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伪斜工作面梯形采场的基本顶初次破断特征

张守宝 李强 刘志高 皇甫龙 王超

张守宝, 李强, 刘志高, 皇甫龙, 王超. 伪斜工作面梯形采场的基本顶初次破断特征[J]. 矿业科学学报, 2022, 7(2): 175-184. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2022.02.004
引用本文: 张守宝, 李强, 刘志高, 皇甫龙, 王超. 伪斜工作面梯形采场的基本顶初次破断特征[J]. 矿业科学学报, 2022, 7(2): 175-184. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2022.02.004
Zhang Shoubao, Li Qiang, Liu Zhigao, Huang Fulong, Wang Chao. Initial breaking characteristics of basic roof in trapezoidal stope of pseudo inclined working face[J]. Journal of Mining Science and Technology, 2022, 7(2): 175-184. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2022.02.004
Citation: Zhang Shoubao, Li Qiang, Liu Zhigao, Huang Fulong, Wang Chao. Initial breaking characteristics of basic roof in trapezoidal stope of pseudo inclined working face[J]. Journal of Mining Science and Technology, 2022, 7(2): 175-184. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2022.02.004

伪斜工作面梯形采场的基本顶初次破断特征

doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2022.02.004
基金项目: 

国家自然科学基金 52074296

中央高校基本科研业务费专项资金 2020YJSNY16

详细信息
    作者简介:

    张守宝(1979—),男,山东潍坊人,博士,副教授,硕士生导师,主要从事煤炭资源安全开采和矿山压力与岩层控制等方面的教学和研究工作。Tel:13811990997,E-mail:zsbw@foxmail.com

  • 中图分类号: TD327

Initial breaking characteristics of basic roof in trapezoidal stope of pseudo inclined working face

  • 摘要: 采煤工作面伪斜布置时,采空区基本顶呈非矩形状,此时采空区上方基本顶的破断位置及其破断规律与矩形顶板有所不同。为研究伪斜工作面基本顶初次破断特征,根据弹性薄板力学理论建立直角梯形基本顶的板结构初次破断力学模型,同时推导出直角梯形薄板的弯矩公式,分析顶板破断位置及其破断规律;依据有限差分原理分析基本顶的应力极值大小及位置特征,对理论推导结果进行验证。结果显示,四边固支直角梯形薄板内力分布规律与矩形薄板大体相似,但在四条边界上,主弯矩极值的位置与矩形薄板有所差异,后者都位于中心部位,而前者整体向逆时针方向一侧移动,基本顶的初次来压呈椭圆状倾斜“O-X”型。
  • 图  1  6106工作面布置平面

    Figure  1.  Layout plan of working face 6106

    图  2  梯形薄板力学模型

    Figure  2.  Mechanical model of trapezoidal thin plate

    图  3  直角梯形薄板模型

    Figure  3.  Rectangular trapezoidal thin plate model

    图  4  直角梯形薄板内主弯矩分布

    Figure  4.  Distribution of bending moment in angle trapezoidal thin plate

    图  5  不同方向下主弯矩分布规律

    Figure  5.  Distribution law of principal bending moment in different directions

    图  6  直角梯形与矩形薄板四边最大弯矩位置

    Figure  6.  Position of maximum bending moment on four sides of rectangular trapezoid and rectangular thin plate

    图  7  数值模拟模型

    Figure  7.  Numerical simulation model

    图  8  采空区与煤岩体应力分布

    Figure  8.  Goaf and stress distribution of coal and rock mass

    图  9  直角梯形四条边界顶板应力分布曲线

    Figure  9.  Four boundary stress distribution curves of right angle trapezoid

    图  10  直角梯形薄板首先破断点位置与O-X型破断

    Figure  10.  Position of initial breaking point and O-X shape of rectangular trapezoidal thin plate

    图  11  基本顶垮落特征

    d1—第一次周期来压后,第二次周期来压前进风巷端头最大悬顶距离;
    d2—第一次周期来压后,第二次周期来压前回风巷端头最大悬顶距离;
    d3—上次周期来压后,下次周期来压前进风巷端头最大悬顶距离;
    d4—上次周期来压后,下次周期来压前回风巷端头最大悬顶距离

    Figure  11.  Characteristics of basic roof caving

    表  1  煤层顶板岩性情况

    Table  1.   Lithology of coal seam roof

    顶板名称 岩石名称 厚度/ m 力学性质
    抗压强度/ MPa 抗拉强度/ MPa 抗剪强度/ MPa 泊松比
    直接顶 中粒砂岩 1.1 $\frac{{17.2 \sim 35.2}}{{28.8}}$ $\frac{{0.78 \sim 1.90}}{{1.3}}$ $\frac{{2.27 \sim 2.42}}{{2.34}}$
    基本顶 中、粗粒砂岩 5 $\frac{{18.7 \sim 38.9}}{{26.7}}$ $\frac{{0.59 \sim 1.70}}{{0.98}}$ $\frac{{2.42 \sim 2.56}}{{2.48}}$ 0.3
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-05-25
  • 修回日期:  2021-10-07
  • 刊出日期:  2022-04-20

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