浅埋薄基岩条件下顶板动载冲击效应的模拟与理论解析

本文主要探讨了顶板动载冲击效应在煤炭开采过程中的重要性，特别是在浅埋薄基岩条件下。作者杨胜利、王家臣和杨敬虎合作，利用创新的工作面覆岩破断预测实验平台，对该现象进行了深入研究和模拟。他们首先构建了一个顶板破断的弹性地基梁理论模型，通过这个模型，他们能够计算出当基本顶破裂时，其与煤壁的具体相对位置，从而确定了动载冲击的有效作用范围。 进一步，他们建立了顶板动载冲击的力学模型，并结合岩石的压缩特性，运用功能原理，推导出了在不同条件（如直接顶厚度、裂隙发育程度、支架刚度和初撑力）下，最大冲击载荷以及支架伸缩量的解析表达式。这些表达式为评估是否可能发生压架事故提供了科学依据。研究结果显示，基本顶往往会在直接顶的支撑边界之前破裂，而且这种冲击通常发生在液压支架上方。 冲击载荷的大小与直接顶的厚度、裂隙发育程度、支架的刚度和初始支护力密切相关。与工作面静载荷相比，动载冲击载荷的数值显著更高，这强调了在设计和操作过程中考虑动载冲击效应的重要性。最后，作者通过实验验证了他们的理论分析，确保了相似模拟实验结果的可靠性。 本文的研究不仅对提高煤炭开采过程中的安全性和效率具有重要意义，也为顶板管理提供了定量的指导，尤其是在复杂地质条件下。其研究成果以"动载冲击；弹性地基梁；初撑力；动载系数；相似模拟"等关键词，被归类于煤炭工程和技术领域的核心期刊《煤炭学报》上，2017年第2期发表，引用了国家重点基础研究发展计划（973）的资助项目。整个研究过程严谨，数据翔实，对于理解和控制采矿过程中的动态冲击问题具有很高的参考价值。