基于岩梁-块体理论的巷道软弱层直接顶板破坏形式研究

巷道软弱层直接顶板具有挠曲破坏、整体冒落和拱形冒落3种破坏形式,顶板厚度变化是影响其破坏形式的主要原因之一.对此,基于梁理论和块体理论,构建了顶板岩梁-块体力学模型,以揭示软弱层直接项板破坏形式的变化规律.在此基础上,定义了挠曲破坏安全系数和剪切破坏安全系数,建立了顶板不同破坏形式的顶板临界厚度计算模型,以判定不同顶板厚度对应的顶板破坏形式.通过实例演算显示,随着顶板厚度的增加,顶板破坏形式由挠曲破坏逐渐变为整体冒落再变为拱形冒落.同时,当顶板厚度超过一定值时,冒落拱高度不再显著增加.基于相同的工程条件和力学参数,通过实例演算和数值模拟对比分析,计算得到演算工况下从挠曲破坏到整体冒落的顶板临界厚度均为0.14m,从整体冒落到拱形冒落的顶板临界厚度为0.8 m,结果具有一致性.表明应用顶板临界厚度计算模型能够有效地判定顶板破坏形式.该研究成果可为矿山巷道在软弱层直接顶板管控及支护方案设计提供理论参考.