采空区顶板破坏模式判别方法及应用.pdf

摘要 采空区顶板是采空区的薄弱部分，顶板稳定与否，将直接影响采矿人员及设备的安 全，目前对采空区顶板的分析多采用简化的力学模型，采用数值模拟定量地评价采空区顶板 稳定性的研究较少，为此，本文以数值模拟为基础，结合理论分析、强度折减法以及突变理 论，对采空区顶板稳定性作了以下工作及研究： （1）总结了采空区稳定性和强度折减法的研究现状，重点分析了影响采空区稳定性 因素及采空区顶板稳定性分析方法。 （2 ）将强度折减法引入采空区稳定性分析，针对强度折减法分析边坡稳定性的三种判 据，提出了适合采空区失稳分析判据。对于顶板的剪切破坏和拉裂破坏，相应的提出用剪切 安全系数和拉裂安全系数。 （3 ）以位移为评价指标，结合突变理论及强度折减法，建立采空区位移突变模型，实现 对采空区稳定性定量评价。 （4 ）通过简单模型的数值计算得到顶板及侧帮的剪切安全系数，并研究岩体粘聚力、内 摩擦角、弹性模量对采空区顶板和侧帮的影响。 （5）分析采空区顶板的破坏模式及其发生的条件，最终在数值模拟中实现对拱形冒落、 弯曲折断、整体垮塌三种主要顶板失稳模式判别。 （6）建立新疆某铁矿数值模型，分析顶板在矿房及间柱回采后位移沉降情况，结合尖点 突变理论及强度折减法计算得到顶板安全系数，并判定此采空区顶板最可能的失稳模式。 关键词：采空区；稳定性；突变理论；强度折减法；安全系数；判据 I Abstract The roof of the goaf is the weak part of it. The roof’s stability will directly affect the safety of mining personnel and equipment. At present, the analysis of goaf usually use a simplified mechanical model, while less use of the numerical simulation to evaluate quantitatively the stability of the goaf roof. Therefore, based on theoretical analysis, combined with the strength reduction and catastrophe theory, work and research on the stability of the gob roof is done as follows: (1) Summarized the research status of the goaf stability and strength reduction, emphatically analyzed the influencing factors of goaf roof’sstability and analysis method of the goaf roof. (2) Introducing the strength reduction into the goaf stability analysis, put forward a suitable analysis judgment reference of the goaf according to the three criterion of the slope stability analysis based on the strength reduction. Put forward the corresponding shear safety factor and crack safety factor according to the shear failure of the roof and crack damage. (3) Take the displacement evaluation for index, combined with the catastrophe theory and strength reduction, established the goaf displace