承压水上开采底板破坏的弹性力学分析与防治策略

本文主要探讨了承压水上开采过程中底板破坏的机理，通过建立一个力学分析模型，将开采底板简化为一个矩形薄板，其四边被固定，并在顶部受到均匀分布的载荷作用。研究采用了弹性力学中的薄板理论，对底板的变形特性、受力情况进行了深入分析。作者推导出了一种计算底鼓（指在压力作用下底板向上翘起的现象）的表达式，这个表达式考虑了影响底鼓的重要参数，如底板岩体的弹性模量、厚度、泊松比、长度、宽度以及密度。通过这些参数，可以预测最大底鼓量的发生位置，这对于评估底板稳定性至关重要。 根据底板岩层的极限应力强度，研究人员能够判断底板是否达到破裂的临界状态。研究发现，底板的破坏通常始于长边的中点，这是由于该位置承受的剪切应力较大。此外，通过弹性力学薄板理论，还得到了主弯矩的大小和方向，这些信息对于制定有效的底板保护和防止突水的措施具有理论指导意义。 为了更直观地展示底板的变形情况，文中利用MATLAB软件进行了数学建模，绘制了底板变形量、水平应力以及剪应力的三维立体分布图，从而清晰地显示出底板破坏的区域和具体形式。这一研究成果对于理解和控制矿井突水风险，优化采矿过程中的安全措施具有实际价值，特别是在深部和高压矿井开采中，对于确保矿产资源的安全开采和环境保护具有重要意义。 本文深入探讨了承压水上开采过程中底板破坏的关键力学因素和计算方法，为预防和控制矿井突水提供了重要的理论支持和技术指导。