深部开采环境下底板隔水关键层深梁力学分析

作     者：王秉文 查文华 鲁海峰 WANG Bingwen;ZHA Wenhua;LU Haifeng

作者机构：东华理工大学土木与建筑工程学院江西南昌330013 安徽理工大学地球与环境学院安徽淮南232001 

出 版 物：《煤田地质与勘探》 (Coal Geology & Exploration)

年 卷 期：2024年第52卷第9期

页      面：80-91页

核心收录：

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金项目(51964002,52264003) 江西省“双千计划”支持项目(DHSQT22021002) 校科研启动基金项目(1410000435) 

主　　题：深部开采 底板隔水层 岩梁模型 深梁 数值模拟 突水预测 

摘      要：【目的】随着矿井开采深度增加,来自高承压岩溶水威胁增大,导致煤层工作面出现涌水、突水等水害现象,分析深部开采环境下煤层底板隔水关键层抵抗水压力强度是解决这一现象的重要内容之一。【方法】为解决此问题,将隔水底板简化为岩梁模型,并运用深梁理论解决深部开采突水预测中的岩梁模型问题,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,根据深梁弯曲力学特点,结合前人研究成果,将深梁条分成浅梁,通过弹性力学单根浅梁受力分布形式假定层间挤压应力σy为三次函数,给出深梁弯曲应力求解的条分技术,并将计算结果与弹性力学解、FLAC3D模拟结果进行对比。【结果和结论】结果表明,深梁条分解得到的应力及位移与数值解结果趋势更为接近,计算结果更为精确,相对误差均在10%以内,同时,随着条分层数增加,精度也增加,但提高幅度逐渐降低,因此,工程应用中针对深部岩梁模型条分到一定程度即可;随着高跨比不断增加,精度误差也在增加,说明条分层宽度不宜过大,否则造成误差增加;底板隔水关键层实例表明,当隔水关键层高跨比大于0.2时,为典型的深梁问题,常规弹性力学的最大拉应力求解结果误差较大,相对误差达到40.6%,给正确判定关键层突水危险性带来不利影响,此时采用深梁条分法求解应力精度较高,可为深部煤层底板突水预测研究起到重要的指导作用。