考虑拱效应的高阶段充填体下采空区顶板跨度和厚度计算模型

作者

程爱平杜澳宇楚立申王平陈国兴
单位

武汉科技大学资源与环境工程学院,冶金矿产资源高效利用与造块湖北省重点实验室武钢资源集团大冶铁矿有限公司
摘要

考虑拱效应和开采边界影响，结合薄板理论，构建高阶段充填体下采空区顶板力学模型，提出考虑拱效应的高阶段充填体下采空区顶板跨度和厚度计算模型；将该模型应用于大冶铁矿狮子山采区-180 m水平矿体开采，并利用FLAC3D数值模拟软件进行验证。研究结果表明：不同开采边界可以将高阶段充填体下采空区顶板力学模型简化为3类薄板模型，不同薄板模型下采空区顶板应力分布差异明显，固支边对应力分布影响更显著；结合大冶铁矿工程实例，采用本文模型计算确定的采空区顶板跨度为7.5 m,厚度为2 m,与K.B.鲁别涅依他公式法得到的参数相比更小；基于FLAC3D数值模拟结果验证了其采空区顶板稳定性，验证结果表明将本文模型运用于高阶段充填体下采空区顶板参数设计中是合理可行的。
关键词

采空区顶板参数高阶段充填体薄板理论拱效应
基金项目(Foundation)

国家自然科学基金项目(51604195)；湖北省自然科学基金项目(2018CFC818)；金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室开放基金项目(ustbmslab201704)；
文章目录

1 高阶段充填体下采空区顶板力学模型
1.1 基本假定
1.2 不同边界条件的薄板模型构建
1.2.1 Ⅰ类薄板模型
1.2.2 Ⅱ类薄板模型
1.2.3 Ⅲ类薄板模型
2 考虑拱效应的采空区顶板参数计算模型
2.1 上覆载荷确定
2.2 顶板跨度计算模型
2.3 顶板厚度计算模型
3 工程应用
3.1 工程概况
3.2 理论计算
3.2.1 跨度确定计算
3.2.2 厚度确定计算
3.3 模型比较
4 数值模拟验证
4.1 数值模型的构建
4.2 数值模拟结果分析
4.2.1 位移分析
4.2.2 应力分析
4.2.3 塑性区分析
5 结论
引用格式

[1]程爱平,杜澳宇,楚立申,等.考虑拱效应的高阶段充填体下采空区顶板跨度和厚度计算模型[J].采矿与安全工程学报,2025,42(01):218-228.