非均布载荷下充填开采岩层连续弯曲移动力学模型

孙运江¹，徐丞谊¹，左建平^1,2，李蒙蒙¹，史月¹，周钰博¹

1. 中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院2. 中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室

摘 要：为了通过采空区充填控制顶板岩层连续弯曲移动,实现保护矿区生态,提出了充填开采覆岩移动"四带"划分:充填体压缩带、连续弯曲下沉带、关键层承载带和生态保护稳定带。试验研究了不同配比（2∶1、3∶1、4∶1、5∶1、6∶1）矸石和粉煤灰的压缩力学特性,得出充填体的"应力-应变"关系近似呈抛物线关系。充填体压缩初期（0～2 MPa）快速变形,压缩后期（>6 MPa）,变形量增长较缓慢,可知充填体初期捣实对岩层变形控制起重要作用。当矸石和粉煤灰配比为4∶1时,充填体抗压变形性能最好。分析了工作面后方应力降低和近似线性恢复的关键层承载保护机制。基于充填体压缩特性和工作面后方应力非均匀分布,建立了非均布载荷作用下充填顶板岩层连续弯曲力学模型,得出了充填开采顶板岩层连续弯曲变形的力学条件,实现对充填开采顶板连续弯曲移动的准确判定。数值模拟分析了不同充填率时上覆岩层移动规律,得知当充填率大于90%时,顶板岩层近似发生连续变形移动,且直接顶和地表最大下沉量的模拟结果与理论预测非常接近。

关键词：岩层连续移动;充填体压缩带;连续弯曲下沉带;关键层承载带;生态保护稳定带;非均布载荷;关键层;充填体压缩特性;