含摩擦作用叠梁应力势函数对煤层顶板的破坏研究

为了研究煤矿巷道顶板的破坏形式与机理,采用叠梁模型并引入应力势函数分析了叠梁模型中的应力分布状态;同时采用遍布水平节理与垂直节理对模型进行简化,结合摩尔-库伦强度准则分析了煤层顶板的破坏范围。结果表明:煤层顶板破坏的主要因素是由水平节理造成的离层以及由垂直节理造成的断裂;离层破坏域呈上陡下平的“类双曲线型”分布,断裂破坏域呈“拱形”分布;随着层间摩擦系数的增大,顶板离层破坏域高度和宽度显著降低,而弹性模量的增加对顶板破坏范围作用较小;随着间接顶的增大,顶板断裂高度逐渐降低、离层宽度逐渐提升。

基于圆孔应力势函数法的核桃峪矿煤柱宽度确定

为了研究不同工作面尺寸以及不同地应力条件下的沿空留巷煤柱宽度确定方法,以甘肃庆阳核桃峪煤矿为背景,使用等效圆孔模型对矩形采空面进行替代,将煤柱简化为遍布水平节理与竖直节理的节理模型,引用弹性力学中应力势函数,结合摩尔-库伦准则对水平节理的剪切强度以及数值节理的剪切与拉伸强度进行分析;同时探究了不同等效圆孔半径和不同侧压系数下的煤柱抗剪强度曲线。结果表明:水平节理的剪切破坏是造成煤柱失稳破坏的主要原因,竖直节理的拉伸破坏主要集中在煤柱表面;同时,较大的等效圆孔半径会造成更大的影响范围以及更大的煤柱破坏面积;而较大的侧压系数能够提供给煤柱较大的围压,提高煤柱的抗压能力,进而使得煤柱的失稳破坏面积显著减小。该研究可以为煤矿开采工程中的沿空留巷煤柱宽度确定提供一种新的方法。

基于叠梁应力势函数的煤层顶板破坏研究

为了研究煤矿开采中煤层顶板的破坏程度及破坏特征,将直接顶与间接顶简化为遍布水平节理与垂直节理的叠梁模型,引入弹性力学中的应力势函数,结合摩尔-库伦强度准则分析煤层顶板的破坏域尺寸及形状;并使用3DEC软件进行进一步验证。结果表明:煤层顶板的破坏可分为由水平节理造成的离层以及由垂直节理造成的断裂;离层破坏域呈上陡下平的“类双曲线”分布、断裂破坏域呈拱形分布;随着间接顶弹性模量的增大,直接顶的离层宽度、高度明显降低;随着间接顶层高的增加,间接顶的断裂高度占比逐渐降低,离层宽度逐渐提升。这说明:当层高确定时,煤层顶板应力向硬岩转移,造成更大的破坏域面积;当岩性确定时,较大的间接顶层高可以显著降低断裂高度,转而提高离层破坏宽度。可以为煤层顶板破坏领域的工程实际问题提供理论依据。