水平层状优势节理石灰岩采空区顶板破坏特征及其影响机制

为研究层状石灰岩采空区顶板的破坏特征及影响机制问题,在梅州某地下矿调研的基础上,构建采空区水平层状优势节理顶板力学模型,推导其应力分量表达式;结合M-C岩体强度准则,给出任意点岩体破坏判定值Z及其峰值数学式,分析顶板可能出现的变形破坏类型及失稳特征。结果表明:顶板的顶部、下部、两侧翼等位置出现4个判定峰值区域,依照Z值大小排序,分别对应脱落型(Ⅰ类)、挠曲型(Ⅱ类)、剪切型(Ⅲ类)等3种可能变形破坏形式。当Ⅰ、Ⅱ类变形破坏时,顶板具有“梯形拱”承载效应;当Ⅲ类变形破坏时,顶板具有类似“工”型承载特征。顶板破坏类型受安全系数m、跨厚比n和侧压系数k0等因素影响,其中,m、n为可控因素,k0为不可控因素。当k0和n既定时,m仅影响Ⅰ、Ⅱ类或Ⅰ、Ⅲ类破坏类型之间的转化,临界处m分别为2.02和1.22;当m和n既定时,k0影响方式与m的方式相同,临界处k0分别为1.25和1.33;当m和k0既定时,n将影响Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类等3种破坏类型之间转化,临界处n为1.6和3.5。采空区现场勘察结果验证理论分析结果的合理性。成果为此类矿山采空区顶板参数选择提供理论依据。