資源描述：
《觀?；▓@發(fā)表應(yīng)力論文》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、煤巷掘進(jìn)時(shí)巷幫垂直應(yīng)力分布研究肥城礦業(yè)集團(tuán)涿鹿安泰煤業(yè)胡莊煤礦郭士強(qiáng)摘要：目前，巖石力學(xué)理論已求出了均質(zhì)、各向同性的巖石中圓形、橢圓形或矩形（帶圓角）巷道周圍內(nèi)應(yīng)力場的分布。實(shí)際生產(chǎn)過程中回采巷道通常是沿煤層頂板掘進(jìn)的，即：在兩層強(qiáng)度較高的巖層之間（頂板與底板）夾一層松軟巖層（煤），這樣在煤層中掘進(jìn)巷道（通常是矩形巷道）將引起不同于上述均質(zhì)巖層的應(yīng)力場，為此，我們以巖石力學(xué)和彈性力學(xué)為指導(dǎo)，利用彈性基礎(chǔ)梁理論導(dǎo)出了巷道一側(cè)煤幫的垂直應(yīng)力分布狀態(tài)。關(guān)鍵詞：煤巷垂直應(yīng)力分布研究1.理論模型假設(shè)我們對煤巷掘進(jìn)時(shí)巷
2、幫垂直應(yīng)力分布進(jìn)行研究，是以彈性基礎(chǔ)梁理論為前提的，為此我們作如下假設(shè)：1.1煤層呈水平或緩傾斜狀，且巷道高度基本等于煤層厚度；1.2巷道頂板彈性模量大于煤層且底板幾乎為剛性；1.3煤層中產(chǎn)生的最大應(yīng)力不超過彈性極限；1.4頂板下沉不會明顯改變載荷條件。2.研究方法沿巷道長度方向取一單位寬度的頂板，看作一橫跨巷道的矩形梁，其厚度等于頂板的厚度，此梁上作用有一垂直向下和均布載荷q，且q=ρgD（N/m2）,式中：Ρ——上覆巖層平均密度（Kg/m3）G——重力加速度（m/s2）D——開采深度（m）如下圖，由于梁
3、的兩端固定，所以在該斷面作用有彎矩M0和剪力V0：M0=－qL2/12（N/m）V0=－qL/2（N）式中：L——巷道寬度（m）在巷幫與頂板交點(diǎn)以外的梁可視為處于彈性煤層之上的彈性基礎(chǔ)梁且在該點(diǎn)作用有M0和剪力V0：（a）巷道頂梁載荷分布示意圖（b）彈性基礎(chǔ)梁邊界條件示意圖圖—1在巷道兩幫邊緣，煤層處于雙向受壓狀態(tài)，隨著不斷遠(yuǎn)離巷道，煤層逐漸由雙向受壓狀態(tài)過渡到三向受壓。在過渡區(qū)中，煤層基礎(chǔ)的彈性模量也在不斷改變，這一點(diǎn)在確定應(yīng)力分布時(shí)應(yīng)予以考慮。3.過渡區(qū)中的頂板下沉和應(yīng)力分布設(shè)Ec為煤在單軸試驗(yàn)中垂直層
4、理方向上的彈性模量，則在雙向受壓和三向受壓狀態(tài)下的等效彈性模量分別為λ2Ec和λ3Ec，式中：λ2=1/（1－VxzVzx）λ3=（1－Vxx）/（1－Vxx－2VxzVzx）Vxx—煤的泊松比，由水平應(yīng)力引起的兩個(gè)相互垂直的水平應(yīng)變比。該應(yīng)力方向與處在分母位置上的應(yīng)變方向相同。Vxz—煤的泊松比，由水平應(yīng)力引起的垂直應(yīng)力與水平應(yīng)變之比。Vzx—煤的泊松比，由垂直應(yīng)力引起的水平應(yīng)力與垂直應(yīng)變之比。頂板彎曲時(shí)，其水平方向的等效彈性模量可表示為λsEs，式中：λs=1/[1－Vzxs－Vxxs（Vzxs+Vxx
5、s）]Es—頂板巖層在單軸試驗(yàn)中平行于層理方向的彈性模量（N/m2）；Vzxs、Vxxs—巖石泊松比，分別與Vxx和Vzx類似。首先，假設(shè)巷道兩幫煤層全部處于雙向受壓狀態(tài)，則煤層彈性模量等于λ2Ec/m，式中m為煤層厚度。梁的下沉量用Z3表示，且其慣性矩一定，這樣下沉曲線可用一下微分方程表示：（h3λsEs/12）d4Z2/dx4=－（λ2Ec/m）Z2——式（1）式中h——頂板厚度（m）邊界條件為：當(dāng)x=∞時(shí)，Z2=0，dZ2/dx=0當(dāng)x=0時(shí)，d2Z2/dx2=－12M0（h3λsEs）=qL2/（h
6、3λsEs）d3Z2/dx3=－12V0（h3λsEs）=6qL/（h3λsEs）令β2=[3λ2Ec/（mh3λsEs）]1/4，將其邊界條件代入式（1）得：Z2=[mqLβ2/λ2Ec]e–β2X[（1+Lβ2/6）cosβ2x－（Lβ2/6）sinβ2x]——式（2）由于頂板下沉而在煤層中產(chǎn)生的附加垂直應(yīng)力是采動影響或巷道掘進(jìn)的結(jié)果，故采動應(yīng)力（附加垂直應(yīng)力）為：σM2=Z2λ2Ec/m=qLβ2e–β2X[（1+Lβ2/6）cosβ2x－（Lβ2/6）sinβ2x]——式（3）則，總應(yīng)力σT2為：σ
7、T2=q+σM2——式（4）如此類似，假設(shè)巷道兩幫圍巖處于三向受壓狀態(tài)，令β3=[3λ3Ec/（mh3λsEs）]1/4，將其代入（1）式得：Z3=[mqLβ3/λ3Ec]e–β3X[（1+Lβ3/6）cosβ3x－（Lβ3/6）sinβ3x]——式（5）采動應(yīng)力為：σM3=Z3λ3Ec/m=qLβ3e–β3X[（1+Lβ3/6）cosβ3x－（Lβ3/6）sinβ3x]——式（6）則總垂直應(yīng)力為：σT3=q+σM3——式（7）至此，設(shè)距巷幫邊緣X2處，分布著總應(yīng)力σT2，X2為雙向受壓轉(zhuǎn)為三向受壓的過渡點(diǎn)
8、距離，則FσT2dx+CX2=mη[σT2]x2——式（8）式中：F=fr+ffC=Cr+Cfη=EcpVzx/[Ec（1－Vxx）]fr、ff——煤層與頂?shù)装鍘r層間的摩擦系數(shù)；Cr、Cf——煤層與頂?shù)装鍘r層間的內(nèi)聚力，（N/m2）；Ecp——煤在單軸試驗(yàn)中，平行層理方向的彈性模量（N/m2）。同樣設(shè)巷幫邊緣X3處過渡區(qū)結(jié)束，其應(yīng)力為σT3，則：FσT3dx+CX3=mη[σT3]x3——式（9）我們根據(jù)前人以往
