巷道层状顶板三向承载梁承载能力弱化机理研究

来源期刊：煤炭科学技术2019年第1期

论文作者：周波 袁亮 薛生

文章页码：199 - 206

关键词：巷道层状顶板;三向承载梁;承载能力;衰减规律;极限承载应力;

摘    要：为了研究影响煤巷安全和稳定性的层状顶板结构承载能力衰减问题,采用理论推导、数字试验和相似模拟方法,建立了巷道层状顶板三向承载梁结构的物理和力学模型,依据Drucker-Prager强度准则提出了巷道层状顶板三向承载梁结构的弹塑性分析方法,基于三向承载梁结构的承载机理和极限平衡理论,以淮南张集矿17246工作面轨道巷顶板为分析对象,通过Matlab等数值计算软件,推导出了特定工程地质条件下三向承载梁结构峰后软化阶段和残余承载阶段的极限承载应力及其影响规律。结果表明:巷道层状顶板呈现层状分布、相互作用、分区承载的三维长板结构;基于应力通过岩层逐层传递特性,可求解出岩层当中任意岩层上的作用应力;巷道顶板三向承载梁结构的压剪破坏判断值f<0表示该点进入压剪破坏状态,f=0表示该点达到压剪破坏的临界状态,f>0表示该点仍处于弹性承载状态;煤巷顶板在峰后残余阶段依然具有一定的承载能力,计算得到试验巷道层状顶板的极限承载应力约为5.1MPa,残余承载应力约为2.9 MPa;煤巷开挖后顶板经历弹性承载、弹塑性承载、塑性承载,当顶板处于峰后残余承载时,顶板结构受到外界应力扰动可能发生大变形灾害;随着围压的增加,岩体的峰值抗压强度、残余抗压强度均呈增加趋势。该研究结果揭示了顶板结构承载能力弱化的本质。