第四章采场矿压显现基本规律

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1、第四章采场矿压显现基本规律第一节概述在实际生产过程中，工作面常有下述一系列矿山压力现象， 并且习惯上用这 些现象作为衡量矿山压力显现程度的指标。1. 顶板下沉一般指煤壁到采空区边缘裸露的顶底板相对移近量。以S表示，有时为了对比，常常把这个指标换算为单位采高、单位推进度 的顶板下沉量，即以每米采高每米推进度多少 mm来表示。下图为工作面顶底板移近曲线，1为顶板绝对下沉曲线；2为顶板相对移近 量（下沉）曲线；3为底版臌起曲线。40200- 2040 60- 80-100111IT1|-10D-1 -*700-502. 顶板下沉速度指单位时间内的顶底板移近量，以 mm/h计算。3. 支柱的变形与折损

2、4. 顶板破碎情况常常以单位面积中冒落面积所占的百分数来表示。5. 局部冒顶指回采工作面顶板形成的局部塌落。6. 工作面顶板沿煤壁切落，或称大面积冒顶指工作面由于顶板来压导致顶板沿工作面切落，其它还有煤壁片帮，支柱 插入底板，底板臌起等。第二节老顶的初次来压1.概念初次来压：把由于老顶第一次失稳而产生的工作面顶板来压，称为老顶的 初次来压。初次来压步距：由开切眼至初次来压时工作面推进的距离称为老顶的初次 来压步距。2. 老顶初次来压时的特点1）顶板下沉量大、支柱载荷增大。2）煤壁内的支承压力增大，煤壁变形与片帮严重。增压区、减压区、稳压 区。3）直接顶破碎，并有掉渣现象。4）初次来压比较突然，

3、容易造成严重事故初次来压步距的大小与老顶岩层的力学性质、厚度、破断岩块间互相咬合 的程度等有关。同时，也与地质构造等有关。一般2035m,个别5070m甚至更大。根据统计，在我国现有的生产矿井中，初次来压步距为:1030m54%3055m37.5%其余为大于55m，最大为160m左右，如大同。第三节老顶的周期来压一、回采工作面推进对岩体结构的影响当工作面推进时，岩块 A 首先处于悬露状态， 此时工作面支架将受到岩体 A 的保护，受力甚小。但当达到极限跨距时，岩层形成了断裂。此时若岩块 A 与 岩体咬合不住，则此岩层及上覆岩层将形成一端由支架支撑而另一端由已冒落的 矸石所支撑。工作面再继续推进，

4、 当工作面甩掉这些已发生错动的老顶时， 工作面又将处 于老顶的悬臂保护之下， 从而又回复到正常状态。 由于这种来压带有周期性， 因 此常常称为周期来压。有时即使岩层能形成砌体梁式的平衡，但岩块 A 由悬露到折断，其变形量 同样发生周期性的变化。总结：（1）随着工作面的推进， A 岩块将由稳定状态进入断裂状态。（2）A 岩块的回转与 B 岩块的反向回转。（3）由于岩块的回转，必然导致工作面顶板的不断下沉，支架载荷增大。（4）支架性能必须与这种过程相适应，即有一定的饿可缩量，并能阻止顶 板沿煤帮切落。为了防止滑落失稳，其条件应为：Ti tan（） A B二、采场的周期来压由前述可知， 随着回采工作

5、面的推进， 在老顶初次来压之后， 裂隙带岩层形 成的结构将始终经历 “稳定失稳再稳定” 的变化。 这种变化将呈现周而复始 的过程。1.概念： 周期来压：由于裂隙带岩层周期性失稳而引起的顶板来压现象。2. 周期来压的表现形式 与初次来压时大致相同。（1）顶板下沉速度急剧增加，下沉量急剧增加。（2）煤壁片帮，支柱折损，支柱载荷增大。（3）顶板发生台阶下沉。3. 对支架的要求（1） 为了保证工作面的安全，支架必须具有足够的支撑力，以满足 Fy 0 防止顶板沿煤壁切落。（2）由于无法阻止岩块的回转，因此，要求支架要有一定的可缩量。（3）支架对老顶岩块的作用力Pi应为A、B岩块的重量再减去断裂岩块与 未

6、断岩块的摩擦力。4周期来压时的垮顶现象第四节顶板压力的估算一、估算法顶板压力主要来自直接顶和老顶1经验估算法支架受力，一为直接顶的载荷，二是老顶通过直接顶作用于支架上的载荷。（1）直接顶的载荷QiQ1h JKN/mh :直接顶的厚度L1：悬顶距KN/m:容重若悬顶距L1等于控顶距L,则Q1h LKN/m即悬顶距为零时其载荷集度q1h（2）老顶载荷Q21）以直接顶载荷的倍数估算老顶的载荷。例如，在多数矿井的测定中，以一般工作面为准，周期来压时形成的载荷超 不过平时的两倍，因此，可得以下关系：p nqj nh 或 qi q2nn:老顶来压和平时来压强度的比值， 称增位系数，根据我国大部分矿区单 体

7、支柱工作面的测定，n 16 占 83.3%P :考虑直接顶和老顶来压时的支护强度，KN/m2hMKp 1n=2若取p 2M则：Kp 1K 1.25 1.5所以，p 2(24)M(48)MKN/m2平时采用低倍数，周期来压时采用高倍数，各国估算情况:德国p 12M美国p 16M日本 p (2 3)M印度p 5M2. 从老顶形成结构的平衡关系估算认为：直接顶的载荷应由支架全部承受，而老顶岩层由于能形成结构，因此, 支架所承受的载荷仅是由于老顶岩层结构失稳时所形成(1)从老顶岩层的滑落失稳估算顶板压力RoLi0Qi0Pl Qa b 277S tan( )2( hi Si0 )KN(2)由老顶破断的变

8、形失稳估算顶板压力现场实测及实验室研究中，发现顶板下沉量L与支架支撑力P之间是双曲线关系，因而提出P L常数PEi因此，老顶对支架的作用力Kohohiho :实测顶板下沉量;hi :要求控制的回采工作面顶板下沉量。K0 :顶板下沉为h时，老顶岩梁在控顶范围内的作用力Ko有人认为：mE eLeKt LmE :老顶岩梁厚度;E :老顶岩梁的容重；Le :老顶岩梁的跨度；L:控顶距；Kt：支架承担岩梁重量的比例系数。应用这种方法估算顶板压力，必须确定在各种条件下允许的顶板下沉量，这 种顶板下沉量能保证工作面顶板的完整性， 应该说这种顶板下沉量由于使用液压 支架后，已失去意义，但在单体支柱工作面还具有

9、实用价值。3. 威尔逊估算法主要思想：1）在估算顶板压力时，只考虑直接顶的形状与载荷；2）由于载荷作用位置与支架可能形成的最大反力作用位置不一定一致，从而引出由于支架与围岩相互平衡而产生的附加力的概念；3） 直接顶的形状由垮落角确定。4）由于垮落角90 不同，将作用Q3作用位置不同，将直接顶分为如下几类:顶板比较破碎75 破碎顶板60 中等稳定顶板45 稳定顶板10 坚硬顶板二、实测法即从工作面支架上测定其所承受的实际载荷。第五节老顶来压的预测预报、观测“三量”变化来预报老顶来压三量：工作面顶板下沉量下沉速度支柱载荷二、通过老顶断裂在岩体内引起的扰动来预测老顶来压1. 将老顶岩层视为弹性基础梁

10、。2. 断裂前老顶所形成的最大弯距所在位置是处于煤壁之内，可深入到煤壁 1.34.39m。3. 假设老顶的最大弯距发生的位置即是老顶岩层的断裂位置。4.反弹区的范围615.6m，因此，布置测点时应为515m （超前煤壁）。第六节 回采工作面前后支承压力的分布回采工作面前后的支承压力分布与采空区处理方法有关。一、采空区采用刚性支撑，如采用刀柱法（留煤柱） 这时工作面前后支承压力的分布类似于巷道两侧， 即前后场有几乎相等的应力分布。二、采空区处理采用垮落法或充填法 此时，上覆岩层中就有可能出现砌体梁式的结构， 从而使采空区后方的支承压力大为降低，而使回采工作面前方的支承压力则急剧增加。三 、若采高很大或顶板岩层极为坚硬，则在悬顶时工作面前方支承压力较 高，而采空区则较低。但当顶板切落时，则前方有所降低而采空区有所增加。四、如采深大或受岩性的影响， 开采后岩层移动未能波及到地表， 则采空区 支承压力有可能恢复不到 H 值。五、苏联实测曲线。六、根据上述分析，回采工作面前后的支承压力状态，可用图示。第七节 影响回采工作面矿山压力显现的主要因素主要因素：围岩性质。