采场矿压新知识.ppt

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1、采场矿压的理论一、老顶破坏前采场矿压理论在回采工作面（简称“采场”）的支架所承受的载荷，一般仅有0.2～0.5MPa，仅为原岩应力2～5%，那么，采场上方岩层的重量由谁来承受？又是什么结构形式所承受？它与采场支架的关系？这都是采场矿压解决的主要问题。该问题也是煤矿岩石力学至今尚未完全解决的问题。下面就把有一定影响的学说，如固支梁学说、简支梁学说、薄板学说、砌体梁学说、弹性地基梁学说、梁拱学说、关键层学说，以及经典的四大学说（压力拱、悬梁、预成裂隙、铰接岩块）介绍如下：1、固支梁学说该学说认为，固支梁及其以上载荷在其破断前由该梁传递到采场前方和后方煤体上，采场支

2、架仅承受梁下岩层载荷。该假说认为，当相邻采区未开采或不受断裂影响时，且回采工作面上方有强度高岩层存在，其下方软岩层垮落后，不能充满采空区，且工作面长度远大于跨度时，可以认为位于工作面上方的强度高（硬且厚）岩层是插入前后方岩体中的无数个单位宽度的固支梁。图3-1工作面上方的固支梁结构q该假说认为，当相邻采区采空或受断裂影响时，且回采工作面上方有强度高岩层存在，其下方软岩层垮落后，不能充满采空区，且工作面长度远大于跨度时，可以认为位于工作面上方的强度高（硬且厚）岩层如同无数个单位宽度的简支梁。2、简支梁学说该学说认为，简支梁及其以上载荷在其垮落前由该梁传递到采场前

3、方煤体和后方煤柱上，采场支架仅承受梁下岩层载荷。图3-2简支梁受力图LqRARB3、“板”学说abh图3-3板该学说，把煤层上方岩层看做厚度不同的岩板组成。从开切眼开始随工作面推进，岩板面积不断增大，当岩板弯矩产生拉应力大于岩板抗拉强度时，岩板破坏。垮落前采场在其保护之下，以上岩层载荷，通过这个板传递到回采空区周围的煤壁或煤柱上去。按板的厚宽比（h/a）分为：薄板：h/a<1/5=0.2，一般老顶为1/30～1/5。厚板：h/a>1/5=0.2，极少见。二、经典学说法国的法依欧尔于1885年提出的压力拱假说认为，在回采空间上方，由于岩层自然平衡（岩块扭转挤压的

4、结果），形成一个“压力拱”，前拱脚位于采面前方煤体内，后拱脚位于采空区冒落矸石上（或充填物上），两拱脚之间形成一个减压区，采场处于减压区内，其支架仅承受拱内岩石重量。随采面推进，压力拱也不断前移。当前后拱脚岩性一样时，压力拱为对称拱，否则为非对称拱。该假说解释了增压区、减压区的存在，以及其范围；说明了减小采场支架受载，应尽可能缩小两拱脚之间距离，如充填采空区。此假说的不足在于未给出岩层移动（拱运动）的力学关系；对于采场出现的周期来压现象及采场支架与围岩关系未作解释。ba12图3-4回采工作面压力拱假说a——前拱脚；b——后拱脚；1—顶板内压力拱轴线；2—底板内

5、压力拱轴线。1、压力拱假说2、悬梁假说法国人舒里兹于1867年提出的悬梁学说，该假说假设顶板为连续的弹性介质，顶板初次破坏后，可以看作一端固定在采面前方煤体内的悬臂梁，当顶板为多层时组成组合梁，随着工作面推进悬梁周期性折断，形成工作面周期性压力增大现象。折断后的岩梁一端作用于采场支架，另一端作用于采空区冒落矸石上，采场支架所承受的最大载荷（给定载荷）是直接顶重量和老顶重量的一半。该学说解释了采场周期来压现象；说明了工作面前方存在着支承压力区；也说明了工作面煤壁处顶板下沉量比采空区侧小、压力小的原因。它的不足之处在于一是对上覆岩层共同作用考虑不足；二是对老顶在工

6、作面前方断裂无法解释。图3-5悬梁结构模型3、预成裂隙假说回采空间周围存在三个区，即应力降低区、应力增高区和采动影响区，且随着采面推进而前进。在应力增高区的移动中，覆岩的连续性被破坏，形成了非连续的裂隙体。这非连续的矿压裂隙体，因裂隙存在可以产生很大的变形，其特征如同塑性体，在压紧的情况下形成“预应力梁”。这个梁在自重及上方载荷作用下发生“塑性弯曲”，原挤紧的裂隙有可能张开或出现块间相对滑动，导致下沉到垮落，当上下层下沉量不同时产生离层。支架要有足够强度促使顶板形成预应力梁，阻止裂隙张开、滑动，防止产生离层和垮落。比利时学者阿•拉巴斯提出：该假说突出特点是采用

7、非连续介质理论，说明了岩层的稳定、下沉、离层和垮落等现象。同时提出了提高支架阻力的必要性。假说不足之处有三：一是对于坚硬或松软岩层不可能形成预应力梁；二是对采场周期来压现象未做解释；三是支架阻力多大合理未做说明。123456789101112ISESVⅡⅢ图3-6预成裂隙假说4、铰接岩块假说（库兹涅佐夫，1950）Δi＞（2～2.5）hi，在采空区形成不规则冒落带，KP=1.25~1.50；hi＜Δi＜2hi时，在采空区形成规则冒落带,KP=1.05~1.25；Δi＜hi时，形成的岩块之间相互咬合，运动相互牵制的裂隙带。在该带内形成结构，其形式为“三铰拱”式平

8、衡。煤层开采后，顶板自下而上分层垮落。