基于顶板剪切梁理论的顶板破坏及断裂力学特性分析

于文鑫¹，丁艳春²，刘磊³，李忠华⁴

1. 吉林化工学院机电工程学院2. 长春理工大学机电工程学院3. 甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司4. 辽宁工程技术大学力学与工程学院

摘 要：顶板破坏及断裂事故占矿井灾害事故的百分之七十以上。由于顶板破坏及断裂发生的主要诱因是剪切力,因此本文基于顶板剪切梁理论,结合平煤某矿FLAC3D煤岩层开采的有限元仿真结果,研究分析了采空区长度a值对煤层内部及顶板应力的影响。通过对比分析可知煤矿顶板出现冲击地压危险的主要因素有两个:一是与采空区长度a值有关,采空区长度a值越大,出现冲击地压的可能性越大,且等效应力的最大值出现在采空区长度的二分之一处;二是与顶板承受的剪切应力值有关,当该值达到顶板剪切强度极限时,顶板与煤层组成的变形系统将失稳,出现冲击地压危险。有限元仿真结果与理论预测结果的一致性说明应用顶板剪切梁理论对顶板产生破坏及断裂的预测是准确的,同时对预测、预防冲击地压中顶板破坏煤矿灾害事故的发生具有重要的指导意义。

关键词：顶板剪切梁理论;采空区长度;顶板破坏及断裂;冲击地压;