顶板动载冲击效应的相似模拟及理论解析

杨胜利^1,2,3，王家臣^2,3，杨敬虎^2,3

1. 中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室2. 中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院3. 放顶煤开采煤炭行业工程研究中心

摘 要：研制了工作面覆岩破断预测实验平台,对浅埋薄基岩条件顶板动载冲击效应进行了模拟;建立了顶板破断的弹性地基梁理论模型,计算出了基本顶破断时与煤壁的相对位置,得到了动载冲击的作用范围;建立顶板动载冲击的力学模型,结合岩石压缩曲线,应用功能原理得到了不同条件下的最大冲击载荷和支架伸缩量的解析表达式,得到了不发生压架事故的判别准则,验证了相似模拟实验结果。结果表明:基本顶多超前直接顶支撑边界破断,且冲击易发生液压支架上方完成;冲击载荷大小与直接顶厚度与裂隙发育程度、支架刚度和初撑力大小等因素有关,其值远大于工作面静载荷形成对液压支架的压力,动载冲击效应模拟实验验证了理论分析结果。

关键词：动载冲击;弹性地基梁;初撑力;动载系数;相似模拟;