›› 2014, Vol. 35 ›› Issue (3): 795-800.

• 岩土工程研究 • 上一篇    下一篇

大断面厚顶煤巷道顶板冒落破坏的上限分析

王 琦1, 2, 3,王洪涛1,李术才1,王德超1,江 贝1,张红军1,李为腾1   

  1. 1. 山东大学 岩土与结构工程研究中心,济南 250061;2.山东省矿山灾害预防控制国家重点实验室培育基地,山东 青岛 266590; 3. 兖矿集团有限公司 博士后科研工作站,山东 邹城 273500
  • 收稿日期:2013-01-15 出版日期:2014-03-10 发布日期:2014-03-19
  • 作者简介:王琦,男,1983年生,博士后,讲师,主要从事地下工程支护及模型试验方面的研究工作
  • 基金资助:

    国家自然科学基金(No.51304125;No.51379114);中国博士后科学基金面上资助(No.2013M540548;No.2012M511028);矿山灾害预防控制国家重点实验室培育基地开放基金(No.MDPC2012KF11);山东省博士后创新项目专项资助(No.201301004);高等学校博士学科点专项科研基金-新进教师类(No.20130131120090)。

Upper bound limit analysis of roof collapse mechanism of large section roadway with thick top coal

WANG Qi1,2,3,WANG Hong-tao1,LI Shu-cai1,WANG De-chao1,JIANG Bei1,ZHANG Hong-jun1,LI Wei-teng1   

  1. 1. Research Center of Geotechnical and Structural Engineering, Shandong University, Jinan 250061, China; 2. State Key Laboratory of Mining Disaster Prevention and Control of Shandong Province, Qingdao, Shandong 266590, China; 3. Post-Doctoral Scientific Research Station, Yankuang Group Company Limited, Zoucheng, Shandong 273500, China
  • Received:2013-01-15 Online:2014-03-10 Published:2014-03-19

摘要: 根据大断面厚顶煤巷道顶板的破坏特性,考虑了顶板围岩应力水平与支护荷载的影响,利用Hoek-Brown强度准则及其相关联的流动法则,构造出厚顶煤巷道顶板的冒落破坏机构。基于塑性力学中的上限分析方法,结合变分原理,推导得到了大跨度厚顶煤巷道顶板的冒落破坏机制,并以赵楼煤矿某巷道现场实践为例,分析了不同计算参数对顶板冒落破坏机制的影响。计算研究表明:随着岩体经验参数A、抗拉强度、抗压强度及支护荷载的增加,冒落体尺寸随之增大,而当岩体经验参数B、围岩应力及岩体重度增加时,冒落体尺寸则随之减小;冒落体尺寸代表了巷道顶板安全性能的大小,其尺寸越大,表明使巷道顶板发生冒落破坏所需外力功越多,顶板安全性能也越高;岩体经验参数B、围岩应力水平与支护荷载对顶板围岩破裂机制影响较为显著,参数B决定了冒落体的破裂形状,随着参数B的增加,冒落破裂迹线的曲率不断减小;增大支护阻力是提高顶板稳定性的有效途径,其研究结果可为大断面厚顶煤巷道支护设计提供一定的理论依据。

关键词: 厚顶煤, 顶板, Hoek-Brown强度准则, 塑性上限分析, 围岩应力

Abstract: According to roof collapse characteristics of large section roadway with thick top coal, a failure mechanism of roof collapse block, considering the influences of the stress of surrounding rock and supporting pressure, was constructed based on Hoek-Brown failure criterion and its associated flow law. Through upper bound limit analysis, the roof collapse mechanism of large section roadway with thick top coal was deduced with variational principle; and with one roadway in Zhaolou coal mine, for example, the influences of rock parameters on roof collapse mechanism were also analyzed. The calculation results show that: With the increasing of empirical parameter A, tensile strength, compressive strength and supporting pressure, the size of collapse block increases, while decreases with the increasing of empirical parameter B, the stress of surrounding rock and unit weight of rock mass. The size of collapse block represents the roof stability, larger size means more external work to expend, and the roof is more stable. The parameter B, the stress of surrounding rock and supporting pressure have significant impacts on roof collapse mechanism; and the parameter B determines the shape of failure curved surface; the curvature of failure surface will decrease with the increase of parameter B. Improving supporting pressure is an effective way to increase the roof stability, which provides theoretical basis for the support design of large section roadway with thick top coal.

Key words: thick top coal, roof, Hoek-Brown failure criterion, plastic upper bound limit analysis, stress of surrounding rock

中图分类号: 

  • TD 353
[1] 袁维, 刘尚各, 聂庆科, 王伟, . 基于冲切破坏模式的嵌岩桩桩端溶洞顶板 临界厚度确定方法研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(7): 2789-2798.
[2] 吴顺川, 姜日华, 张诗淮, 张 敏, . 修正Hoek-Brown强度准则在钻孔稳定性 分析中的应用[J]. 岩土力学, 2018, 39(S2): 1-13.
[3] 杨 朋,华心祝,李迎富,刘钦节,杨 森. 深井复合顶板条件下沿空留巷充填体水平方向稳定性分析[J]. , 2018, 39(S1): 405-411.
[4] 周兴涛,盛 谦,崔 臻,朱泽奇,胡之锋,马亚丽娜, . 基于C2阶连续函数的广义Hoek-Brown强度准则屈服面与塑性势面棱角圆化方法[J]. , 2018, 39(S1): 477-487.
[5] 姜光成,胡乃联,洪根意,李国清,方京珍,. 基于GSI值量化和修正方法的岩体力学参数确定[J]. , 2018, 39(6): 2211-2218.
[6] 谢学斌,李建坤,董宪久,田听雨,. 胶结充填体-顶板系统稳定性研究[J]. , 2018, 39(11): 4183-4190.
[7] 赵明华,朱志仁,黄明华,杨超炜,徐卓君. 考虑基桩嵌岩段侧阻的岩溶区顶板安全厚度计算[J]. , 2018, 39(11): 4201-4209.
[8] 姚 囝,叶义成,王其虎,岳 哲,罗斌玉,. 基于量纲分析的缓倾斜空区顶板稳定性的影响规律研究[J]. , 2018, 39(11): 4232-4241.
[9] 马林建,阳 发,王明洋,李 増,. 考虑应变率效应的广义Hoek-Brown动态强度准则[J]. , 2017, 38(S2): 27-32.
[10] 江 贝,李术才,王 琦,王富奇,张若祥,. 基于上限法的深部大断面回采巷道顶板锚索设计方法研究[J]. , 2017, 38(8): 2351-2354.
[11] 王志刚,郭晓菲. 双河煤矿采动巷道顶板裂隙的分形研究[J]. , 2017, 38(8): 2377-2384.
[12] 雷 勇,尹君凡,陈秋南,杨 威,. 基于极限分析法的溶洞顶板极限承载力研究[J]. , 2017, 38(7): 1926-1932.
[13] 侯公羽,谢冰冰,江玉生,殷姝雅,韩育琛. 基于BOTDR的光纤应变与顶板沉降变形关系的模型构建与试验研究[J]. , 2017, 38(5): 1298-1304.
[14] 黄 明,付俊杰,陈福全,江 松. 桩端荷载与地震耦合作用下溶洞顶板的破坏特征及安全厚度计算[J]. , 2017, 38(11): 3154-3162.
[15] 黄庆享,郑 超. 巷道支护的自稳平衡圈理论[J]. , 2016, 37(5): 1231-1236.
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[1] 王 刚,李术才,王明斌. 渗透压力作用下加锚裂隙岩体围岩稳定性研究[J]. , 2009, 30(9): 2843 -2849 .
[2] 刘玉成,曹树刚,刘延保. 可描述地表沉陷动态过程的时间函数模型探讨[J]. , 2010, 31(3): 925 -931 .
[3] 介玉新,杨光华. 基于广义位势理论的弹塑性模型的修正方法[J]. , 2010, 31(S2): 38 -42 .
[4] 杨建民,郑 刚. 基坑降水中渗流破坏归类及抗突涌验算公式评价[J]. , 2009, 30(1): 261 -264 .
[5] 周 华,王国进,傅少君,邹丽春,陈胜宏. 小湾拱坝坝基开挖卸荷松弛效应的有限元分析[J]. , 2009, 30(4): 1175 -1180 .
[6] 叶 飞,朱合华,何 川. 盾构隧道壁后注浆扩散模式及对管片的压力分析[J]. , 2009, 30(5): 1307 -1312 .
[7] 陈 林,张永兴,冉可新. 考虑剪应力作用的挡土墙主动土压力计算[J]. , 2009, 30(S2): 219 -223 .
[8] 罗 强 ,王忠涛 ,栾茂田 ,杨蕴明 ,陈培震. 非共轴本构模型在地基承载力数值计算中若干影响因素的探讨[J]. , 2011, 32(S1): 732 -0737 .
[9] 王云岗 ,章 光 ,胡 琦. 斜桩基础受力特性研究[J]. , 2011, 32(7): 2184 -2190 .
[10] 龚维明,黄 挺,戴国亮. 海上风电机高桩基础关键参数试验研究[J]. , 2011, 32(S2): 115 -121 .