可简化为静荷载,则机械施工静荷载-采空区顶板系统总势能由顶板岩梁弯曲应变能与荷载势能构成,其中荷载势能由侧向水平荷载势能、垂直均布荷载势能与机械施工荷载势能组成。经过变量代换,建立了机械施工静荷载-采空区顶板系统失稳的尖点突变模型。依据突变条件,获得了机械施工静荷载-采空区顶板系统失稳判据,判据表明采空区顶板失稳的充要条件取决于顶板几何力学参数和外部扰动作用。根据机械施工静荷载-采空区顶板系统失稳判据,选取机械施工荷载、顶

3、板厚度、采空区跨度3个主要影响因素。采用正交方差分析,确定了采空区顶板失稳主要影响因素的敏感性排序从大到小依次为机械施工荷载、采空区跨度、顶板厚度。利用数值模拟,分别分析了主要因素对采空区顶板围岩压应力值、顶板位移量和围岩塑性区大小的影响,模拟结果表明机械施工荷载、顶板厚度、采空区跨度对采空区顶板失稳有显著影响。研究结果为露天开采下机械施工荷载大小控制、采场结构参数设置提供了理论依据,对采空区失稳控制与治理具有重要价值。