h第三章 采场上覆岩层活动规律及其分析.ppt

《h第三章 采场上覆岩层活动规律及其分析.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、矿山压力及其控制安全工程学院石建军第三章采场上覆岩层活动规律及其分析§1概述一、基本概念：1．回采工作面（采场）：在煤层或矿床的开采过程中，一般把直接进行采煤或采有用矿物的工作空间称为回采工作面或简称为采场。2．顶板：赋存在煤层之上的岩层称为顶板。底板：赋存煤层以下的岩层称为底板。3．直接顶：直接位于煤层上方的一层或几层性质相近的岩层称为直接顶。伪顶：在煤层与直接顶之间有时存在厚度小于0.3至0.5m极易垮落的软弱岩层。老顶：位于直接顶上方厚而坚硬的岩层。直接底：直接位于煤层之下的岩层。§1概述一、基本概念二、采空区处理方法

2、图3–1回采工作空间的形式§1概述图3-2全部垮落法回采工作空间的变化§1概述二、采空区处理方法§2直接顶的稳定性一、概念1．初次垮落距2．碎胀系数KP、残余碎胀系数K'P老顶初次垮落前岩体结构图Δ＝Σh＋M－Kp·Σh＝M－Σh(Kp－1)当Δ＝0时，老顶弯曲下沉较小因此形成充满采空区所需直接顶厚度为：当Δ>0时，老顶呈悬露状态，类似板状结构。即所谓“梁”的假说。§2直接顶的稳定性§2直接顶的稳定性§2直接顶的稳定性二、直接顶岩块离散原因分析（部分原因）1)节理裂隙的切割。2)初次放顶前直接顶所处的状态大部分均可能发生离层

3、。3)单体支柱时，第一排刚支设，易使机道上方离层，采用液压支架，无支护空间宽，前梁支撑力较小，也易离层。4)工作面较短时，直接顶的挠度大于老顶形成离层。5)分层开采，第一分层采出后，在以后各分层减压区域内易形成离散状态。6)由于放顶回撤支柱导致直接顶岩块的离散。§2直接顶的稳定性三、初次放顶前直接顶的离层与断裂以工作面中部为例分析。图3－16直接顶离层分析§2直接顶的稳定性老顶的最大挠度为：直接顶的最大挠度为：不形成离层的条件为：若令q1=γh3，且h3＝α·h1则上式可改写为：三、初次放顶前直接顶的离层与断裂§2直接顶的稳

4、定性若考虑到初次放顶前支架支撑力的作用，则不致于形成离层的条件为：P-支架单位面积初撑力。三、初次放顶前直接顶的离层与断裂§2直接顶的稳定性老顶初次破断前的“板”与“梁”结构§3老顶岩层的稳定性分析梁的应力状态老顶岩梁受力分析§3老顶岩层的稳定性一、老顶岩层的梁式破断对称梁，所以：R1＝R2，弯矩M1＝M2。取ΣFy＝0，则任意截面D－D'，剪力为：所以:§3老顶岩层的稳定性一、老顶岩层的梁式破断固定梁任意截面D－D‘的弯矩为：在梁的两端(x＝0；Ｌ)，Mmax＝；在梁的中部(x＝)，M＝qL2。§3老顶岩层的稳定性一、老顶

5、岩层的梁式破断若为简支梁：此时，剪力相同，但弯矩不同。即：此时，Mmax在梁的中间，即：§3老顶岩层的稳定性一、老顶岩层的梁式破断二、老顶岩层作为板结构时弯矩分布与破断形式根据开采条件及采区边界煤柱大小，可将老顶岩层假设为：a)四周固支；b)三边固支一边简支；c)两边固支两边简支；d)一边固支及三边简支。§3老顶岩层的稳定性薄板：长150-200m宽30m厚2-4m图3-5老顶岩层支撑条件的简化图3-6各类支撑条件下的弯矩分布二、老顶岩层作为板结构时弯矩分布与破断形式§3老顶岩层的稳定性Marcus简算法原理：将板分为若干横

6、纵条梁，求每一条梁弯矩并考虑交叉点挠度相等，从而求出板体内弯矩分布。（1）以四边固支的板为例，老顶岩层X型破坏形成过程：二、老顶岩层作为板结构时弯矩分布与破断形式§3老顶岩层的稳定性老顶板的竖“O-X”型破断（2）当采场处于一边采空的条件下(该边作为简支条件)，其破断规律与四周固支时相近。（3）当老顶岩层处于两边简支两边固支时如下：长边出现裂缝→工作面推进→长边另出现裂缝(原裂缝闭合)→短边出现裂缝→裂缝贯通，板中央出现X形破坏。（4）当工作面处于三边采空时，老顶岩层的破断过程与上述情况相仿。二、老顶岩层作为板结构时弯矩分布

7、与破断形式§3老顶岩层的稳定性老顶板的横“O-X”型破断二、老顶岩层作为板结构时弯矩分布与破断形式§3老顶岩层的稳定性§4老顶初次破断时的极限跨距一、梁式断裂时的极限跨距极限跨距：老顶岩梁达到断裂时的跨距。求解过程：梁内任一点正应力为：M-该点所在断面的弯矩；y-该点离断面中性轴的距离；Jz-对中性轴的断面矩。图3–9岩梁上任意点的应力分析§4老顶初次破断时的极限跨距一、梁式断裂时的极限跨距取梁单位宽度，则Jz＝h3任意点A：＝，τxy＝最大剪应力发生在矩形断面梁的中性轴上，即y＝0，∴(τxy)max＝§4老顶初次破断时

8、的极限跨距一、梁式断裂时的极限跨距①若根据固定梁计算：Ｍmax＝－qＬ2则：当max＝ＲT时，岩层将在该处拉裂。为此，这种梁断裂时的极限跨距为：§4老顶初次破断时的极限跨距一、梁式断裂时的极限跨距如以最大剪应力作为岩层断裂的依据，最大剪切力发生在梁的两端Qmax＝(τxy)max＝当(τ