矸石充填顶板弹性地基梁力学模型理论分析

史剑飞

摘 要：矸石充填采煤作为煤矿绿色开采体系中一种新型的采煤方法，对充填后顶板下沉规律的研究具有重要意义。通过建立充填开采顶板岩层一端固定一端悬臂的顶板弹性地基梁力学模型，得到了充填条件下顶板岩层下沉变形的挠曲线方程；采用Matlab数学软件做出了各种条件下顶板岩层的挠曲线；分析了矸石充填体的地基系数和顶板刚度对顶板的支撑作用；结果显示矸石的地基系数是影响岩层下沉的重要因素。

关键词：矸石充填；顶板；弹性地基梁；力学模型

中图分类号：TD353 文献标识码：A

1.研究背景

我国煤矿现有矸石山1600余座，累计堆积量约45亿t，占地约15万m2。每年由于煤炭开采塌陷土地面积约4万m2左右。全国受煤炭开采下沉影响的土地面积达60万m2左右，直接经济损失约20亿元。因此，充填开采技术在我国具有广泛的发展空间。目前，根据充填材料划分，我国的充填开采主要发展方向分为综合机械化矸石粉煤灰充填、高水充填和膏体充填等充填方法；根据充填方式的不同，可将充填开采分为抛矸机抛矸充填、刮板输送机卸矸充填、风力抛矸充填、似膏体自流充填等充填方法。本文主要研究采用最常用的综合机械化矸石充填法后的顶板弹性地基梁力学模型。

综合机械化矸石充填是指矸石就是将矸石等破碎成一定块度，混上粉煤灰等胶结材料，运至井下长壁工作面，并借助一定机械设备充入采空区，从而实现最大限度地回收煤炭资源并控制地表下沉的采煤方法。……