为什么煤层会有顶底板岩层?

发布网友发布时间：2024-04-13 00:56

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热心网友时间：2024-08-07 21:06

由于采场不断向前推进,上覆岩层悬露,在其重力的作用下弯曲下沉,当其弯曲沉降发展至一定程度以后,在介入煤壁的端部开裂,岩层由固支梁转化为简支梁,最大弯矩由梁的端部迅速转移到梁的中部,使岩梁开裂、冒落,形成“假塑性岩梁”。把每一组同时运动(或近乎同时运动)的岩层看成一个运动整体,称为“传递力的岩梁”,简称“传递岩梁”。依据宋振骐院士的传递岩梁理论,可知两岩层在自重作用下同时运动的临界条件：

煤层开采顶板导水裂隙带高度预测理论与方法

式中：Ex,Es分别为下、上岩层的弹性模量；hx,hs分别为下、上岩层的厚度。

当下部冒落空间大于上覆岩梁的最大沉降值时,传递岩梁及基础视为黏弹性岩体,其力学模型如图2.2和图2.3。依据弹性力学的知识,弯矩最大时上覆岩梁内弯矩的分布如图2.4。传递岩梁最大弯矩位于基础前方,因为岩体抗压不抗拉,当传递岩梁的悬顶距达到一定值时,最大弯矩所引起的拉应力将导致传递岩梁发生拉破坏,破裂线位于基础前方。

图2.2 顶板岩梁的受力模型(据宋振骐,1988)

Fig.2.2 Force applying model of roof rock beam(AfterSongZhenqi,1988)

图2.3 岩体流变模型

Fig.2.3 Rheology model of rockmass

图2.4 顶板岩层内部的弯矩图(据宋振骐,1988)

Fig.2.4 Bending moment in roof rock bed(After Song Zhenqi,1988)

图2.5 顶板岩梁的受力模型(据姜福兴,1995)

Fig.2.5 Bending model of roof rock beam(AfterJiangFuxing,1995)

当下部冒落空间小于上覆岩梁的最大沉降值时,岩层发展成为“假塑性岩梁”。上覆传递岩梁可视为黏弹性基础上的无限长梁,力学模型如图2.5。在x＞0部分,梁的基础是实体岩体,在x＜0部分,梁的基础是冒落矸石的充填体。梁的破坏主要由自重产生,基础的反力为：x＞0,φ(x,t)；x＜0,Ψ(x,t),依据弹性力学知识求解,当t→∞时,传递岩梁的最大弯矩发生在基础前方,其位置由实体和充填体的压力波长所决定。

依据传递岩梁理论,剪切破坏时,首先在弯拉作用下,产生拉伸裂隙；当岩梁厚度大且刚度较高而产生的弯曲沉降不大时,由于拉应力在梁端头产生的裂隙未贯通岩梁全厚,当工作面推至岩梁部分开裂位置时,上覆岩层在剩余抗剪断面上形成的剪应力超过其抗剪强度,岩梁则被剪断而冒落。