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 大倾角仰（俯）采采场顶板的应力分析 王晓溪，张益东** （中国矿业大学矿业工程学院） 5 10 15 20 25 30 35 40 摘要：为了研究大倾角仰采、俯采采场顶板破断机理，建立了大倾角仰、俯采顶板周期破断 时的薄板力学模型，利用薄板理论并结合数值计算对大倾角俯采及仰采工作面周期破断时的 基本顶岩层应力分布与破断机理进行了分析计算，并得出了薄板极限破断准则及应力理论计 算式。研究表明薄板模型顶板 x、y 轴方向的拉应力σ x、σ y 分别是控制采场倾向、走向方 向岩层破断与矿压显现的关键性因素；岩层下表面的σ y 分布特征决定了仰采与俯采时不同 的顶板破断与矿压显现特点。 关键词：大倾角仰（俯）采；顶板；破断机理；薄板；数值计算 中图分类号：TD823 Analysis of Roof Stress on Up-dip (Down-dip) Mining Stope at Deep Dip Angle wangxiaoxi, zhangyidong (School of Mines，China University of Mining Technology) Abstract: In order to study the mechanism of roof break on up-dip down-dip mining stope at deep dip angle, the paper made a thin plate mechanical model of the roof toward its periodic fracture, analysed the stress distribution and fracture mechanism of the basic roof rock, and built a formula for the extreme limit fracture principle of the thin plate and the stress theory. It found that the tensile stress σx and σy of the model are respectively the key factors of controlling the inclination, trend and the strata behaviour; and distribution characteristics of σy determine conditions of roof break and strata behaviour on up-dip down-dip mining. Key words: up-dip down-dip mining at deep dip angle; roof; fracture mechanism; thin plate; numerical calculation 0 引言 随着我国煤炭资源储量日益枯竭的我国中东部地区的煤炭开采逐渐向深部、向复杂地质 构造地区转移，大倾角煤层的开采比例越来越大；同时我国快速发展的西部矿区 50%以上 的矿井在开采大倾角煤层，大倾角煤层是西部许多矿区或矿井的主采煤层。受褶曲等地质构 造影响，许多沿倾向布置的大倾角煤层回采工作面在走向方向还面临大角度俯采或仰采的困 难。目前国内外针对近水平或缓倾斜煤层采场的矿山压力显现及顶板破断机理的研究已经比 较成熟，而大倾角俯采、仰采采场还没有建立完整系统的矿压理论[1-3]。 采场围岩的活动是形成矿山压力的根源，而矿山压力的显现就是采场围岩活动的具体表 [4] 采场围岩梁和拱的结构模型多注重工作面推进方向的顶板活动规律，而大倾角俯（仰）采工 作面的顶板破断运动在推进方向和面长方向均有差异性，因此本文建立了大倾角俯、仰采顶 板周期破断时的薄板弹性变形力学模型，利用薄板理论并结合数值计算对大倾角俯采及仰采 工作面周期破断时的顶板变形与破断机理进行了对比分析，并针对大倾角俯采及仰采顶板管 作者简介：王晓溪（1986—），男，中国矿业大学在读硕士，从事矿山压力与围岩控制方面的研究 通信联系人：张益东（1964—），男，副教授，主要从事采矿工程、矿山压力及其控制、巷道围岩控制等 方面的研究. E-mail: ydzhang@cumt.edu.cn -1- 理存在的问题提出了一些建议。 1 薄板模型分析  45  1.1  模型的建立 采场薄板矿压理论是把断裂前的基本顶岩层视为弹性薄板结构，断裂后视为铰接板结 构，根据不同支承边界条件建立相应的力学模型[5]。对于长壁开采工艺，工作面长度通常为 120~150m，采场基本顶的初次垮落距一