矿山压力与岩层控制 第4章ppt课件.ppt

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1、第4章采场矿山压力显现基本规律黄庆享教授Pro.HuangQingxiangXi’anUniversityofScience&Technology主讲教师：矿山压力与岩层控制MiningPressureandStrataControl第4章采场矿山压力显现基本规律第一节概述第二节老顶的初次来压第三节老顶的周期来压第四节顶板压力的估算第五节回采工作面前后支承压力分布第六节影响采场矿山压力显现的主要因素第一节概述回采工作面常见的矿山压力现象：一、顶板下沉一般指顶底板相对移近量。常以每米采高、每米推进度下沉量（S/L·M）作为衡量顶板

2、状态的一个指标。指单位时间内的顶底板移近量。它表示顶板活动的剧烈程度。二、顶板下沉速度三、支柱变形与折损四、顶板破碎情况常以单位面积中冒落面积所占的百分比来表示顶板破碎情况，常用来衡量顶板管理好坏的质量标准之一。五、局部冒顶六、大面积冒顶其它矿山压力现象：煤壁片帮、支柱钻底、底鼓等。回采工作空间是一个小结构，它处于覆岩大结构之中。“大结构”的变形、失稳将直接影响到小结构的状态，同时“大结构”周围的支承压力分布情况也将直接影响到煤壁及底板岩层的稳定性。第二节老顶的初次来压老顶的初次来压：图4－1老顶断裂成岩块后的转动老顶岩层初次破

3、断后，老顶破断岩块回转下沉引起工作面顶板急剧下沉、支架受力普遍加大、煤壁片帮的现象。块在采空区触矸形成反力后，其回转下沉才会缓和和停止。为了不使老顶沿工作面切落，支架工作阻力应等于Q1与Q2之和。图4－2老顶初次来压的力学模型由于支架反力（支撑力）P形成的反力矩难以平衡由老顶初次来压载荷Q2所形成的力矩，因而老顶岩块的回转在一定程度上是不可避免的，工作面顶板必然随之发生下沉。只有当老顶岩图4－3老顶岩块滑落失稳实例老顶的初次来压步距：与老顶初次断裂步距相当动载（动压）系数：支架来压时载荷与平时载荷之比。老顶初次来压步距越大，工作

4、面来压显现越剧烈，相应的动载系数也越大。如大同矿务局坚硬顶板条件下，动载系数达到3以上。老顶初次来压步距是老顶岩层分类的主要依据。我国初次来压步距10～30m占54％，30～55m占37.5％。老顶初次来压后，随着回采工作面的推进，老顶岩层将发生周期性破断，老顶破断岩块形成的“砌体梁”结构的稳定性将随之发生周期性变化.一、回采工作面推进对“砌体梁”结构的影响第三节老顶的周期来压图4-4回采工作面推进中岩体结构的变化过程图4-5A岩块的受力分析随着回采工作面的推进,上覆岩层的结构经历了“稳定－失稳－再稳定”的过程，这种变化将呈现周

5、而复始的过程。由于A岩块的回转，必然导致工作面顶板的不断下沉。从管理顶板出发，支架性能必须与之相适应，支架应具备:①一定的可缩量;②一定的工作阻力：P＝QA＋B－T·tg(ψ-θ)对于冒落带岩层，T＝0，P＝QA+B,即支柱阻力能承受控顶区全部岩层重量。二、老顶的周期来压老顶岩层的周期性破断而引起“砌体梁”结构的周期性失稳而引起的顶板来压现象称为采场周期来压。周期来压的主要表现形式是：顶板下沉速度急剧增加，顶板的下沉量变大；支柱载荷普遍增加；有时还可能引起煤壁片帮、顶板台阶下沉、支柱折损，甚至工作面冒顶事故。根据材料力学：与老顶

6、初次断裂时的极限跨距相比：两端固支两端简支老顶的周期来压步距相当于初次来压步距的1/2~1/2.5。老顶周期来压步距可近似按老顶悬臂梁折断来确定三、老顶的周期来压步距四、老顶来压期间的顶板控制老顶的作用力都是通过直接顶而作用于支架上，同样，支架的支撑力也是通过直接顶而对老顶进行控制。老顶来压期间。由于煤壁前方强大的支承压力，使得直接顶在煤壁前方形成剪切破断而形成预生裂隙和直接顶的破碎，不利于直接顶的管理。此外，来压大小与直接顶在采空区冒落矸石充满采空区的程度直接相关。采空区冒落愈严实，老顶对工作面影响愈小；反之，则越大。工作面垮

7、顶现象图4-6永定庄矿8411面垮顶现象第四节顶板压力的估算一、估算法1.经验估算法支架受力包括两部分：直接顶的载荷Q1；老顶通过直接顶作用于支架的载荷Q2。图4-7回采工作面的顶板压力(1)直接顶载荷Q1Q1＝∑h·L1·γ∑h－直接顶厚度；L1－悬顶距；γ－容重。单位面积上载荷（支护强度）：q1=Q1/L当L1＝L，q=∑h·γ(2)老顶载荷Q2采用直接顶载荷的倍数估算老顶的载荷。P－考虑直接顶及老顶来压时的支护强度，kPa；n－老顶来压与平时压力强度的比值，称为增载系数，取2，取（M为采高，K为碎胀系数）2.从老顶形成结构

8、的平衡关系估算(1)从老顶结构的滑落失稳估算顶板压力(2)由老顶结构的变形失稳估算顶板压力基于老顶的位移量△L与对支架形成的载荷P呈双曲线关系，提出P·△L＝常数，为此，老顶对支架作用载荷为：一、老顶初次破断前后支承压力分布第五节回采工作面前后支承压力的分布在老