采用弹性力学理论,将石膏矿采空区直接顶视为四边固支的弹性薄板,建立了直接顶破断的力学模型,分析其在法向和切向荷载作用下的临界荷载及影响因素,确定其破断判据及破断特征,并应用于衡山某石膏矿试验采场,分析其稳定性,得到了该矿最合适的采场结构参数。研究结果表明:直接顶承受的最大拉应力随采场埋深及矿房长度与矿房跨度比值的增加而增大,随直接顶厚度的增加而减少;当矿房长度和矿房跨度接近时,直接顶承受的最大拉应力较小;当直接顶承受的最大拉应力大于其抗拉强度时,直接顶下表面中部岩体开始产生裂隙,裂隙沿四周向直接顶边界发展;随后直接顶上表面中部靠近工作面处的岩体产生裂隙,裂隙沿倾向向直接顶边界发展;最后直接顶上表面中部靠近矿房进口处岩体产生裂隙,至此直接顶完全破断。矿房跨度小于10 m,直接顶厚度大于2 m,是衡山石膏矿最合适的采场结构参数。

国家自然科学基金项目(51374129,51774187)；湖南省自然科学基金项目(2017JJ4009)；湖南省科技厅中央引导地方科技发展专项资金项目(2017CT5006)；湖南省科技厅重点研发计划课题(2017SK2280)；湖南省教育厅重点科研基金项目(17A184)；