堅(jiān)硬頂板彎曲破斷特征與能量積聚演化規(guī)律研究.pdf

1、由于巖層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，堅(jiān)硬頂板采場通常來壓步距大，來壓突然、強(qiáng)烈，并釋放大量彈性能，堅(jiān)硬頂板巖層的剪斷破壞運(yùn)動(dòng)常常誘導(dǎo)工作面切頂、沖擊地壓等動(dòng)力災(zāi)害的發(fā)生。為此，本文運(yùn)用力學(xué)分析、相似模擬、數(shù)值計(jì)算及現(xiàn)場監(jiān)測(cè)等方法，研究了采場堅(jiān)硬頂板巖層運(yùn)動(dòng)破壞特征及其彎曲破斷過程伴隨應(yīng)變能積聚釋放規(guī)律，取得如下主要成果:
　　考慮煤壁邊緣出現(xiàn)塑性破壞及前方增量載荷作用，建立了采場堅(jiān)硬頂板巖梁的撓曲變形力學(xué)模型，在已有研究成果基礎(chǔ)上分析模型，得出了堅(jiān)

2、硬頂板巖梁的拉應(yīng)力分布函數(shù)σt（x）以及巖梁最大剪應(yīng)力點(diǎn)處的剪應(yīng)力值τlmax，基于礦壓理論，還得出了堅(jiān)硬頂板巖梁出現(xiàn)不同運(yùn)動(dòng)破壞形式的力學(xué)判據(jù)。
　　以煤礦實(shí)際堅(jiān)硬頂板工作面為背景，分別建立采場數(shù)值計(jì)算及相似材料模型，記錄隨模型推進(jìn)頂板斷裂運(yùn)動(dòng)過程發(fā)現(xiàn)工作面頂板初次來壓運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，頂板初次運(yùn)動(dòng)破壞為剪斷破壞，部分周期運(yùn)動(dòng)也出現(xiàn)剪斷破壞，堅(jiān)硬頂板破斷形態(tài)為“OX”型，破斷跡線為半橢圓形，工作面中部最先破斷且破斷位置距煤壁最遠(yuǎn);根據(jù)模

3、擬數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，還得到了堅(jiān)硬頂板工作面覆巖破壞運(yùn)動(dòng)高度與工作面推進(jìn)距離大致呈S曲線規(guī)律發(fā)展。
　　基于能量原理和FLAC3D模擬計(jì)算結(jié)果，得到了堅(jiān)硬頂板巖層彈性應(yīng)變能分布與其支承壓力分布規(guī)律相似;煤層采動(dòng)后，工作面中部頂板應(yīng)變能峰值較兩端大，峰值位置比兩端距離煤壁遠(yuǎn)，且隨推進(jìn)距離的增加，應(yīng)變能積聚速率、峰值大小及能量梯度均逐漸增大，但煤壁上方一定范圍內(nèi)堅(jiān)硬頂板應(yīng)變能積聚程度始終較低;工作面堅(jiān)硬頂板斷裂時(shí)，頂板應(yīng)變能釋放量及參與