初次来压前受超前增压荷载作用的坚硬顶板弯矩、挠度和剪力的解析解

摘要：

坚硬顶板弯矩、挠度的理论解是矿山岩体力学中未曾获得较好解决的课题.初次来压坚硬项板问题的超静定次数,比周期来压坚硬顶板问题的超静定次数要高1次.将煤层、直接顶按弹性地基处理,对初次来压前受均布荷载、荷载峰超前的增压荷载和支护阻力共同作用的,工作面中部煤壁前方和采空区单位宽坚硬项板的挠度进行求解,采用潘岳等求解周期来压前坚硬顶板弯矩、挠度解中的部分结果,求得满足全部连续条件和自然边界条件的坚硬顶板的4段式挠度表达式中的所有系数.据所得表达式,采用Matlab软件计算和绘图得到的初次来压前坚硬顶板挠度、弯矩曲线在考察区间光滑连接,剪力曲线连续.对曲线进行分析可知:(1)荷载增减对顶板弯矩、挠度作用明显;(2)支护阻力可有效减小煤壁前方项板和悬空顶板的弯矩、挠度及采空区顶板的剪力值;(3)单位宽顶板的特征长度由弹性地基系数、顶板抗弯刚度组成.在相同荷载下,只要特征长度相同,顶板弯矩分布完全相同,特征长度大者顶板弯矩大;(4)弹性地基系数小者,煤壁前方顶板挠度(下沉量)大.抗弯刚度小者,采空区顶板挠度(下沉量)大;(5)顶板弯矩峰位置在煤壁前方.顶板荷载大,支护阻力小,弹性地基系数大者,其弯矩峰与煤壁的距离近.在控顶区两端顶板剪力取最大值.所得硬顶板的关系式为理想坚硬顶板模型的解析解,其应用是从解析解算例中受到启发,获得参数变动时坚硬顶板弯矩、挠度和剪力变化的规律性认识,对采场顶板状况变化作出合理的定性判断,亦可为坚硬顶板断裂过程和断裂引发顶板应变能释放、冲击矿压能量来源及初次来压步距的量化分析提供基础.

关键词：采矿工程、坚硬顶板、弹性地基、超前增压荷载、支护阻力、弯矩、挠度、剪力

所属期刊栏目：32

分类号：TD32(矿山压力与支护)

资助基金：国家自然科学基金资助项目51204102

在线出版日期：2013-11-22（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共10页

页码：1544-1553