摘要：矿压分析中常将坚硬顶板下部煤层的支承关系全简化为弹性地基,忽略工作面前方煤层塑性区支承力降低的影响。针对此问题,将煤层分为靠近煤壁的塑性区和其前方的弹性区。鉴于煤层支承力峰值位于煤层塑、弹区交界处及塑、弹区段对顶板反力为连续的实际工况,提出一个煤层塑性区支承力非线性表达式,给出其支承力峰值确定法和2个峰值精度验证法。在已有研究中全为弹性地基(支承)假定的顶板分析基础上,对煤层塑、弹区支承的初次来压前推进某阶段坚硬顶板的力学特性进行分析。给出煤层塑性区段顶板挠度方程形式解,求得五段式顶板挠度方程中全部积分常数。算例表明:随采空区步距的增大,顶板下沉量不断增大,煤层塑性区支承力峰值逐渐增大和煤壁处煤层支承力有所减小,煤壁前方与采空区跨中的顶板弯矩均随之增大,但煤壁前方的弯矩峰值始终大于采空区跨中弯矩。在此阶段如顶板因弯矩过大发生断裂,断裂线将发生在煤壁前方煤层塑性区段。将所得结果与全为弹性地基(支承)假定的顶板特性进行比较。得到如下认识:顶板与煤层是承受上覆荷载的共同体,全为弹性地基(支承)假定的顶板在煤壁处所受煤层反力,是塑性区煤层对顶板支承力的若干倍。强大反力的支承使顶板弯曲程度小(相应弯矩峰值小),弯曲范围小(弯矩峰超前距小);煤层塑性区支承的顶板在煤壁处所受煤层支承力远小于前者,顶板通过加大弯曲变形和弯曲范围去抵抗顶板的上覆荷载,这使得顶板弯矩峰值和弯矩峰超前距有明显增加,顶板挠度比全为弹性地基(支承)假定的顶板挠度有全面、大幅度增加。顶板弯矩峰超前距与顶板超前断裂距相关,基于煤层塑性区支承的顶板弯矩峰超前距均在4 m以上,与大多现场检测到的顶板超前断裂距接近,相应的顶板的内力和挠度特性描�

关键词：采矿工程 坚硬顶板 支承压力 塑性区 弹性地基 

单位：青岛理工大学土木工程学院; 山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地; 山东科技大学矿业与安全工程学院