基于弹性理论的煤帮极限平衡区宽度确定方法探讨

论文摘要

回采巷道开挖后,其围岩应力重新分布,两侧煤体在上方集中应力的作用下产生变形后形成极限平衡区,其理论宽度是合理确定巷道煤帮支护方案及其参数的重要依据,目前,计算煤帮极限平衡区的主要方法有:利用松散介质平衡理论建立煤帮应力平衡微分方程来求解极限平衡区宽度;或考虑工程扰动程度和煤体地质强度,运用非线性摩尔-库伦准则建立极限平衡区宽度方程。本文在总结现有研究成果的基础上,建立了回采巷道煤帮在高支承压力作用下体的力学计算模型,运用弹性力学理论分析了帮部任一点煤体的应力应变分量。基于弹塑性界面煤体在峰值支承压力发生片帮的柱条模型,确定该界面上发生最大水平拉应变的单元煤体位于距离底板0.65倍巷道高度处,进而提出了该单元煤体极限拉应变与煤帮极限平衡区及其破裂区宽度的理论计算公式。分析表明,煤帮极限平衡区宽度不仅取决于煤体的极限拉应变、泊松比及弹性模量,而且与原岩应力大小及巷道开挖后发生重分布的最大支承压力及煤帮弹性区宽度密切相关。具体表现为煤帮极限平衡区宽度随巷道埋深增大而不断增加,但随煤体弹性模量及其极限拉应变的增加却快速减小。在此基础上,利用所提出的理论公式计算了百良矿14501工作面运输巷350～400 m区段的煤帮极限平衡区和破裂区宽度,进而优化了巷道帮部锚杆支护参数,取得了良好的支护效果。结果表明,上述研究成果能够较好地进行深埋煤层巷道煤帮极限平衡区的预测分析。

论文目录

• 1 巷道帮部煤体受力变形分析
•   1.1 煤帮力学分析模型的建立
•   1.2 煤帮岩体变形计算原理
•   1.3 煤帮岩体应力分量的确定
•     （1）极限平衡区线性荷载
•     （2）弹性区均布荷载
•     （3）弹性区线性荷载
•   1.4 煤帮岩体应力应变分析
• 2 巷道煤帮极限平衡区宽度分析
•   2.1 支承压力下煤帮岩体柱条模型的建立
•   2.2 煤帮岩体挠曲断裂力学分析
•   2.3 煤帮极限平衡区宽度计算
•   2.4 煤帮极限平衡区宽度影响因素分析
•     （1）极限平衡区宽度与岩体弹性模量的关系
•     （2）极限平衡区宽度与岩体极限拉应变的关系
•     （3）极限平衡区宽度与巷道埋深的关系
• 3 巷道煤帮破裂区宽度计算
• 4 算例分析
•   4.1 工程概况
•   4.2 14501工作面运输巷煤帮变形分析
•     （1）煤帮极限平衡区宽度分析
•     （2）煤帮破裂区宽度分析
• 5 结 论

文章来源

类型: 期刊论文

作者: 于远祥,柯达,王京滨,王赋宇,陈宝平

关键词: 巷道开挖,帮部煤体,弹性理论,柱条模型,极限平衡区

来源: 煤炭学报 2019年11期

年度: 2019

分类: 工程科技Ⅰ辑

专业: 矿业工程

单位: 西安科技大学建筑与土木工程学院

基金: 国家自然科学基金资助项目(11872299),陕西省自然科学基础研究计划资助项目(2014JM2-5052),中国博士后科学基金资助项目(2015M582761XB)

分类号: TD353

DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.2018.1600

页码: 3340-3348

总页数: 9

文件大小: 379K

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