礦山頂板事故防治第一二三章

1、煤礦頂板事故防治技術(shù)太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院第一章煤礦事故概況 第一節(jié)綜述 瓦斯煤塵爆炸事故次數(shù)占事故總數(shù)的29.5%，傷亡人數(shù)占總數(shù)的52.31%，居各類事故之首； 其次是頂板事故，發(fā)生次數(shù)占總次數(shù)的23.5%，傷亡人數(shù)占總數(shù)的8.81%,如果統(tǒng)計(jì)死亡1-2人的頂板事故，頂板事故占總數(shù)的49.86%，死亡人數(shù)占總數(shù)的35.67%，可見(jiàn)頂板事故對(duì)煤礦安全生產(chǎn)的影響之大。 1950-2003年煤礦各類事故發(fā)生起數(shù)及死亡人員統(tǒng)計(jì) 第二節(jié) 頂板事故發(fā)展趨勢(shì) 1954-1985年 頂板事故死亡人數(shù)占總數(shù)的45%，其中工作面頂板事故占75%，巷道頂板事故占25%； 1986-1992年頂板事故死亡人數(shù)占

2、總數(shù)的40%，其中工作面頂板事故占66%，巷道頂板事故占34%； 頂板事故總體呈下降趨勢(shì)，其中工作面頂板事故亦呈下降趨勢(shì)，而巷道頂板事故呈上升趨勢(shì)。第二章礦山壓力及其顯現(xiàn)概述 第一節(jié) 礦山壓力及其在圍巖中的分布 一、礦山壓力的概念 原巖體：地下巖體在受到人類工程活動(dòng)影響前稱為原巖體 。 原巖體在地殼內(nèi)各種力的作用下處于平衡狀態(tài)。 礦山壓力： 由于在地下進(jìn)行采掘活動(dòng)而在井巷、硐室及回采工作面周圍煤、巖體中和支護(hù)物上所引起的力，就叫做礦山壓力二、礦山壓力的來(lái)源二、礦山壓力的來(lái)源（1）上覆巖層的重力）上覆巖層的重力(自重應(yīng)力自重應(yīng)力)由于上覆巖層的重量所應(yīng)起的力成為自重應(yīng)力。由于上覆巖層的重量所應(yīng)起

3、的力成為自重應(yīng)力。自重應(yīng)力可以通過(guò)計(jì)算得出：自重應(yīng)力可以通過(guò)計(jì)算得出：hhh1321如在深部，巖層呈現(xiàn)塑如在深部，巖層呈現(xiàn)塑海姆法則，海姆法則，即即 h321（金尼克假設(shè)）金尼克假設(shè)） (2)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的作用力構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的作用力(構(gòu)造應(yīng)力構(gòu)造應(yīng)力) 由于地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)而在巖體內(nèi)積存的應(yīng)力稱為構(gòu)造應(yīng)力。特點(diǎn)由于地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)而在巖體內(nèi)積存的應(yīng)力稱為構(gòu)造應(yīng)力。特點(diǎn)：一般情況下地殼運(yùn)動(dòng)以水平運(yùn)動(dòng)為主，構(gòu)造應(yīng)力主要也是水平一般情況下地殼運(yùn)動(dòng)以水平運(yùn)動(dòng)為主，構(gòu)造應(yīng)力主要也是水平應(yīng)力，而且地殼運(yùn)動(dòng)總的來(lái)說(shuō)是以擠壓運(yùn)動(dòng)為主，所以水平應(yīng)力應(yīng)力，而且地殼運(yùn)動(dòng)總的來(lái)說(shuō)是以擠壓運(yùn)動(dòng)為主，所以水平應(yīng)力以壓應(yīng)力占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。以壓

4、應(yīng)力占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。構(gòu)造應(yīng)力分布很不均勻，主應(yīng)力的大小和方向往往有很大變化。構(gòu)造應(yīng)力分布很不均勻，主應(yīng)力的大小和方向往往有很大變化。巖體中的構(gòu)造應(yīng)力具有明顯的方向性，通常兩個(gè)方向的水平應(yīng)巖體中的構(gòu)造應(yīng)力具有明顯的方向性，通常兩個(gè)方向的水平應(yīng)力值是不相等的。力值是不相等的。根據(jù)測(cè)定，巖體中的構(gòu)造應(yīng)力普遍存在以下規(guī)律：根據(jù)測(cè)定，巖體中的構(gòu)造應(yīng)力普遍存在以下規(guī)律：最大水平應(yīng)力最小水平應(yīng)力垂直應(yīng)力最大水平應(yīng)力最小水平應(yīng)力垂直應(yīng)力在堅(jiān)硬巖層中，出現(xiàn)構(gòu)造應(yīng)力一般比較普通；在軟巖中，儲(chǔ)存在堅(jiān)硬巖層中，出現(xiàn)構(gòu)造應(yīng)力一般比較普通；在軟巖中，儲(chǔ)存構(gòu)造應(yīng)力很少。構(gòu)造應(yīng)力很少。 (3)巖體膨脹的作用力巖體膨脹的作用力(膨

5、脹應(yīng)力膨脹應(yīng)力)包括巖體因溫度升高或遇水膨脹而產(chǎn)生的應(yīng)力。包括巖體因溫度升高或遇水膨脹而產(chǎn)生的應(yīng)力。溫度主要與開(kāi)采深度有關(guān)。在一般深度條件下，由于溫度應(yīng)溫度主要與開(kāi)采深度有關(guān)。在一般深度條件下，由于溫度應(yīng)力與自重應(yīng)力及構(gòu)造應(yīng)力相比很小，因此，只是在開(kāi)采深度比力與自重應(yīng)力及構(gòu)造應(yīng)力相比很小，因此，只是在開(kāi)采深度比較大的條件下才需要考慮。較大的條件下才需要考慮。泥質(zhì)巖石特別是含有蒙脫石等吸水很強(qiáng)成分的情況下，遇水泥質(zhì)巖石特別是含有蒙脫石等吸水很強(qiáng)成分的情況下，遇水膨脹可以產(chǎn)生很高的膨脹應(yīng)力，是巷道礦山壓力的一個(gè)重要來(lái)膨脹可以產(chǎn)生很高的膨脹應(yīng)力，是巷道礦山壓力的一個(gè)重要來(lái)源。（鋁土巖）源。（鋁土巖）

6、第二節(jié)第二節(jié) 礦山壓力顯現(xiàn)礦山壓力顯現(xiàn)一、概念及基本形式一、概念及基本形式礦山壓力顯現(xiàn)：礦山壓力顯現(xiàn)是指在礦山壓力作用下所引礦山壓力顯現(xiàn)：礦山壓力顯現(xiàn)是指在礦山壓力作用下所引起的一系列力學(xué)現(xiàn)象。起的一系列力學(xué)現(xiàn)象?；拘问剑夯拘问剑喝鐕鷰r變形、頂板下沉、巖體離層、破壞和冒落、煤體壓如圍巖變形、頂板下沉、巖體離層、破壞和冒落、煤體壓酥、片幫和突出、支架受載、變形、折斷以至大規(guī)模巖層移酥、片幫和突出、支架受載、變形、折斷以至大規(guī)模巖層移動(dòng)、動(dòng)、“放炮放炮”等現(xiàn)象，均稱之為等現(xiàn)象，均稱之為“礦山壓力顯現(xiàn)礦山壓力顯現(xiàn)”。所以，。所以，礦山壓力顯現(xiàn)是礦山壓力作用的結(jié)果和外部表現(xiàn)。礦山壓力顯現(xiàn)是礦山壓力

7、作用的結(jié)果和外部表現(xiàn)。(a )(b )(c)(d )圖圖2.1 礦山壓力顯現(xiàn)的基本形式礦山壓力顯現(xiàn)的基本形式頂板下沉與頂板下沉與支架承載支架承載頂?shù)装逡平數(shù)装逡平鼉蓭凸某鰞蓭凸某雒绊?、片幫冒頂、片幫礦山壓力顯現(xiàn)礦山壓力顯現(xiàn)圍圍巖巖運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)支支架架受受力力兩幫運(yùn)動(dòng)頂板運(yùn)動(dòng)底板運(yùn)動(dòng)載荷增減支架壓折支架變形概念？概念？采動(dòng)后表現(xiàn)出的礦山壓力現(xiàn)象礦山壓力控制：礦山壓力控制：人為減輕、調(diào)節(jié)、改變和利用礦山壓力作用的各種方法，叫人為減輕、調(diào)節(jié)、改變和利用礦山壓力作用的各種方法，叫做做“礦山壓力控制礦山壓力控制”，簡(jiǎn)稱礦壓控制。，簡(jiǎn)稱礦壓控制。把礦山壓力顯現(xiàn)控制在合理的范圍，這是礦山壓力控制的根把礦山壓力

8、顯現(xiàn)控制在合理的范圍，這是礦山壓力控制的根本目的。本目的。二、礦山壓力與礦山壓力顯現(xiàn)間的關(guān)系二、礦山壓力與礦山壓力顯現(xiàn)間的關(guān)系 礦山壓力的存在是客觀的、絕對(duì)的，它存在于采動(dòng)空間的礦山壓力的存在是客觀的、絕對(duì)的，它存在于采動(dòng)空間的周圍巖體中。但礦山壓力的顯現(xiàn)則是相對(duì)的、有條件的，周圍巖體中。但礦山壓力的顯現(xiàn)則是相對(duì)的、有條件的，它是礦山壓力作用的結(jié)果。然而，圍巖中有礦山壓力存在它是礦山壓力作用的結(jié)果。然而，圍巖中有礦山壓力存在卻不一定有明顯的礦山壓力顯現(xiàn)。因?yàn)閲鷰r的明顯運(yùn)動(dòng)本卻不一定有明顯的礦山壓力顯現(xiàn)。因?yàn)閲鷰r的明顯運(yùn)動(dòng)本身是有條件的，只有當(dāng)應(yīng)力達(dá)到其變形強(qiáng)度后才會(huì)發(fā)生。身是有條件的，只有當(dāng)應(yīng)

9、力達(dá)到其變形強(qiáng)度后才會(huì)發(fā)生。支架受力也是如此，它不僅取決于圍巖的明顯運(yùn)動(dòng)，而且支架受力也是如此，它不僅取決于圍巖的明顯運(yùn)動(dòng)，而且還取決于支架對(duì)圍巖運(yùn)動(dòng)的抵抗程度。還取決于支架對(duì)圍巖運(yùn)動(dòng)的抵抗程度。 壓力顯現(xiàn)強(qiáng)烈的部位不一定是壓力高峰的位置。研究表明，壓力顯現(xiàn)強(qiáng)烈的部位不一定是壓力高峰的位置。研究表明，在巖層運(yùn)動(dòng)發(fā)展過(guò)程中，礦山壓力與礦山壓力顯現(xiàn)之間存在巖層運(yùn)動(dòng)發(fā)展過(guò)程中，礦山壓力與礦山壓力顯現(xiàn)之間存在一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，根據(jù)兩者間的關(guān)系，可以通過(guò)礦山壓在一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，根據(jù)兩者間的關(guān)系，可以通過(guò)礦山壓力的顯現(xiàn)來(lái)推斷壓力高峰的位置。力的顯現(xiàn)來(lái)推斷壓力高峰的位置。 就某一點(diǎn)而言，壓力顯現(xiàn)的變化幅度與該

10、點(diǎn)壓力的增減幅就某一點(diǎn)而言，壓力顯現(xiàn)的變化幅度與該點(diǎn)壓力的增減幅度是相關(guān)的、對(duì)應(yīng)的，但不一定成正比。度是相關(guān)的、對(duì)應(yīng)的，但不一定成正比。 三、影響礦山壓力顯現(xiàn)的因素三、影響礦山壓力顯現(xiàn)的因素 1深度越大，巷道越難維護(hù)，但維護(hù)費(fèi)用的增加并不與深深度越大，巷道越難維護(hù)，但維護(hù)費(fèi)用的增加并不與深度成正比。淺部巷道的礦壓主要表現(xiàn)在頂部，深部巷道度成正比。淺部巷道的礦壓主要表現(xiàn)在頂部，深部巷道 的礦壓則來(lái)自四周，并有沖擊地壓現(xiàn)象。的礦壓則來(lái)自四周，并有沖擊地壓現(xiàn)象。 2巖層性質(zhì)的影響巖層性質(zhì)的影響 巖體內(nèi)摩擦角小，結(jié)構(gòu)面發(fā)育，則礦壓顯現(xiàn)顯著。在緩傾斜巖體內(nèi)摩擦角小，結(jié)構(gòu)面發(fā)育，則礦壓顯現(xiàn)顯著。在緩傾斜巖

11、層中礦山壓力主要來(lái)自頂板；急傾斜巖層中礦山壓力來(lái)自頂巖層中礦山壓力主要來(lái)自頂板；急傾斜巖層中礦山壓力來(lái)自頂?shù)装?，在巷道中表現(xiàn)為兩幫壓力較大。在強(qiáng)度較大的巖體中，底板，在巷道中表現(xiàn)為兩幫壓力較大。在強(qiáng)度較大的巖體中，頂壓較明顯；在強(qiáng)度低的巖體中，四周壓力較明顯，底鼓影響頂壓較明顯；在強(qiáng)度低的巖體中，四周壓力較明顯，底鼓影響嚴(yán)重。遇水膨脹的巖體最難維護(hù)。嚴(yán)重。遇水膨脹的巖體最難維護(hù)。3地質(zhì)構(gòu)造的影響地質(zhì)構(gòu)造的影響在向斜軸、背斜軸、壓應(yīng)力斷層或剪應(yīng)力斷層附近等應(yīng)力集在向斜軸、背斜軸、壓應(yīng)力斷層或剪應(yīng)力斷層附近等應(yīng)力集中區(qū)，礦山壓力較大。因?yàn)闃?gòu)造應(yīng)力的最大主應(yīng)力垂直于巷道中區(qū)，礦山壓力較大。因?yàn)闃?gòu)造應(yīng)

12、力的最大主應(yīng)力垂直于巷道軸向，平行于這些構(gòu)造走向的巷道更難維護(hù)。軸向，平行于這些構(gòu)造走向的巷道更難維護(hù)。4巷道尺寸和形狀的影響巷道尺寸和形狀的影響巷道的礦山壓力與巷道尺寸成正變關(guān)系。巷道的形狀對(duì)彈性巷道的礦山壓力與巷道尺寸成正變關(guān)系。巷道的形狀對(duì)彈性狀態(tài)的周邊應(yīng)力影響較大，對(duì)塑性區(qū)的大小影響較小，巷道形狀態(tài)的周邊應(yīng)力影響較大，對(duì)塑性區(qū)的大小影響較小，巷道形狀對(duì)支架的受力情況有較大的影響，曲線形巷道斷面易于維護(hù)。狀對(duì)支架的受力情況有較大的影響，曲線形巷道斷面易于維護(hù)。 5時(shí)間影響時(shí)間影響由于巖石不斷移動(dòng)，塑性區(qū)將不斷擴(kuò)大，巖體強(qiáng)度又逐漸削由于巖石不斷移動(dòng)，塑性區(qū)將不斷擴(kuò)大，巖體強(qiáng)度又逐漸削弱，礦

13、山壓力也將隨時(shí)間而增加。如果維護(hù)措施得當(dāng)，強(qiáng)度較弱，礦山壓力也將隨時(shí)間而增加。如果維護(hù)措施得當(dāng)，強(qiáng)度較大的巖體將在短時(shí)間內(nèi)趨于穩(wěn)定，軟弱巖體則將持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間。大的巖體將在短時(shí)間內(nèi)趨于穩(wěn)定，軟弱巖體則將持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間。 6. 其它采掘工程的影響其它采掘工程的影響 采掘工程將引起周圍巖體中應(yīng)力重新分布及巖體移動(dòng)。凡處采掘工程將引起周圍巖體中應(yīng)力重新分布及巖體移動(dòng)。凡處于這一影響范圍的巷道，礦壓顯現(xiàn)將加劇。于這一影響范圍的巷道，礦壓顯現(xiàn)將加劇。 礦山壓力的來(lái)源礦山壓力礦山壓力根源？根源？采動(dòng)前的原巖應(yīng)力采動(dòng)前的原巖應(yīng)力隨采深的增加而增加是不確切的來(lái)源來(lái)源？1.巖層重力巖層重力2.構(gòu)造運(yùn)動(dòng)作用力構(gòu)造運(yùn)動(dòng)

14、作用力3巖體膨脹作用力巖體膨脹作用力各點(diǎn)主應(yīng)力的大小、方向、垂直應(yīng)力與水平應(yīng)力之間的比值等決定了采動(dòng)后圍巖應(yīng)力重新分布的規(guī)律第三章第三章 采煤工作面上覆巖層移動(dòng)規(guī)律采煤工作面上覆巖層移動(dòng)規(guī)律 第一節(jié)概第一節(jié)概 述述一、煤層頂?shù)装鍘r層的構(gòu)成一、煤層頂?shù)装鍘r層的構(gòu)成 采煤工作面上方的巖層采煤工作面上方的巖層頂板頂板下方的巖層下方的巖層底板底板回采工作面或采場(chǎng)：回采工作面或采場(chǎng)：直接進(jìn)行采煤或采有用礦物的工作空間。直接進(jìn)行采煤或采有用礦物的工作空間。123451、基本頂；、基本頂；2、直接頂；、直接頂；3、偽頂；、偽頂；4、煤層；、煤層；5、底板巖層、底板巖層煤煤層層頂頂?shù)椎装灏鍘r巖層層偽頂：在煤層

15、與直接頂之間有時(shí)存在厚度小于偽頂：在煤層與直接頂之間有時(shí)存在厚度小于0.30.5m、極易垮落的軟弱巖層。隨采隨冒，一般炭、極易垮落的軟弱巖層。隨采隨冒，一般炭質(zhì)頁(yè)巖、泥質(zhì)頁(yè)巖等。質(zhì)頁(yè)巖、泥質(zhì)頁(yè)巖等。 ；直接頂：直接位于煤層上方的一層或幾層性質(zhì)相近直接頂：直接位于煤層上方的一層或幾層性質(zhì)相近的巖層。通常由具有一定穩(wěn)定性且易于隨工作面的巖層。通常由具有一定穩(wěn)定性且易于隨工作面回柱放頂而垮落的頁(yè)巖、砂頁(yè)巖或粉砂巖等巖層回柱放頂而垮落的頁(yè)巖、砂頁(yè)巖或粉砂巖等巖層組成。組成。 基本頂基本頂(老頂老頂)：位于直接頂：位于直接頂 (有時(shí)直接位于煤層有時(shí)直接位于煤層)之上之上對(duì)采場(chǎng)礦山壓力直接造成影響的厚而硬

16、的巖層。對(duì)采場(chǎng)礦山壓力直接造成影響的厚而硬的巖層。一般是由砂巖、石灰?guī)r及砂礫巖等巖層組成。一般是由砂巖、石灰?guī)r及砂礫巖等巖層組成。 直接底：直接位于煤層下面的巖層。直接底：直接位于煤層下面的巖層。二、采煤工作面上覆巖層移動(dòng)及其破壞二、采煤工作面上覆巖層移動(dòng)及其破壞 在采用長(zhǎng)壁采煤法時(shí)，隨著采煤工作面的不斷向前推進(jìn)，暴在采用長(zhǎng)壁采煤法時(shí)，隨著采煤工作面的不斷向前推進(jìn)，暴露出來(lái)的上覆巖層在礦山壓力的作用下，將產(chǎn)生變形、移動(dòng)露出來(lái)的上覆巖層在礦山壓力的作用下，將產(chǎn)生變形、移動(dòng)和破壞。根據(jù)破壞狀態(tài)不同，上覆巖層可劃分為圖和破壞。根據(jù)破壞狀態(tài)不同，上覆巖層可劃分為圖31所示所示的三個(gè)帶：的三個(gè)帶： 冒落

17、帶。指采用全部垮落法管理頂扳時(shí)，采煤工作冒落帶。指采用全部垮落法管理頂扳時(shí)，采煤工作面放頂后引起的煤層直接頂?shù)钠茐姆秶娣彭敽笠鸬拿簩又苯禹數(shù)钠茐姆秶? (圖中圖中) )。該部分巖層在采空區(qū)內(nèi)已經(jīng)垮落，而且越靠近煤層該部分巖層在采空區(qū)內(nèi)已經(jīng)垮落，而且越靠近煤層的巖石就越紊亂、破碎。在采煤工作面內(nèi)這部分巖的巖石就越紊亂、破碎。在采煤工作面內(nèi)這部分巖層由支架暫時(shí)支撐。層由支架暫時(shí)支撐。 裂隙（縫）帶。指位于冒落帶之上的巖層。這部分裂隙（縫）帶。指位于冒落帶之上的巖層。這部分巖層的特點(diǎn)是巖層產(chǎn)生垂直于層面的裂縫或斷開(kāi)，巖層的特點(diǎn)是巖層產(chǎn)生垂直于層面的裂縫或斷開(kāi)，但仍能整齊排列但仍能整齊排列( (圖

18、中圖中) )。 彎曲下沉帶。一般是指位于裂隙帶之上的巖層，向彎曲下沉帶。一般是指位于裂隙帶之上的巖層，向上可發(fā)展到地表。此帶內(nèi)的巖層將保持其整體性和上可發(fā)展到地表。此帶內(nèi)的巖層將保持其整體性和層狀結(jié)構(gòu)層狀結(jié)構(gòu)( (圖中圖中) )。冒落帶和裂隙帶的總厚度，一般為冒落帶和裂隙帶的總厚度，一般為采高的采高的6倍倍8倍。倍。 裂隙帶巖層在水平方向上可以分為裂隙帶巖層在水平方向上可以分為3個(gè)區(qū)：煤壁支撐個(gè)區(qū)：煤壁支撐區(qū)、離層區(qū)和重新壓實(shí)區(qū)，如圖所示。區(qū)、離層區(qū)和重新壓實(shí)區(qū)，如圖所示。(1)煤壁支撐影響區(qū)：它是由于工作面煤壁支撐而使頂板呈拉伸煤壁支撐影響區(qū)：它是由于工作面煤壁支撐而使頂板呈拉伸變形形成的。

19、范圍從工作面前方變形形成的。范圍從工作面前方3040 m一直到工作面后方一直到工作面后方48m，該區(qū)內(nèi)頂板水平移動(dòng)較為劇烈，垂直移動(dòng)則甚微，在，該區(qū)內(nèi)頂板水平移動(dòng)較為劇烈，垂直移動(dòng)則甚微，在有些場(chǎng)合垂直位移還會(huì)出現(xiàn)負(fù)值（即巖層上升現(xiàn)象）。有些場(chǎng)合垂直位移還會(huì)出現(xiàn)負(fù)值（即巖層上升現(xiàn)象）。 (2)離層區(qū)：范圍從工作面后方離層區(qū)：范圍從工作面后方48m至至30m左右，該區(qū)內(nèi)頂左右，該區(qū)內(nèi)頂板急劇下沉、斷裂，且各層下沉的速度由下向上逐漸減少，并板急劇下沉、斷裂，且各層下沉的速度由下向上逐漸減少，并且層間的離層現(xiàn)象隨著距煤層距離的增加而愈多。且層間的離層現(xiàn)象隨著距煤層距離的增加而愈多。 (3)重新壓實(shí)區(qū)

20、：位于工作面后方重新壓實(shí)區(qū)：位于工作面后方30 m以外，該區(qū)內(nèi)已斷裂的以外，該區(qū)內(nèi)已斷裂的巖層又重新被采空區(qū)冒落的殲石支撐，由下向上各巖層的下沉巖層又重新被采空區(qū)冒落的殲石支撐，由下向上各巖層的下沉速度逐漸增大，層間進(jìn)入相互壓實(shí)的過(guò)程。速度逐漸增大，層間進(jìn)入相互壓實(shí)的過(guò)程。采煤工作面上覆懸露巖層破壞的運(yùn)動(dòng)形式?jīng)Q定著礦山壓力的采煤工作面上覆懸露巖層破壞的運(yùn)動(dòng)形式?jīng)Q定著礦山壓力的顯現(xiàn)規(guī)律及對(duì)控制的要求。顯現(xiàn)規(guī)律及對(duì)控制的要求。上覆巖層自懸露發(fā)展到破壞，基本上有兩種運(yùn)動(dòng)形式，上覆巖層自懸露發(fā)展到破壞，基本上有兩種運(yùn)動(dòng)形式，即拉破壞和剪斷破壞。即拉破壞和剪斷破壞。1拉破壞拉破壞 (a)-隨工作面的推進(jìn)

21、，上隨工作面的推進(jìn)，上覆巖層懸露；覆巖層懸露；(b)在重力作用下彎曲；在重力作用下彎曲；(c)巖層彎曲沉降到一定巖層彎曲沉降到一定程度后，伸人煤體的端程度后，伸人煤體的端部裂開(kāi)；部裂開(kāi)；(d)中部開(kāi)裂；中部開(kāi)裂；(e)巖層冒落。巖層冒落。2剪斷破壞剪斷破壞巖層懸露后只產(chǎn)生較小彎曲下沉，懸露巖層端巖層懸露后只產(chǎn)生較小彎曲下沉，懸露巖層端部即開(kāi)裂，見(jiàn)圖部即開(kāi)裂，見(jiàn)圖(a)；在巖層中部末開(kāi)裂在巖層中部末開(kāi)裂(或開(kāi)裂很少或開(kāi)裂很少)的情況下，巖的情況下，巖層大面積整體塌垮，見(jiàn)圖層大面積整體塌垮，見(jiàn)圖(b)。運(yùn)動(dòng)范圍大、速度快，工作面有明顯的動(dòng)壓沖運(yùn)動(dòng)范圍大、速度快，工作面有明顯的動(dòng)壓沖擊。極易發(fā)生頂板

22、沿煤壁切下的重大冒頂事故。擊。極易發(fā)生頂板沿煤壁切下的重大冒頂事故。有時(shí)也會(huì)發(fā)生臺(tái)階下沉，使支柱回撤工作非常有時(shí)也會(huì)發(fā)生臺(tái)階下沉，使支柱回撤工作非常困難。困難?？刂七@類頂板破壞，工作面支架必須有較高的控制這類頂板破壞，工作面支架必須有較高的初撐力。初撐力。產(chǎn)生懸露巖層剪斷破壞的條件：產(chǎn)生懸露巖層剪斷破壞的條件：當(dāng)工作面煤壁推進(jìn)至巖梁端部開(kāi)裂位置附近時(shí)，斷裂面上的剪當(dāng)工作面煤壁推進(jìn)至巖梁端部開(kāi)裂位置附近時(shí)，斷裂面上的剪應(yīng)力超過(guò)一定限度，雖然其中部尚未開(kāi)裂，但只要下部有少量應(yīng)力超過(guò)一定限度，雖然其中部尚未開(kāi)裂，但只要下部有少量運(yùn)動(dòng)空間，巖層即可能被剪斷而整體塌垮。運(yùn)動(dòng)空間，巖層即可能被剪斷而整體塌

23、垮。3兩種破壞形成的轉(zhuǎn)化兩種破壞形成的轉(zhuǎn)化巖層的兩種破壞形式隨地質(zhì)及開(kāi)采條件的變化而相互轉(zhuǎn)化。巖層的兩種破壞形式隨地質(zhì)及開(kāi)采條件的變化而相互轉(zhuǎn)化。 (1)當(dāng)工作面推至巖層端部開(kāi)裂位置附近，提高推進(jìn)速度可能會(huì)使原當(dāng)工作面推至巖層端部開(kāi)裂位置附近，提高推進(jìn)速度可能會(huì)使原來(lái)呈彎拉破壞的巖層轉(zhuǎn)變?yōu)榧羟衅茐牡倪\(yùn)動(dòng)形式。在日常來(lái)壓比較來(lái)呈彎拉破壞的巖層轉(zhuǎn)變?yōu)榧羟衅茐牡倪\(yùn)動(dòng)形式。在日常來(lái)壓比較均勻的工作面，高產(chǎn)后往往會(huì)出現(xiàn)切頂事故，破壞形式的轉(zhuǎn)化就是均勻的工作面，高產(chǎn)后往往會(huì)出現(xiàn)切頂事故，破壞形式的轉(zhuǎn)化就是其原因。其原因。 (2)強(qiáng)制放頂改變堅(jiān)硬巖層的厚度，可以排除整體塌垮的威脅，從而強(qiáng)制放頂改變堅(jiān)硬巖層的

24、厚度，可以排除整體塌垮的威脅，從而使剪切破壞形式轉(zhuǎn)化為彎拉破壞形式。使剪切破壞形式轉(zhuǎn)化為彎拉破壞形式。 (3)分層開(kāi)采的厚煤層，若采用上行式開(kāi)采程序，通過(guò)下部幾個(gè)分層分層開(kāi)采的厚煤層，若采用上行式開(kāi)采程序，通過(guò)下部幾個(gè)分層的開(kāi)采，使堅(jiān)硬的開(kāi)采，使堅(jiān)硬(可能發(fā)生剪切破壞可能發(fā)生剪切破壞)的頂板巖層受到重復(fù)的采動(dòng)影響，的頂板巖層受到重復(fù)的采動(dòng)影響，產(chǎn)生裂縫，可減小突然剪斷的可能性，從而可轉(zhuǎn)化為彎拉破壞的運(yùn)產(chǎn)生裂縫，可減小突然剪斷的可能性，從而可轉(zhuǎn)化為彎拉破壞的運(yùn)動(dòng)形式。動(dòng)形式。 (4)在工作面推進(jìn)方向上遇到與煤壁平行的斷層，使原來(lái)彎拉破壞的在工作面推進(jìn)方向上遇到與煤壁平行的斷層，使原來(lái)彎拉破壞的巖

25、層可能向整體切斷的運(yùn)動(dòng)形式轉(zhuǎn)化。這是因?yàn)閿鄬悠茐牧藥r層的巖層可能向整體切斷的運(yùn)動(dòng)形式轉(zhuǎn)化。這是因?yàn)閿鄬悠茐牧藥r層的連續(xù)性，當(dāng)工作面推到斷層部位時(shí)，巖層懸露尚未達(dá)到中部裂斷所連續(xù)性，當(dāng)工作面推到斷層部位時(shí)，巖層懸露尚未達(dá)到中部裂斷所必須的跨度，可能出現(xiàn)整體切斷危險(xiǎn)。必須的跨度，可能出現(xiàn)整體切斷危險(xiǎn)。第二節(jié)第二節(jié) 直接頂?shù)囊苿?dòng)規(guī)律直接頂?shù)囊苿?dòng)規(guī)律 直接頂?shù)某醮慰迓洌翰擅汗ぷ髅孀蚤_(kāi)切眼開(kāi)始推進(jìn)后，直接直接頂?shù)某醮慰迓洌翰擅汗ぷ髅孀蚤_(kāi)切眼開(kāi)始推進(jìn)后，直接頂巖層一般并不立即垮落。待推進(jìn)一定距離后，直接頂懸露頂巖層一般并不立即垮落。待推進(jìn)一定距離后，直接頂懸露面積超過(guò)其允許值，才會(huì)大面積垮落下來(lái)，稱為直接

26、頂?shù)某趺娣e超過(guò)其允許值，才會(huì)大面積垮落下來(lái)，稱為直接頂?shù)某醮慰迓浯慰迓?初次放頂初次放頂) 。初次垮落距：工作面自開(kāi)切眼推過(guò)一段距離后，直接頂懸露初次垮落距：工作面自開(kāi)切眼推過(guò)一段距離后，直接頂懸露達(dá)到一定跨度，采空區(qū)進(jìn)行初次放頂，直接頂開(kāi)始垮落，此達(dá)到一定跨度，采空區(qū)進(jìn)行初次放頂，直接頂開(kāi)始垮落，此時(shí)直接頂?shù)目缇喑蔀槌醮慰迓渚唷r(shí)直接頂?shù)目缇喑蔀槌醮慰迓渚?。直接頂結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：在推進(jìn)方向上不能保持水平力的傳遞。直接頂結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：在推進(jìn)方向上不能保持水平力的傳遞?？刂浦苯禹?shù)幕疽笫牵褐Ъ軕?yīng)能承擔(dān)其全部重量?？刂浦苯禹?shù)幕疽笫牵褐Ъ軕?yīng)能承擔(dān)其全部重量。 一、直接頂厚度一、直接頂厚度(冒高冒高)

27、的確定的確定一般，一般，k=1.251.351不考慮巖層本身沉降的推斷方法不考慮巖層本身沉降的推斷方法2考慮巖層本身沉降的推斷方法考慮巖層本身沉降的推斷方法 二、影響直接頂厚度二、影響直接頂厚度(冒高冒高)的主要因素的主要因素 1采高的影響采高的影響 冒落高度與采高近似成正比冒落高度與采高近似成正比2巖梁允計(jì)沉降值巖梁允計(jì)沉降值so及巖梁實(shí)際沉降值及巖梁實(shí)際沉降值sa的影響的影響 s0的大小主要由巖層的厚度、強(qiáng)度及在推進(jìn)方向上裂隙的大小主要由巖層的厚度、強(qiáng)度及在推進(jìn)方向上裂隙發(fā)育情況等因素決定。發(fā)育情況等因素決定。3巖梁觸矸處已冒巖層碎脹系數(shù)的影響巖梁觸矸處已冒巖層碎脹系數(shù)的影響 已冒巖層的碎

28、脹系數(shù)巖層的巖石力學(xué)性質(zhì)及結(jié)構(gòu)情況、頂板已冒巖層的碎脹系數(shù)巖層的巖石力學(xué)性質(zhì)及結(jié)構(gòu)情況、頂板處理方法有關(guān)處理方法有關(guān) 。強(qiáng)度高、節(jié)理裂隙發(fā)育的砂巖或堅(jiān)硬砂巖強(qiáng)制放頂時(shí)，強(qiáng)度高、節(jié)理裂隙發(fā)育的砂巖或堅(jiān)硬砂巖強(qiáng)制放頂時(shí)，k13135；強(qiáng)度較低的一般巖層強(qiáng)度較低的一般巖層(粉砂巖、頁(yè)巖等粉砂巖、頁(yè)巖等)時(shí)，時(shí)，k125128。 k愈大，則冒高值愈大，則冒高值(hz)愈小。當(dāng)巖層堅(jiān)硬，產(chǎn)生整體切斷時(shí)：愈小。當(dāng)巖層堅(jiān)硬，產(chǎn)生整體切斷時(shí)：k1、hz。表明上部軟巖隨其下部堅(jiān)硬巖層整體塌落時(shí)，上覆巖層。表明上部軟巖隨其下部堅(jiān)硬巖層整體塌落時(shí)，上覆巖層將冒到上部堅(jiān)硬巖層為止，甚至達(dá)到地表。將冒到上部堅(jiān)硬巖層為止

29、，甚至達(dá)到地表。 4采空區(qū)頂板處理方法的影響采空區(qū)頂板處理方法的影響(1)采用充填法可以減小冒高值采用充填法可以減小冒高值 (2)采用強(qiáng)制放頂可以將可能整體垮落的采場(chǎng)向一般采場(chǎng)轉(zhuǎn)化。采用強(qiáng)制放頂可以將可能整體垮落的采場(chǎng)向一般采場(chǎng)轉(zhuǎn)化。此時(shí)冒高值即為強(qiáng)制放頂?shù)膸r層厚度。此時(shí)冒高值即為強(qiáng)制放頂?shù)膸r層厚度。5開(kāi)采程序的影響開(kāi)采程序的影響 在有整體垮落危險(xiǎn)的堅(jiān)硬頂板巖層條件下，實(shí)行反程序開(kāi)在有整體垮落危險(xiǎn)的堅(jiān)硬頂板巖層條件下，實(shí)行反程序開(kāi)采，可避免切落危險(xiǎn)。采，可避免切落危險(xiǎn)。 第三節(jié)第三節(jié) 老頂?shù)囊苿?dòng)規(guī)律老頂?shù)囊苿?dòng)規(guī)律老頂?shù)倪\(yùn)動(dòng)一般有兩種形式。老頂?shù)倪\(yùn)動(dòng)一般有兩種形式。1老頂?shù)木徛鲁晾享數(shù)木徛鲁?/p>

30、若采高較小，直接頂厚度較大，直接頂巖層可能呈不規(guī)則垮落若采高較小，直接頂厚度較大，直接頂巖層可能呈不規(guī)則垮落而充滿采空區(qū)。而充滿采空區(qū)。老頂巖層緩慢下沉?xí)r，破斷的巖塊之間互相嚙合餃接，這時(shí)，老頂巖層緩慢下沉?xí)r，破斷的巖塊之間互相嚙合餃接，這時(shí)，老頂巖層將其自身和上部巖層的部分重量傳遞到前方煤壁和后老頂巖層將其自身和上部巖層的部分重量傳遞到前方煤壁和后方冒落矸石上，采煤工作面內(nèi)的礦山壓力顯現(xiàn)不明顯，對(duì)頂板方冒落矸石上，采煤工作面內(nèi)的礦山壓力顯現(xiàn)不明顯，對(duì)頂板管理有利。管理有利。 2老頂呈長(zhǎng)巖梁斷裂老頂呈長(zhǎng)巖梁斷裂當(dāng)直接頂厚度較小或工作面采高較大時(shí)，直接頂冒落后將不能當(dāng)直接頂厚度較小或工作面采高較

31、大時(shí)，直接頂冒落后將不能充滿采空區(qū)充滿采空區(qū) 這時(shí)老頂?shù)倪\(yùn)動(dòng)情況如下：這時(shí)老頂?shù)倪\(yùn)動(dòng)情況如下：(1)老頂?shù)某醮慰迓淅享數(shù)某醮慰迓錁O限跨距：老頂巖梁達(dá)到斷裂時(shí)的跨距稱為極限跨距。極限跨距：老頂巖梁達(dá)到斷裂時(shí)的跨距稱為極限跨距。拉破壞：拉破壞：按固定梁計(jì)算按固定梁計(jì)算 ： 按簡(jiǎn)支梁計(jì)算按簡(jiǎn)支梁計(jì)算 ：qrhlt2qrhlt32剪斷破壞：剪斷破壞：qrhls34式中：式中：l-極限跨距；極限跨距；h-老頂巖梁厚度；老頂巖梁厚度； q-老頂上的載荷；老頂上的載荷；rt-老頂巖梁老頂巖梁抗拉強(qiáng)度；抗拉強(qiáng)度； rs-老頂巖梁抗剪強(qiáng)度老頂巖梁抗剪強(qiáng)度同樣條件下，按簡(jiǎn)支梁計(jì)算比固定梁計(jì)算同樣條件下，按簡(jiǎn)支梁計(jì)

32、算比固定梁計(jì)算 ??；剪切應(yīng)力時(shí)最大。??；剪切應(yīng)力時(shí)最大。老頂巖層達(dá)到極限懸跨度形成斷裂后，并不一定立即垮落，老頂巖層達(dá)到極限懸跨度形成斷裂后，并不一定立即垮落，（老頂由開(kāi)始破壞直至垮落常需要一定的時(shí)間，甚至在老頂（老頂由開(kāi)始破壞直至垮落常需要一定的時(shí)間，甚至在老頂垮落前的垮落前的2d一一3d即出現(xiàn)頂板斷裂的響聲等來(lái)壓預(yù)兆。在垮落即出現(xiàn)頂板斷裂的響聲等來(lái)壓預(yù)兆。在垮落前前1h一一2h，采空區(qū)可能發(fā)生隆隆巨響，通常煤壁片幫嚴(yán)重，采空區(qū)可能發(fā)生隆隆巨響，通常煤壁片幫嚴(yán)重，頂板產(chǎn)生裂縫或掉渣，其下沉量及下沉速度明顯增加。支架頂板產(chǎn)生裂縫或掉渣，其下沉量及下沉速度明顯增加。支架載荷迅速增高。）巖塊間由于

33、互相咬合關(guān)系也可能形成平衡，載荷迅速增高。）巖塊間由于互相咬合關(guān)系也可能形成平衡，如圖如圖4-l所示。由于巖層抗拉強(qiáng)度較小，因而在斷裂時(shí)很可能所示。由于巖層抗拉強(qiáng)度較小，因而在斷裂時(shí)很可能在梁的中間底部及兩側(cè)支座的上部裂開(kāi)。隨巖塊的轉(zhuǎn)動(dòng)，可在梁的中間底部及兩側(cè)支座的上部裂開(kāi)。隨巖塊的轉(zhuǎn)動(dòng)，可能形成強(qiáng)大的水平擠壓力，從而形成三鉸拱式的平衡結(jié)構(gòu)。能形成強(qiáng)大的水平擠壓力，從而形成三鉸拱式的平衡結(jié)構(gòu)。 三鉸拱形成的條件是：三鉸拱形成的條件是： (1)(1)咬和點(diǎn)處形成的應(yīng)力應(yīng)小于巖塊的抗壓強(qiáng)度。若超過(guò)該咬和點(diǎn)處形成的應(yīng)力應(yīng)小于巖塊的抗壓強(qiáng)度。若超過(guò)該處的抗壓強(qiáng)度極限，就會(huì)咬合不住，從而導(dǎo)致巖層的垮落。

34、處的抗壓強(qiáng)度極限，就會(huì)咬合不住，從而導(dǎo)致巖層的垮落。 (2)(2)在擠壓過(guò)程中巖層有一定的厚度，從而保證中間的鉸接在擠壓過(guò)程中巖層有一定的厚度，從而保證中間的鉸接點(diǎn)點(diǎn)b b在兩端鉸接點(diǎn)在兩端鉸接點(diǎn)a a、c c連線之上，形成三鉸拱式的平衡。但巖連線之上，形成三鉸拱式的平衡。但巖層厚度也不能過(guò)大，否則也可能咬合不住。層厚度也不能過(guò)大，否則也可能咬合不住。(3)(3)三鉸拱兩端支座處巖塊與煤壁的摩擦力要大于支座反力。三鉸拱兩端支座處巖塊與煤壁的摩擦力要大于支座反力。老頂初次來(lái)壓時(shí)，老頂跨度較大，影響范圍也較廣，工作面老頂初次來(lái)壓時(shí)，老頂跨度較大，影響范圍也較廣，工作面易出現(xiàn)事故，因此在生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)

35、嚴(yán)加注意。在來(lái)壓期間，必易出現(xiàn)事故，因此在生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)加注意。在來(lái)壓期間，必須注意采煤工作面的支護(hù)質(zhì)量，加強(qiáng)支架的支撐力，增強(qiáng)支架須注意采煤工作面的支護(hù)質(zhì)量，加強(qiáng)支架的支撐力，增強(qiáng)支架的穩(wěn)定性。一般可以采用木垛、戧柱等加強(qiáng)支護(hù)。的穩(wěn)定性。一般可以采用木垛、戧柱等加強(qiáng)支護(hù)。 老頂?shù)某醮蝸?lái)壓：由于老頂?shù)谝淮问Х€(wěn)而產(chǎn)生的工作老頂?shù)某醮蝸?lái)壓：由于老頂?shù)谝淮问Х€(wěn)而產(chǎn)生的工作面頂板壓力突然增大的現(xiàn)象稱為老頂?shù)某醮蝸?lái)壓。面頂板壓力突然增大的現(xiàn)象稱為老頂?shù)某醮蝸?lái)壓。老頂?shù)某醮慰迓洌▉?lái)壓）步距：由開(kāi)切眼到老頂初次老頂?shù)某醮慰迓洌▉?lái)壓）步距：由開(kāi)切眼到老頂初次垮落（來(lái)壓）時(shí)工作面推進(jìn)的距離稱為老頂?shù)某醮慰蹇迓洌?/p>

36、來(lái)壓）時(shí)工作面推進(jìn)的距離稱為老頂?shù)某醮慰迓洳骄?。落步距?初次垮落步距取決于老頂巖層的巖性、厚度和裂隙發(fā)初次垮落步距取決于老頂巖層的巖性、厚度和裂隙發(fā)育程度。一般情況下老頂?shù)某醮慰迓洳骄酁橛潭?。一般情況下老頂?shù)某醮慰迓洳骄酁?0m35m。有的礦區(qū)可達(dá)。有的礦區(qū)可達(dá)50m一一70m，甚至更大。，甚至更大。 特點(diǎn)：頂板下沉量和下沉速度增加、支架載荷增大、特點(diǎn)：頂板下沉量和下沉速度增加、支架載荷增大、煤壁片幫、頂板產(chǎn)生裂縫或掉渣、出現(xiàn)頂板斷裂的響煤壁片幫、頂板產(chǎn)生裂縫或掉渣、出現(xiàn)頂板斷裂的響聲等聲等 。 (2)老頂?shù)闹芷谛钥迓淅享數(shù)闹芷谛钥迓淅享敵醮慰迓浜?，隨著采煤工作面繼續(xù)推進(jìn)，工作面上方的老頂

37、巖層將老頂初次垮落后，隨著采煤工作面繼續(xù)推進(jìn)，工作面上方的老頂巖層將呈懸露狀態(tài)。此時(shí)，上覆巖層的重量將由老頂?shù)膽冶壑苯觽鬟f給煤壁，呈懸露狀態(tài)。此時(shí)，上覆巖層的重量將由老頂?shù)膽冶壑苯觽鬟f給煤壁，部分上覆巖層及已折斷的老頂重量將直接加在已垮落的矸石上，采煤工部分上覆巖層及已折斷的老頂重量將直接加在已垮落的矸石上，采煤工作空間處于老頂懸梁的保護(hù)之下。作空間處于老頂懸梁的保護(hù)之下。當(dāng)采煤工作面繼續(xù)推進(jìn)，老頂懸露跨度達(dá)到一定長(zhǎng)度時(shí)，老頂在其自重當(dāng)采煤工作面繼續(xù)推進(jìn)，老頂懸露跨度達(dá)到一定長(zhǎng)度時(shí)，老頂在其自重及上覆巖層載荷作用下，將沿煤壁甚至在煤壁內(nèi)發(fā)生折斷和垮落及上覆巖層載荷作用下，將沿煤壁甚至在煤壁內(nèi)發(fā)

38、生折斷和垮落 。老頂?shù)闹芷趤?lái)壓：老頂?shù)某醮蝸?lái)壓以后，隨工作面推進(jìn)老頂巖層老頂?shù)闹芷趤?lái)壓：老頂?shù)某醮蝸?lái)壓以后，隨工作面推進(jìn)老頂巖層形成的裂隙體梁結(jié)構(gòu)由穩(wěn)定到失穩(wěn)而導(dǎo)致回采工作面頂板壓力周形成的裂隙體梁結(jié)構(gòu)由穩(wěn)定到失穩(wěn)而導(dǎo)致回采工作面頂板壓力周期性增大的現(xiàn)象。期性增大的現(xiàn)象。周期來(lái)壓（垮落）步距：相鄰兩次周期來(lái)壓（垮落）之間回采工周期來(lái)壓（垮落）步距：相鄰兩次周期來(lái)壓（垮落）之間回采工作面推進(jìn)的距離。作面推進(jìn)的距離。 周期來(lái)壓步距取決于老頂?shù)膸r性、厚度、老頂上方巖層的組周期來(lái)壓步距取決于老頂?shù)膸r性、厚度、老頂上方巖層的組成情況等因素。成情況等因素。 老頂?shù)闹芷趤?lái)壓步距常常是按老頂?shù)膽冶凼秸蹟鄟?lái)確定

39、。老頂?shù)闹芷趤?lái)壓步距常常是按老頂?shù)膽冶凼秸蹟鄟?lái)確定。qrhlt3式中：式中：l-極限跨距；極限跨距；h-老頂巖梁厚度；老頂巖梁厚度； q-老頂上的載荷；老頂上的載荷；rt-老頂巖梁老頂巖梁抗拉強(qiáng)度；抗拉強(qiáng)度；老頂初次斷裂的極限跨距（按固定梁計(jì)算老頂初次斷裂的極限跨距（按固定梁計(jì)算 ）qrhlt2則周期來(lái)壓步距相當(dāng)于初次的則周期來(lái)壓步距相當(dāng)于初次的1/2.45周期來(lái)壓的礦壓顯現(xiàn)有：周期來(lái)壓的礦壓顯現(xiàn)有：頂板下沉速度急劇增加、頂板下沉量急劇增大、支柱載荷增大、頂板下沉速度急劇增加、頂板下沉量急劇增大、支柱載荷增大、煤壁片幫、支柱折損、頂板發(fā)生臺(tái)階下沉等。煤壁片幫、支柱折損、頂板發(fā)生臺(tái)階下沉等。在周期來(lái)壓期