胶结充填开采两端固定岩梁模型及梁式断裂分析

考虑采空区胶结体在强度形成区内对顶板的支撑载荷与距离工作面长度呈线性关系,基于垮落法两端固定梁模型,建立胶结充填开采两端固定岩梁力学模型,得到岩梁剪切力、弯矩分布和两端支座反力的表达式;提出充填开采极限跨距概念,从岩梁抗拉、抗剪强度推导出极限跨距表达式;提出充填开采工作面极限推进速度概念,并推导出其表达式。应用模型和概念公式对某矿2414工作面进行计算。研究结果表明:充填开采时,岩梁最大剪切力、弯矩位于煤壁处,与垮落法开采相比,剪切力和弯矩更小;增加支柱(架)的支撑力,可减小岩梁两端剪切力和弯矩;按抗拉和抗剪强度计算充填开采极限跨距分别为24.6 m和85.8 m,胶结体须在12.5 d内形成抵抗上覆岩层载荷的强度;岩梁剪切力和弯矩分布均为非对称性;煤壁处的支座反力、弯矩分别为采空区侧岩梁端2.28和1.49倍;充填开采有利于采空区后部沿空巷道的维护。