第四章 采场上覆岩层运动和发展的基本规律(吴缺图)

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1、6第四章采场上覆岩层运动和发展的基本规律(吴缺图)矿山压力与岩层控制弄清采场矿山压力显现和上覆岩层运动之间的关系是进行矿山压力控制的关键之一。本章介绍了煤层上支承压力分布的基本形式和参数；根据岩梁超前断裂的力学机制，讨论了煤壁上存在内外应力场的力学条件，内外应力场力源分析及理论的应用；给出一般采场推进过程中支承压力发展三阶段模型以及和上覆运动特征之间的关系，从工作面顶板初次垮落，初次来压和周期来压不同的运动特点和要求，指出了各自条件下以支架工作阻力为代表的矿压显现和岩层运动之间复杂的关系；最后，提出了支承压力2种现场观测方法。第四

2、章采场围岩支承压力及矿压显现与上覆岩层运动间的关系§4.1采场围岩支承压力分布形态4.1.1支承压力基本概念4.1.2采场支承压力分布的基本规律4.1.3关于两个应力场的理论§4.2采场支承压力分布与上覆岩层运动间的关系§4.4采场矿山压力显现与上覆岩层运动间的关系4.4.1围岩变形、破坏与跨落4.4.2采场支架上的压力显现与上覆岩层运动间的关系§4.5采场支承压力分布监测方法4.2.1采场推进过程中前方支承压力分布4.5.1支承压力分布与显现的动态变化与上覆岩层运动间的关系4.2.2工作面两侧支承压力分布与上覆岩层运动间的关系§

3、4.3采场支承压力分布与矿山压力显现间的关系采场矿山压力研究的基本任务，一是为回采工作面顶板控制服务，解决顶板控制方案及支护选型计算等方面的问题；二是为回采工作面周围巷道矿山压力控制服务，解决巷道布置和维护方面的问题。规律4.5.2监测方法这些问题的解决均以采场围岩支承压力、矿山压力显现与上覆岩层运动之间关系理论为基础。91第四章采场围岩支承压力、矿压显现与上覆岩层运动间的关系4.1.1支承压力基本概念煤层采出后，在围岩应力重新分布的范围内，作用在煤层、岩层和矸石上的垂直压力称为“支承压力”。显然由此定义的支承压力分布范围将包括高

4、于和低于原岩应力的整个区域。(a)(b)图4.1上覆岩层运动状态与支承压力分布在单一自重应力场条件下，采场周围岩体上的支承压力来源于上覆岩层的重量。假设煤及岩层水平赋存，并将采场上覆岩层简化为图4.1所示多层的组合岩梁结构，则在支承压力影响范围内，距煤壁x处煤层单位面积上承受的压力（ζy）值可以近似看成是上覆各岩梁在该处作用的总和。即：?y??m???m?LCiiiiii?1i?1nnix（4.1）式中ζy—距煤壁x处煤层上的支承压力，Pa；n—直接作用于该处的传递岩梁数目（或称为直接覆盖岩梁数），也就是在该处上方未出现离层的岩梁

5、数；mi—各传递岩梁厚度，m；γi—各传递岩梁的平均容重，N/m；Li—各传递岩梁的跨度，m；Cix—各传递岩梁至该处的重量比例（传递比率）。923矿山压力与岩层控制式(4.1)表明，煤壁前方各处的支承压力都可以看成是下列两部分组成：（1）直接覆盖岩梁的单位重量，即?m?ii?1ni。这部分作用力与直接覆盖岩层总厚度成正比。（2）直接覆盖岩梁悬跨度部分传递至该处的作用力。即比率不变的情况下，与各传递岩梁的厚度和跨度成正比。?m?LCiiii?1nix。这部分作用力在分配在支承压力作用下发生的煤层压缩和破坏，相应部位的顶底板相对移动

6、以及支架受力变形等现象统称为支承压力的显现。支承压力显现可以在回采工作面和邻近的巷道中观测到。在回采工作面可以看到的现象有煤壁的片帮和底板臌起等。在超前巷道中，除了两帮煤壁的压缩和片帮外，顶底板移近和支架受力等压力显现也都是比较容易观测到的。支承压力的存在是绝对的。支承压力的显现是支承压力作用的结果，就其显现的形式和程度而言，则是相对的，有条件的。因为，只有当煤层承受的压力值达到其强度极限时才会发生明显压缩和破坏。而巷道支架受力或变形，不仅取决于煤层破坏后顶底板的相对移动，而且与支架对顶底板运动的抵抗程度有关。总之，尽管支承压力的

7、存在是支承压力显现的基础，但是不能简单地说有支承压力就一定有支承压力显现。更不能说支承压力显现最明显的地方，就一定是压力高峰所在的部位。在生产现场经常会出现支承压力大小和支承压力显现程度不一致，甚至截然相反的情况。4.1.2采场支承压力分布的基本规律在工作面中部沿走向作一剖面，如图4.2所示。回采工作面前后方支承压力的分布可分为四个区域，即工作面前方的原岩应力区（A）、应力增高区（B）、工作面后方的应力降低区（C）和应力稳定区（D）。在工作面采空区沿倾斜作一剖面，如图4.3所示。工作面一侧为实体煤，煤体上支承压力的分布规律如图4.

8、2的A和B区，亦即图4.3所示的A和B区。另一侧为煤柱和上一个工作面的采空区。因此，其支承压力的分布如图4.3所示，即在采空区存在应力降低区C，煤柱上存在高应力区B2，以及上一个工作面采空区的压力稳定区D。93第四章采场围岩支承压力、矿压显现与上覆