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煤礦充填開采下頂板沉降研究*
Study on Roof Subsidence of Filling Mining in Coal Mine
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高雁寧，王曉磊，劉歷波，韓現剛
（河北工程大學 土木工程學院，河北 邯鄲 056038）
摘 要：充填采礦可以有效控制巖層移動、抑制地表沉陷、減輕地質災害，并且能夠處理或利用一定的固體廢棄物，有效地改善礦山上覆巖層的力學環境，減輕頂板壓力。以平涼某煤礦為工程背景，研究煤礦充填開采條件下堅硬頂板沉降變形情況，構建了頂板力學模型，對于初期來壓采用四邊固支的邊界條件，利用變分法中伽遼金變形方程求選用不同撓度表達式的解。另對周期來壓選用三邊固支一邊自由的邊界條件，采用變分法中里茲變形方程進行求解。得出充填后頂板撓度顯著減小，初期來壓下減小38.74%，周期來壓下減小66.84%。并得到充填開采頂板沉降變形規律，隨著充填體彈性模量k值增大，頂板下沉位移顯著減小。
關鍵詞：頂板力學模型；矩形彈性薄板；充填開采；頂板沉降；變分法
中圖分類號：TD31
文獻標志碼：A
文章編號：1005-8249（2024）02-0045-06
DOI：10.19860/j.cnki.issn1005-8249.2024.02.009
GAO Yanning, WANG Xiaolei, LIU Libo, HAN Xiangang
(College of Civil Engineering, Hebei University of Engineering, Handan 056038, China)
Abstract: Filling mining has the effect of controlling the movement of rock layers, curbing surface subsidence, and reducing geological disasters, while it can effectively use part of the solid waste, improve the mechanical environment of rock strata and reduce roof pressure. Taking a coal mine in Pingliang as the engineering background and aiming at the settlement deformation of the hard roof under the coal mine filling mining, the mechanical model of roof plate is constructed for the settlement and deformation of hard roof under the filling mining of coal mine. For the boundary condition of the four-sided solid branch of the initial pressure, the solution of different deflection expressions is selected by using the Galiagin deformation equation in the variational method. In addition, the boundary conditions of three clamped edges and one free edge are used for periodic weighting, and the Ritz deformation equation in the deformation method is used for solving. It is concluded that the roof deflection after filling is significantly reduced, the initial weighting is reduced by 38.74 %, and the periodic weighting is reduced by 66.84 %. At the same time, the sedimentation deformation law of the top plate under the filling and mining can be obtained, and the sinking displacement of the roof plate is significantly reduced as the elastic modulus k value of the filling body increases.
Keywords: roof mechanics model ; rectangular elastic thin plate ; filling mining ; roof settlement ; variation method
基金項目：國家重點實驗室開放基金項目（SKLMRDPC19KF04）。
作者簡介：高雁寧（1996-），男，碩士研究生，主要研究方向：頂板沉降、煤礦充填方面研究。
通信作者：王曉磊（1983-），男，博士，副教授，主要研究方向：地基基礎方面研究。
收稿日期：2023-07-07
冀公網安備13011002000529 技術支持：數字河北 