异形载荷–弹性基础基本顶板结构破断特征及稳定性分析

摘要

为了研究近距离煤层层间基本顶三维破断演化特征,建立异形载荷–弹性基础基本顶板结构周期破断力学模型,探究不同载荷作用下层间基本顶破断位置、破断类型和破断形态,并对破断结构进行空间稳定性分析,阐明直角梯形板块失稳灾变条件及其对主控因素的响应规律。结论如下:(1)基本顶破断形态与上覆载荷分布形式直接相关,在均布载荷作用下,基本顶发生“O-X”破断,形成1个类等腰梯形板块和2个弧三角块体;在边界煤柱–采空区单峰状载荷作用下,基本顶发生“■”破断,形成2个类直角梯形板块和2个弧三角块体;在孤岛煤柱驼峰状载荷作用下,基本顶发生“■”破断,类直角梯形板块间形成块裂区。(2)破断结构失稳判据显示,直角梯形板块存在滑落失稳和回转变形失稳2种失稳形式,且每种失稳形式具有整体失稳、单边失稳和不失稳3种灾变组合。(3)随上覆载荷q增大,滑落失稳系数(深入煤体长边K1、侧向直角边K2)减小,回转失稳系数(深入煤体长边K3、侧向直角边K4)增大,即载荷增大不利于板块保持稳定;板块断裂宽度w具有与载荷q类似的规律,但当断裂宽度达到一定值以后,板块稳定性对其敏感程度降低;来压步距l增大,滑落失稳系数(K1,K2)及回转失稳系数(K3,K4)均增大,即来压步距增大容易诱发回转失稳;下煤层采高m2增大,滑落失稳系数(K1,K2)减小,回转失稳系数(K3,K4)在回转末期显著增大,即下煤层采高增大不利于板块稳定。(4)现场矿压监测及钻孔窥视结果在一定程度上验证了力学模型及理论分析的合理性与可靠性。