2.2 切槽放顶前、后顶板应力状态的材料力学分析

按照切槽位置研究的分析方法，用材料力学方法可以分析切顶前、后深部水

平（

866 m 水平）和钢筋混凝土隔离墙（1133 m 水平）处的应力状态变化情况

[3]

[4]

。

切顶前

866 m 水平顶板处于 3 向应力状态，其顶板岩梁下表面受压。切顶、

尤其接顶后，岩梁的力学状态改变了，钢筋混凝土隔离墙处于

3 向应力状态，

其承载能力增加，而深部水平的顶板受力下降。这有利于将来深部的安全开采，
也有利于上部采空区逐步闭合。当位置一定时，应力大小与梁的厚度

有关。

、

分别

、

h 成反比。因此顶板岩层中似层状结构越发育，切顶后越易引起顶

板冒落。

表

1 切顶前、后受力状态

切顶状
况

N.m

上

下

上

下

放顶
前

2.43 3.00 167.1

-
121.9
4

受拉

受压

受拉

放顶
后

0.40 5.02 -94.62 192.1

受压

受拉

受压

“

注：值为

-”，表示与假定方向相

反；计算时

α 取 40

。表示顶板岩梁

两端的支撑力；表示顶板岩梁两端的弯矩；表示顶板岩梁内部的拉压应力。
2.3 顶板应力状态的数值模拟

应用

FLAC

三维有限元差分计算分析软件计算模拟，分析表明：在

966 m

和

866 m 水平附近实施沿走向全长的控制爆破切槽放顶是合理的；放顶引起应

力向有利于安全生产的方向重分布（

980 m 平巷地压及其附件下层的开采地压

降低，

866 m 水平以下的深部矿体的开采地压降低），引起地表岩体移动不明

显；增加切槽放顶宽度引起深部水平应力集中程度降低的效果不明显；沿倾向
类似地实施控制爆破局部切槽放顶，不仅可以调整局部地压，而且可以减小地
表岩体移动和关键点的支撑压力；考虑渗流时，采空区处理后地表岩体移动量
和应力集中程度将更小。因经采矿疏干后地下水位在采空区以下，地下水

(渗流)

对采空区表现为一种浮力，对深部水平待采矿体则表现为一种重力载荷。

表

2 各方案在深部引起应力集中程度比较

单元号

放

10 m/MP

放

20 m/MP

不放顶

/MP

1223

91.0

26.6

89.4

26.4

101.1

1222

75.7

21.7

74.5

21.5

83.5

1537

142.0

14.6

139.8

14.6

158.1

17．8

1419

90.9

20.7

89.7

20.6

100.5

23.7

1551

133.4

30.6

132.1

30.7

147.8

35.7

1434

65.07

7.83

64.2

7.7

70.5

2.4 切槽放顶施工试验

按照计算结果布置切槽放顶爆破炮孔，在

966 m 水平附近沿走向实施长约

70 m 的控制爆破局部切槽放顶试验。切槽宽度 10 m，掏槽眼垂直深度 2.1～2.2
m，崩落眼垂直深度 1.94 m，采用集中凿岩，分次分段爆破以减少爆破震动。

实践证明，切槽深度计算是正确的；大规模切顶施工时，采用

4 眼加中心

R R

M M

σ σ