墩柱式结构充填底板应力传递特征及变形规律

为研究结构充填开采过程中充填体应力传递对底板岩层的影响，以沁水煤田长治矿区为例，利用相似原理构建充填体–底板复合结构模型，进行室内试验，并结合数值模拟，对不同充填体强度、不同充填间距条件下的墩柱式结构充填采空区顶底板移近量、底板破坏形态、塑性区范围进行研究。研究结果表明：(1)浅层底板中充填体下应力集中最为明显，该应力以45°方向斜向下传递，引起水平应力，并最终扩散至底板全平面，越向下传递，垂直应力越小且分布越均匀，水平应力越大，充填间距变化对底板中应力水平影响显著；(2)在墩柱式结构充填可承载范围内，顶板下沉量主要由充填体强度决定，底鼓量主要由充填间距决定，充填体强度、充填间距与顶底板移近量总体呈二元二次抛物曲面关系；(3)本工况条件下充填柱下底板剪切滑移最大深度为2.38 m，该深度以上产生椭圆形剪切破坏塑性区，以下产生波浪型拉伸破坏塑性区，并最终穿越两层软弱岩层底板。研究结果可为墩柱式结构充填的合理设计方案提供依据。