梯形载荷煤柱底板偏应力分布规律与工程案例

摘要

建立梯形载荷作用下底板偏应力分布的力学模型,推导出煤柱底板最大主偏应力公式,并得出不同载荷跨度与不对称系数等因素下的底板偏应力场响应特征。结果表明:①随着载荷跨度减小,底板偏应力值整体呈减小趋势,两侧底板区域的高偏应力集中区不对称程度减弱,且最终会出现汇合,形成一个连续的“苹果”形高偏应力区。②当1<λ≤4时,呈现出与载荷高低相一致的不对称马鞍型分布;随着λ值增加,不对称性加剧,高载荷侧极大值增长速率明显高于低载荷侧;极小值呈线性增长,且其位置向低载荷侧转移。③载荷跨度为35 m时,随着深度增加,偏应力非对称性趋势变缓,而在底板一定范围内存在一个较为明显的低偏应力区,可作为巷道布置的较理想区域。结合新阳矿地质生产条件和力学分析结果,将新102材料巷布置在x=15 m处,确定了高预应力强力锚杆(索)支护方案,进行了现场试验,取得了良好的控制效果,为近距离下部煤层巷道布置和围岩控制提供了理论依据和技术借鉴。