大同矿区坚硬顶板破断步距与变形规律深度解析

本文主要探讨了大同矿区某工作面坚硬顶板的破断步距及变形规律，这是一个关键的行业研究课题，特别是在煤炭开采领域，因为坚硬顶板的处理直接影响到矿井的安全和效率。作者夏彬伟、李晓龙、卢义玉和贾金龙利用岩层控制关键层理论、Vlasov厚板理论以及薄板理论进行深入分析。 研究对象是该工作面由于顶板坚硬而难以垮落，同时伴随着大小来压的问题。通过理论计算，他们得出了当近距离的坚硬岩层厚度差异较大时，上层较厚的顶板破断步距大约是下层较薄部分的两倍。这种结构特性使得工作面易于形成大小来压，即在顶板垮塌过程中会出现周期性的压力波动，对巷道稳定性构成威胁。 进一步的，作者使用3DEC数值模拟软件对理论计算结果进行了验证，揭示了煤壁支承压力峰值和覆岩裂隙随坚硬直接顶板变形挠度的变化规律。他们发现，随着坚硬直接顶的变形，支承压力峰值的变化呈现出“前快、中慢、后稳”的阶段模式，这表明压力响应并非连续平滑，而是有明显的阶段反应。另一方面，裂隙分形维数的变化趋势则是“前慢、后快”，表明在顶板破断过程中，裂隙的发育和复杂性不是均匀的，而是经历了一个突变性的过程。 关键词“坚硬顶板”、“厚板理论”、“大小来压”和“变形”强调了研究的核心概念，而“破断”则揭示了研究的实践应用价值。这篇论文不仅提供了对坚硬顶板处理的新理解，还为矿井工程设计和安全管理提供了重要的科学依据，有助于提升矿山开采的经济效益和安全性。