采矿课件第十一章矿山压力及其控制

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1、河南理工大学《采煤概论》精品课程第四篇准备方式与采煤方法第11章矿山压力及其控制主要内容第11章矿山压力及其控制第一节上煤层围岩分类第二节工作面矿山压力的显现影响第三节工作面支架的结构、性能和选择复习思考题第一节煤层围岩分类围岩的性质，尤其是它的力学性质对采掘工作面的压力显现影响最大。岩石通常为脆性体，有些为弹塑性体，它的力学性质表现为：σ压＞σ剪＞σ弯＞σ拉抗拉强度远小于抗压强度，一般抗拉强度只有其抗压强度的1/15～1/20岩石破碎通常表现为拉性；有时也表现为剪性，如弹塑性岩石。由于岩石为非均质体，组成的成分又不同，再加原生和次生的影响，从而形成了它的复杂的力学性质—异向性。例

2、如，岩层中具有层理、节理等弱面，沿这些弱面方向的岩石抗拉强度，远小于其它方向的抗拉强度，有些甚至完全失去抗拉能力。又如虽属同种岩石，由于构造裂隙影响，它们的力学性质，往往相差很大。第一节煤层围岩分类对采煤工作面影响最大的围岩是煤层顶部岩层。因此，通常在研究煤层围岩性质时，重点研究煤层顶板性质，至于煤层底部岩层，只有在急倾斜煤层开采时，才具有实际意义。根据我国岩层的实际情况，一般把直接顶分为三类：一类直接顶（不稳定）——回采时不及时支护，很易造成局部冒顶，如页岩、煤皮、再生顶板等；二类直接顶（中等稳定）——顶板虽有裂隙，但仍比较完整，如砂质页岩；三类直接顶（稳定）——顶板允许悬露较大

3、面积而不垮落，直接顶完整，如砂岩或坚硬的砂质页岩。第一节煤层围岩分类基本顶（老顶）分类尚无统一规定，现根据基本顶对工作面的压力（初次和周期来压）及初次来压的步距，把老顶分为四类介绍如下：Ⅰ类基本顶——初次和周期来压不明显，来压时缓和无冲击。来压的大小相当于或小于6～8倍采高的顶板岩层重量。初次来压步距大于25m。Ⅱ类基本顶——初次和周期来压很明显，来压的大小相当于8～12倍采高的顶板岩层重量。初次来压步距大于25m～50m。Ⅲ类基本顶——初次和周期来压强烈，来压的大小相当于12～14倍采高的顶板岩层重量。初次来压步距大于25m～50m。Ⅳ类基本顶——平时顶板无压力，采空区悬露面积达

4、几千甚至上万m2不垮落，初次和周期来压时，顶板垮落常形成狂风、巨响。初次来压步距大于50m，甚至可达100m～150m。这种顶板多为极坚硬的厚砂岩或砾岩。第二节工作面矿山压力的显现规律一、支承压力（一）支承压力的形成当煤体未采动前，煤体内的应力处于平衡状态，煤体上所受的力为上覆岩层的重力γH（γ—岩层的容重，t/m3；H—煤层距地面的深度，m）。当在煤体内开掘切眼后，破坏了应力的平衡状态，引起应力重新分布。这时在切割眼上部顶板内形成了自然平衡“压力拱”。切眼上部岩体重量Q由两侧煤壁平均分担。因此，在切割眼两帮煤体中，产生了应力集中现象，这种集中应力称为支撑压力。它的大小为原始应力γ

5、H的1.25～2.5倍，最大值可为原始应力的2～4倍或更大。第二节工作面矿山压力的显现规律煤体内开掘切割眼后应力重新分布a—切眼宽度；Q—切眼上部岩体重量；H—煤层距地面深度；γ—上覆岩层的容重第二节工作面矿山压力的显现规律由于“压力拱”的存在，切割眼处于减压状态。随着工作面推进，切割眼扩大了，“压力拱”破坏而消失，在工作面前方的煤体中，同样产生支承压力带，其范围自工作面前方2m～3m起直至10m～45m，有时可达近100m，最大支承压力区，约距煤壁5m～15m左右；在工作面后方，当采空区充填物压实到一定程度后，也产生支承压力带。前后两个支承压力带，随工作面推进而移动，即移动支撑压

6、力。工作面围岩应力分布a—增压区；b—减压区；c—稳压区第二节工作面矿山压力的显现规律从图看出，由于采动影响的结果，在工作面前方煤体中和工作面后方的采空区内，根据压力分布不同可分为三个区：a——增压（支承压力）区，它的应力大于原始应力；b——减压区，它的应力小于原始应力；c——稳压区，它的应力等于原始应力。在采煤工作面上下两端的区段煤柱内，也由于采煤和掘进区段平巷而形成支承压力，它的分布特征和工作面前方的支承压力基本相同。当采煤工作面推进较长距离后，区段煤柱内的支承压力，可随顶板垮落而逐渐消失。第二节工作面矿山压力的显现规律（二）影响支承压力大小、分布的因素支承压力的大小及其分布与

7、顶板悬露的面积和时间、开采深度、采空区充填程度、顶底板岩性、煤质软硬有关。采空区顶板悬露面积越大，时间越长，顶板压力就越大，而支承压力的分布范围和集中程度越大。开采深度越大，悬露顶板的重量越大，支承压力也越大。采空区充填程度越密实，煤壁内支承压力越小。例如采用全部充填时，上部顶板下沉后，很快就会被充填物支撑，这时悬露顶板岩层的重量转移到周围煤体上的压力就小。因此，采用全部充填法处理采空区比采用全部垮落法处理采空区时，煤壁内的支承压力分布范围和大小要小得多。第二节工作面