动压巷道两帮煤体刚度劣化对顶板变形的影响

张智敏，康天合

（太原理工大学原位改性采矿教育部重点实验室，山西太原 030024）

动压巷道冒顶事故多发严重影响了我国煤炭安全开采[1-5]。鉴于此，许多学者从巷道围岩应力、变形和破坏角度研究了巷道顶板变形致灾机理[4-5]及其控制方法[6-8]。上述研究结论是基于圆孔平面应变问题或两端固支梁提出的，然而，煤矿动压巷道断面多为矩形，并且两帮煤体刚度也是顶板变形的关键影响因素[9]，因此研究动压巷道顶板变形失稳需考虑两帮煤体刚度的影响。由于含煤地层结构的层状地质特征[10]，可将顶板视为煤体为弹性地基上的梁[9,11-12]。通过建立采场顶板弹性基础梁力学模型，得到了采场顶板的应力与变形解析表达式[11]，进而得到顶板下沉的主控因素为顶板上覆载荷、地基系数和顶板触矸前的下沉量[12]；Zhou 等[13]和Han 等[14]利用Winkler弹性地基理论，分别研究了采场超前支承压力和倾向支承压力分布的解析表达式；蒋力帅等[9]通过建立巷道顶板弹性基础梁力学模型，得到了动压巷道“控帮护巷”支护原理。上述研究表明将顶板视为弹性地基上的梁（板）能够较为清晰地描述煤层顶板的应力和变形，但煤体由弹性转变为塑性对顶板变形的影响需进一步研究。为此，采用Winkler 弹性地基假设和极限平衡区理论，建立动压巷道顶板弹性地基基础悬梁力学模型并验证，分析两帮极限平衡区煤体弹性模量劣化程度与两帮极限平衡区宽度对顶板位移的影响；研究结果为基于巷道顶板变形进行支护设计及预防顶板大变形破坏提供理论依据。……