大采高长壁工作面顶板垮落的裂纹板力学模型

摘要：

针对大采高长壁工作面顶板垮落在空间上具有局部、分段和迁移的特征，结合煤岩体地质特征，将长壁工作面顶板视为含有一定数量边裂纹的弹性薄板，利用弹性力学中的薄板理论建立了裂纹板力学模型。以周期来压过程中长壁工作面的来压规律为研究对象，将弹性薄板在工作面推进过程中的破坏分为裂纹扩展、塑性铰失效和铰接板失稳三个阶段，利用断裂力学和弹塑性力学理论研究了各阶段顶板失稳的条件，求得了使裂纹开裂扩展的应力强度因子K1和裂纹的起裂荷载q的计算公式；得到了第二个阶段中造成塑性铰失效的极限荷载p?；通过分析薄板间的连接及破坏过程研究了第三个阶段铰接板的失稳过程。顶板破坏的三阶段力学分析方法合理地解释了工作面长度方向上顶板的来压特征；顶板第一次垮落完成后，由于应力转移，造成应力集中作用，使得长壁顶板未破断部分再次经历裂纹扩展、塑性铰失效、铰接板失稳这三个破坏过程；造成来压从破坏部位向两边迁移，形成了长壁工作面周期来压过程中矿压显现的迁移特征。研究结果从理论上解释了工作面长度方向上的顶板垮落及来压规律。并结合具体工作面监测信息对理论分析结果进行了验证。

关键词：长壁工作面、大采高、裂纹板模型、塑性铰

所属期刊栏目：46

分类号：TD31(矿山压力与支护)

资助基金：国家重点基础研究发展计划973计划资助项目2013CB227903;国家自然科学基金资助项目51234005-1,U1361209

在线出版日期：2016-12-07（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共7页

页码：210-216