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冲击载荷作用下矿柱力学响应特征分析

Mechanical response analysis of rock pillar under the impact loading

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随着采矿逐渐向深部发展,冲击地压灾害频繁显现,特别以大空间赋存采空区的坚硬顶板整体冒落引发的冲击灾害严重影响着矿山安全高效发展.以东升庙铜矿11号矿体+850 m水平以上采空区围岩冒落诱致冲击灾害为研究背景,应用工程类比法,建立了冲击力学模型,即将冒落体简化为圆柱体冲击垫层,将矿柱简化为梁结构.基于材料力学理论、应力扩散理论,建立了受冲矿柱内部最大拉应力、剪应力、挠度与垫层厚度的关系式,进一步研究了3个力学响应量随垫层厚度的变化规律以及垫层最佳设置厚度,并应用FLAC3D数值模拟对理论分析最佳垫层厚度的有效性进行了验证.研究结果表明:① 冒落体对垫层的最大冲击力以及此时在垫层中的位移随垫层厚度增加而分别减小和增大,同时2者减小和增加的幅度均随垫层厚度增大而减小;② 矿柱内最大拉应力、最大剪应力、最大挠度均随垫层厚度的增加而减小,同时减小的幅度也随垫层厚度增加而减小;③ 从经济节约、安全有效的角度出发,分析了垫层最佳设置厚度,认为设置厚度18 m左右的垫层是最合理的.研究成果可以为矿山采空区处理、山地道路棚洞防护等工程提供理论指导与经验参考.

董川龙、宁掌玄

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山西大同大学 煤炭工程学院,山西 大同 037003

冲击载荷 冒落体 矿柱 垫层 梁结构 数值模拟

山西重点研发计划山西大同大学青年科学研究项目大同市科技计划

201903D1210702017Q72019013

2022

10.13199/j.cnki.cst.2019-0793

煤炭科学技术
煤炭科学研究总院

煤炭科学技术

CSTPCDCSCD北大核心
影响因子：2.095
ISSN：0253-2336
年,卷(期)：2022.50(3)
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