“煤体-支柱（架）-胶结体”联合作用下顶板超静定梁模型

李石林^1,2,3，冯涛^2,3，朱卓慧^1,2

1. 中南大学资源与安全工程学院2. 湖南科技大学能源与安全工程学院3. 湖南科技大学煤炭资源清洁利用与矿山环境保护湖南省重点实验室

摘 要：针对胶结充填开采中工作面煤壁、控顶区与胶结体形成区间上方的顶板受力问题,考虑胶结体强度前期快速增长、中期缓慢增长和后期稳定的形成特性,以及胶结体对顶板的支撑作用随距离工作面的长度增长而增大的特性,建立"煤体-支柱（架）-胶结体"联合作用下顶板超静定梁模型。基于结构力学解析方法,得到该模型及其2种特殊情况下的岩梁两端支座反力、两端弯矩和整个岩梁剪力、弯矩分布的表达式;确定最大剪力位于煤壁处;加快充填体强度形成的速度,能减小岩梁两端及支座所受应力。模型算例表明:①支柱和胶结体的介入,较大地改变了顶板应力分布,岩梁剪力和弯矩分布均具有非对称性;②煤壁处支座剪力和弯矩均大幅高于采空区侧支座的剪力和弯矩;③与垮落法开采相似,充填开采岩梁最大剪力和最大弯矩所在位置仍然在煤壁处,但量值均大幅减小,岩梁应力波动幅度小;④胶结充填开采有利于减少煤壁片帮,有利于工作面超前支护和顶板管理。

关键词：胶结充填开采;顶板;超静定梁;力学模型;