综放工作面多区支撑顶板力学模型：破断特征与影响因素分析

综放工作面是煤炭开采中的一种重要开采方式，其特点是开采厚度和宽度较大，这导致顶板的力学行为复杂且对安全生产有着显著影响。本文主要探讨了综放工作面多区支撑顶板的力学模型以及其破断特征，通过构建一个包括基本顶、液压支架控顶区、采空区和破断垮落顶板充填体在内的四区支撑模型，对顶板的应力分布进行了深入研究。 作者们运用有限元计算程序，结合二分法反演方法，分析了基本顶的作用荷载和周期垮落步距对顶板力学性能的影响。研究结果显示，综放开采时，基本顶的最大弯矩通常发生在煤壁前方，这是由于支架的支撑作用和煤层的特性决定的。当基本顶在煤壁前方发生拉伸破断时，原有的支撑条件改变，会导致弯矩分布重新分布，并可能导致最大弯矩位置转移到煤壁处。 此外，研究还发现，如果基本顶没有在煤壁处断裂，随着工作面推进，基本顶内的最大弯矩会逐渐增大，而最大弯矩的位置会向采空区方向偏移，这就意味着基本顶更有可能在采空区上方断裂。支架的刚度、基本顶的抗拉强度和厚度是影响最大弯矩位置的关键因素，这些参数的增加会使最大弯矩位置倾向于采空区，增加了破断的风险。 在剪力分布方面，周期垮落步距、支架刚度和基本顶厚度也起着重要作用。当这些参数增大时，最大剪力位置同样会向采空区方向偏移，这意味着在开采过程中，必须密切关注这些因素以防止剪切破坏的发生。 综放工作面的顶板管理是煤炭开采安全的重要保障，通过建立这样的力学模型，可以为矿井设计、支护策略优化以及事故预防提供科学依据。研究还指出，针对不同地质条件和开采阶段，需要针对性地进行顶板管理，以确保综放工作的稳定性和安全性。本文的研究成果对于煤炭行业的深部开采技术提升具有重要意义，有助于推动煤炭行业的绿色、高效开采。