采場圍巖支承壓力及礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系

1、Ground Pressure and Strata Control資源與環(huán)境工程學院-資源工程1系2022-3-81礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系 4.1 采場圍巖支承壓力分布形態(tài)采場圍巖支承壓力分布形態(tài)4.1.1 支承壓力基本概念支承壓力基本概念 支承壓力支承壓力：煤層采出后，在圍巖應力重新分布的范圍內(nèi)，作用在煤層、巖層：煤層采出后，在圍巖應力重新分布的范圍內(nèi)，作用在煤層、巖層和矸石上的垂直壓力。和矸石上的垂直壓力。ss3s2s 1L3 =L4 = . . . =LnL2L1m4m3m1m2s1ss3s2s1L3=L4=.=LnL2L1m4m3m1

2、m2s1圖圖4.1 上覆巖層運動狀態(tài)與支承壓力分布上覆巖層運動狀態(tài)與支承壓力分布 支承壓力分布范圍將包括支承壓力分布范圍將包括高于和低于原巖應力高于和低于原巖應力的整個區(qū)域。的整個區(qū)域。Ground Pressure and Strata Control資源與環(huán)境工程學院-資源工程1系2022-3-82礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系 在單一自重應力場條件下，采場周圍巖體上的支承壓力來源于上覆巖層在單一自重應力場條件下，采場周圍巖體上的支承壓力來源于上覆巖層的重量。的重量。 niixiiiniiiyCLmm11（4.1）Ground Pressure a

3、nd Strata Control資源與環(huán)境工程學院-資源工程1系2022-3-83礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系 煤壁前方各處的支承壓力都可以看成由兩部分組成：煤壁前方各處的支承壓力都可以看成由兩部分組成： 在支承壓力作用下發(fā)生煤層壓縮和破壞，相應部位的頂?shù)装逑鄬σ苿右栽谥С袎毫ψ饔孟掳l(fā)生煤層壓縮和破壞，相應部位的頂?shù)装逑鄬σ苿右约爸Ъ苁芰ψ冃蔚痊F(xiàn)象統(tǒng)稱為及支架受力變形等現(xiàn)象統(tǒng)稱為支承壓力的顯現(xiàn)支承壓力的顯現(xiàn)。 支承壓力的存在是絕對的。支承壓力的顯現(xiàn)是支承壓力作用的結果，就其支承壓力的存在是絕對的。支承壓力的顯現(xiàn)是支承壓力作用的結果，就其顯現(xiàn)的形式和

4、程度而言，則是相對的，有條件的。顯現(xiàn)的形式和程度而言，則是相對的，有條件的。 Ground Pressure and Strata Control資源與環(huán)境工程學院-資源工程1系2022-3-84礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系 4.1.2 采場支承壓力分布的基本規(guī)律采場支承壓力分布的基本規(guī)律HHKHIIIDCBA圖圖4.2 采煤工作面前后方的應力分布采煤工作面前后方的應力分布工作面前方應力變化區(qū)；工作面前方應力變化區(qū)；工作面控頂區(qū)；工作面控頂區(qū)；垮落巖石松散區(qū)；垮落巖石松散區(qū)；垮落巖石逐漸壓縮區(qū)；垮落巖石逐漸壓縮區(qū)；垮落巖石壓實區(qū)；垮落巖石壓實區(qū)；A原

5、巖應力區(qū)；原巖應力區(qū)；B應力增高區(qū)；應力增高區(qū)；C應力降低區(qū)；應力降低區(qū)；D應力穩(wěn)定區(qū)應力穩(wěn)定區(qū)Ground Pressure and Strata Control資源與環(huán)境工程學院-資源工程1系2022-3-85礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系 在工作面在工作面采空區(qū)沿傾斜采空區(qū)沿傾斜作一剖面，如作一剖面，如圖圖4.3所示。工所示。工作面一側為實作面一側為實體煤，煤體上體煤，煤體上支承壓力的分支承壓力的分布規(guī)律如圖布規(guī)律如圖4.3所示的所示的A和和B區(qū)。區(qū)。另一側為煤柱另一側為煤柱和上一個工作和上一個工作面的采空區(qū)。面的采空區(qū)。 AB1CB2CDHHH

6、K1HK2H圖圖4.3 已采區(qū)及其兩側煤柱的應力分布已采區(qū)及其兩側煤柱的應力分布A原巖應力區(qū)；原巖應力區(qū)；B1、B2應力增高區(qū)；應力增高區(qū)；C應力降低區(qū)；應力降低區(qū)；D應力穩(wěn)定區(qū)應力穩(wěn)定區(qū)Ground Pressure and Strata Control資源與環(huán)境工程學院-資源工程1系2022-3-86礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系 4.1.3 關于兩個應力場的理論關于兩個應力場的理論煤層上支承壓力分布及內(nèi)外應力場煤層上支承壓力分布及內(nèi)外應力場單一彈性分布單一彈性分布 壓力高峰在煤層邊緣，隨與煤壁距離增加壓力高峰在煤層邊緣，隨與煤壁距離增加按負指數(shù)曲

7、線規(guī)律遞減。在從煤壁開始的整按負指數(shù)曲線規(guī)律遞減。在從煤壁開始的整個分布范圍內(nèi)，煤層都處于彈性壓縮狀態(tài)。個分布范圍內(nèi)，煤層都處于彈性壓縮狀態(tài)。該范圍內(nèi)煤層處于彈性變形階段，所承擔的該范圍內(nèi)煤層處于彈性變形階段，所承擔的壓力與其彈性壓縮變形量呈正比。壓力與其彈性壓縮變形量呈正比。 ABCDE圖圖4.5 無沖擊傾向煤的全應力應變曲線無沖擊傾向煤的全應力應變曲線Ground Pressure and Strata Control資源與環(huán)境工程學院-資源工程1系2022-3-87礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系 出現(xiàn)塑性破壞區(qū)的分布出現(xiàn)塑性破壞區(qū)的分布 該分布由

8、塑性區(qū)該分布由塑性區(qū)(X0)及彈性區(qū)（及彈性區(qū)（S1）兩個部分構成。兩個部分構成。 煤壁邊緣里側的彈性區(qū)煤層處于彈性煤壁邊緣里側的彈性區(qū)煤層處于彈性變形狀態(tài)，其壓力分布是一個高峰在彈變形狀態(tài)，其壓力分布是一個高峰在彈塑性交界處并向內(nèi)發(fā)展逐漸下降至原始塑性交界處并向內(nèi)發(fā)展逐漸下降至原始應力值的曲線，各部位壓力與該處煤層應力值的曲線，各部位壓力與該處煤層的壓縮成正比。的壓縮成正比。 塑性區(qū)塑性區(qū)范圍內(nèi)煤層承載能力已大幅下降，且處于極不穩(wěn)定狀態(tài)，當上覆巖范圍內(nèi)煤層承載能力已大幅下降，且處于極不穩(wěn)定狀態(tài)，當上覆巖梁自承能力一旦消失，相應部位的煤體壓縮將加劇。在工作面及相鄰的巷道梁自承能力一旦消失，相應

9、部位的煤體壓縮將加劇。在工作面及相鄰的巷道中，中，煤壁片幫、頂?shù)装逡平铀俚葔毫︼@現(xiàn)煤壁片幫、頂?shù)装逡平铀俚葔毫︼@現(xiàn)都會明顯地表現(xiàn)出來。都會明顯地表現(xiàn)出來。 煤壁邊緣附近的塑性區(qū)煤層已遭破壞，處于全應力應變曲線中的煤壁邊緣附近的塑性區(qū)煤層已遭破壞，處于全應力應變曲線中的CDE段（即段（即塑性流變塑性流變階段）。階段）。 Ground Pressure and Strata Control資源與環(huán)境工程學院-資源工程1系2022-3-88礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系 出現(xiàn)內(nèi)應力場的分布出現(xiàn)內(nèi)應力場的分布 三種類型各有其存在的條件。不同煤三種類型各有其

10、存在的條件。不同煤層在相同的開采條件下，可能有不同的分層在相同的開采條件下，可能有不同的分布形式。即使煤層條件和開采技術條件相布形式。即使煤層條件和開采技術條件相同，但開采深度不同，工作面推進到不同同，但開采深度不同，工作面推進到不同部位，其分布構成往往也不一樣。部位，其分布構成往往也不一樣。 Ground Pressure and Strata Control資源與環(huán)境工程學院-資源工程1系2022-3-89礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系 4.2 采場支承壓力分布與上覆巖層運動間的關系采場支承壓力分布與上覆巖層運動間的關系 4.2.1 采場推進前方支

11、承壓力與上覆巖層運動間的關系采場推進前方支承壓力與上覆巖層運動間的關系 從采場推進開始至基本頂各巖梁初次來壓結束期間的支承壓力分布可以從采場推進開始至基本頂各巖梁初次來壓結束期間的支承壓力分布可以劃分為三個階段：劃分為三個階段： 第一階段：從采場推進開始至煤壁支承能力改變（即煤壁附近煤體進第一階段：從采場推進開始至煤壁支承能力改變（即煤壁附近煤體進入塑性狀態(tài)）之前。入塑性狀態(tài)）之前。y=KzHy0=KmaxH=HSXLGround Pressure and Strata Control資源與環(huán)境工程學院-資源工程1系2022-3-810礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖

12、層運動間的關系 隨采場推進，通過處于相對穩(wěn)定狀態(tài)的基本頂巖梁傳遞至煤層上的壓力將隨采場推進，通過處于相對穩(wěn)定狀態(tài)的基本頂巖梁傳遞至煤層上的壓力將逐漸增加。各點的應力沒有達到煤體的破壞極限，包括煤壁在內(nèi)整個煤層都處逐漸增加。各點的應力沒有達到煤體的破壞極限，包括煤壁在內(nèi)整個煤層都處于彈性壓縮狀態(tài)，支承壓力分布是一條高峰在煤壁處的單調(diào)下降曲線。于彈性壓縮狀態(tài)，支承壓力分布是一條高峰在煤壁處的單調(diào)下降曲線。第二階段：從煤壁支承能力開始改變起，到基本頂巖梁端部斷裂前為止。第二階段：從煤壁支承能力開始改變起，到基本頂巖梁端部斷裂前為止。X0Ground Pressure and Strata Contr

13、ol資源與環(huán)境工程學院-資源工程1系2022-3-811礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系 巖梁端部斷裂前夕，在斷裂線附近將伴有壓力的集中，圖中曲線巖梁端部斷裂前夕，在斷裂線附近將伴有壓力的集中，圖中曲線 1所示。所示。巖梁斷裂結束時，以斷裂線為界將支承壓力分布明顯地分為兩個部分，即巖梁斷裂結束時，以斷裂線為界將支承壓力分布明顯地分為兩個部分，即在斷裂線與煤壁之間（圖中在斷裂線與煤壁之間（圖中S0范圍）由已斷裂巖梁自重所決定的范圍）由已斷裂巖梁自重所決定的“內(nèi)應力內(nèi)應力場場”，以及在斷裂線外（圖中，以及在斷裂線外（圖中S0遠處）由上覆巖層整體重量所決定的遠

14、處）由上覆巖層整體重量所決定的“外外應力場應力場”，兩應力場中的壓力分布沒有密切的聯(lián)系。在巖梁斷裂結束時，兩，兩應力場中的壓力分布沒有密切的聯(lián)系。在巖梁斷裂結束時，兩應力場中的壓力分布如圖中曲線應力場中的壓力分布如圖中曲線2所示。所示。 第三階段：從基本頂巖梁端部斷裂起至巖梁中部觸矸止。第三階段：從基本頂巖梁端部斷裂起至巖梁中部觸矸止。 支承壓力分布隨基支承壓力分布隨基本頂巖梁本頂巖梁“顯著運動顯著運動”的發(fā)展而明顯變化。的發(fā)展而明顯變化。Ground Pressure and Strata Control資源與環(huán)境工程學院-資源工程1系2022-3-812礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系

15、礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系 隨工作面推進，各自的應力高峰以斷裂線為界向相反的方向發(fā)展。內(nèi)應力場隨工作面推進，各自的應力高峰以斷裂線為界向相反的方向發(fā)展。內(nèi)應力場中的支承壓力隨工作面的推進，巖梁再次斷裂，壓力高峰逐漸增加，峰值位置中的支承壓力隨工作面的推進，巖梁再次斷裂，壓力高峰逐漸增加，峰值位置逐漸轉移向煤壁，形成逐漸轉移向煤壁，形成壓力的壓力的“收縮收縮”，直至巖梁中部觸矸，壓力峰值降低到，直至巖梁中部觸矸，壓力峰值降低到最低值為止。最低值為止。Ground Pressure and Strata Control資源與環(huán)境工程學院-資源工程1系2022-3-813礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上

16、覆巖層運動間的關系礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系 采場進入正常推進階段后，支承壓力分布的主要特點是伴隨著上覆巖層的采場進入正常推進階段后，支承壓力分布的主要特點是伴隨著上覆巖層的周期性運動而呈周期性變化，其變化的一般規(guī)律周期性運動而呈周期性變化，其變化的一般規(guī)律如下圖所示如下圖所示。(a)(b)Ground Pressure and Strata Control資源與環(huán)境工程學院-資源工程1系2022-3-814礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系 123bbacc21ca(c)(d)(e)Ground Pressure and Strata Cont

17、rol資源與環(huán)境工程學院-資源工程1系2022-3-815礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系 在采場推進過程中，伴隨著巖梁每一次周期性運動，支承壓力分布的發(fā)在采場推進過程中，伴隨著巖梁每一次周期性運動，支承壓力分布的發(fā)展，包括了以下兩個過程：展，包括了以下兩個過程：相對穩(wěn)定的發(fā)展過程相對穩(wěn)定的發(fā)展過程 此時，隨工作面推進內(nèi)應力場范圍不斷縮小。由于巖梁周期性運動已經(jīng)此時，隨工作面推進內(nèi)應力場范圍不斷縮小。由于巖梁周期性運動已經(jīng)結束觸矸，內(nèi)應力場中煤層上所承受的壓力將很小。在該發(fā)展過程中，對于結束觸矸，內(nèi)應力場中煤層上所承受的壓力將很小。在該發(fā)展過程中，對于隨

18、工作面推進而前移的外應力場，其支承壓力分布的范圍將因內(nèi)應力場范圍隨工作面推進而前移的外應力場，其支承壓力分布的范圍將因內(nèi)應力場范圍的縮小而逐漸擴大，直到該巖梁再次斷裂前夕達最大值為止。的縮小而逐漸擴大，直到該巖梁再次斷裂前夕達最大值為止。 該過程從上一次巖梁運動結束，即圖（該過程從上一次巖梁運動結束，即圖（a）所示狀態(tài)開始，到工作面推進）所示狀態(tài)開始，到工作面推進至該巖梁處再次斷裂的前夕，即圖（至該巖梁處再次斷裂的前夕，即圖（c）中實曲線）中實曲線1所示狀態(tài)為止。所示狀態(tài)為止。Ground Pressure and Strata Control資源與環(huán)境工程學院-資源工程1系2022-3-81

19、6礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系 顯著變化的發(fā)展過程顯著變化的發(fā)展過程 從巖梁斷裂前夕從巖梁斷裂前夕,即圖（即圖（c）曲線）曲線1所示狀態(tài)開始，至基本頂巖梁運動結束，所示狀態(tài)開始，至基本頂巖梁運動結束，即圖即圖4.8（d）曲線）曲線2所示狀態(tài)為止。在此過程中，隨巖梁運動狀態(tài)的明顯改變，所示狀態(tài)為止。在此過程中，隨巖梁運動狀態(tài)的明顯改變，支承壓力分布將劇烈變化。支承壓力分布將劇烈變化。 支承壓力分布的變化主要包括：巖梁斷裂時，在斷裂部位應力集中（圖（支承壓力分布的變化主要包括：巖梁斷裂時，在斷裂部位應力集中（圖（c）中曲線中曲線2所示）；斷裂結束時，斷裂

20、線附近應力下降和迅速向兩側轉移，支承所示）；斷裂結束時，斷裂線附近應力下降和迅速向兩側轉移，支承壓力分布明顯的分為內(nèi)、外兩個應力場（如圖（壓力分布明顯的分為內(nèi)、外兩個應力場（如圖（c）中曲線）中曲線3所示）；隨工作所示）；隨工作面推進和巖梁回轉運動加速內(nèi)應力場中的壓力高峰向煤壁方向轉移以及外應面推進和巖梁回轉運動加速內(nèi)應力場中的壓力高峰向煤壁方向轉移以及外應力場中應力向縱深擴展（如圖（力場中應力向縱深擴展（如圖（d）中曲線）中曲線1所示狀態(tài)），直到巖梁觸矸壓力所示狀態(tài)），直到巖梁觸矸壓力降低到最小值即圖（降低到最小值即圖（d）中曲線）中曲線2所示狀態(tài)為止。所示狀態(tài)為止。Ground Press

21、ure and Strata Control資源與環(huán)境工程學院-資源工程1系2022-3-817礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系 4.2.2 工作面兩側支承壓力分布與上覆巖層運動間的關系工作面兩側支承壓力分布與上覆巖層運動間的關系Ground Pressure and Strata Control資源與環(huán)境工程學院-資源工程1系2022-3-818礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系 4.3 采場支承壓力分布與礦山壓力顯現(xiàn)間的關系采場支承壓力分布與礦山壓力顯現(xiàn)間的關系 從采場推進開始至基本頂各巖梁初次來壓結束期間，支承

22、壓力分布與礦山從采場推進開始至基本頂各巖梁初次來壓結束期間，支承壓力分布與礦山壓力顯現(xiàn)的變化劃分為三個階段。壓力顯現(xiàn)的變化劃分為三個階段。 vxh圖圖4.11 煤體彈性狀態(tài)下支承壓力與顯現(xiàn)分布規(guī)律煤體彈性狀態(tài)下支承壓力與顯現(xiàn)分布規(guī)律第一階段：從采場推進開始至煤壁支承改變（煤壁附近煤體進入塑性狀態(tài)）第一階段：從采場推進開始至煤壁支承改變（煤壁附近煤體進入塑性狀態(tài)）之前。之前。 超前巷道中觀測到的頂?shù)装逡平砍跋锏乐杏^測到的頂?shù)装逡平浚╤）等壓力顯現(xiàn)，其分布規(guī)律與支承）等壓力顯現(xiàn)，其分布規(guī)律與支承壓力分布規(guī)律相同，為一條高峰在煤壁處壓力分布規(guī)律相同，為一條高峰在煤壁處的單調(diào)下降曲線如圖的單調(diào)下

23、降曲線如圖4.11所示。所示。Ground Pressure and Strata Control資源與環(huán)境工程學院-資源工程1系2022-3-819礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系 第二階段：從煤壁支承能力開始改變起，到基本頂巖梁開始斷裂前為止。第二階段：從煤壁支承能力開始改變起，到基本頂巖梁開始斷裂前為止。 vx塑性區(qū)彈性區(qū)h圖圖4.12 煤體塑性破壞后支承壓力及其顯現(xiàn)分布規(guī)律煤體塑性破壞后支承壓力及其顯現(xiàn)分布規(guī)律 壓力顯現(xiàn)分布規(guī)律與壓力的分布規(guī)律不盡相同，壓力顯現(xiàn)總體上仍是一條壓力顯現(xiàn)分布規(guī)律與壓力的分布規(guī)律不盡相同，壓力顯現(xiàn)總體上仍是一條高峰在煤

24、壁處的單調(diào)下降曲線，但與壓力分布相對照可以看出：在彈性區(qū)壓高峰在煤壁處的單調(diào)下降曲線，但與壓力分布相對照可以看出：在彈性區(qū)壓力顯現(xiàn)與壓力分布相一致；在塑性區(qū)兩者分布的變化趨勢則完全相反，力顯現(xiàn)與壓力分布相一致；在塑性區(qū)兩者分布的變化趨勢則完全相反， Ground Pressure and Strata Control資源與環(huán)境工程學院-資源工程1系2022-3-820礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系 第三階段：從基本頂巖梁端部斷裂起至巖梁中部觸矸止。第三階段：從基本頂巖梁端部斷裂起至巖梁中部觸矸止。（1）巖梁斷裂時，伴隨著壓力在斷裂線附近的集中，該部位頂

25、底板移近）巖梁斷裂時，伴隨著壓力在斷裂線附近的集中，該部位頂?shù)装逡平俣葘⑼蝗辉龃?；速度將突然增大?（3）巖梁斷裂結束后，隨工作面繼續(xù)推進，內(nèi)外應力場中的壓力顯現(xiàn)將）巖梁斷裂結束后，隨工作面繼續(xù)推進，內(nèi)外應力場中的壓力顯現(xiàn)將以斷裂線為界呈背向轉移變化。以斷裂線為界呈背向轉移變化。 （2）隨巖梁斷裂擴展或顯著沉降，煤層頂?shù)装宓囊平霈F(xiàn)停滯甚至產(chǎn)生）隨巖梁斷裂擴展或顯著沉降，煤層頂?shù)装宓囊平霈F(xiàn)停滯甚至產(chǎn)生“反彈反彈”現(xiàn)象（即觀測位移值出現(xiàn)負值），相應部位支架載荷也將明顯降低；現(xiàn)象（即觀測位移值出現(xiàn)負值），相應部位支架載荷也將明顯降低；Ground Pressure and Strata Con

26、trol資源與環(huán)境工程學院-資源工程1系2022-3-821礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系 4.4 采場礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系采場礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系 4.4.1 圍巖變形、破壞與跨落圍巖變形、破壞與跨落（1）直接頂?shù)某醮慰迓洌┲苯禹數(shù)某醮慰迓鋱D圖4.13 直接頂初次垮落直接頂初次垮落 長壁工作面從開切眼開始采煤后，直接頂跨度不斷增加，其彎曲下沉也不斷長壁工作面從開切眼開始采煤后，直接頂跨度不斷增加，其彎曲下沉也不斷增加。一般在直接頂跨距達增加。一般在直接頂跨距達6m20m后，直接頂初次跨落。后，直接頂初次跨落。 當直接頂跨落高度達到

27、當直接頂跨落高度達到1m以上、以上、跨落長度達工作面長度一半以上時，跨落長度達工作面長度一半以上時，就叫做就叫做直接頂初次垮落直接頂初次垮落。直接頂初次。直接頂初次垮落時自開切眼到支架后排放頂線的垮落時自開切眼到支架后排放頂線的距離叫做距離叫做初次垮落步距初次垮落步距。 Ground Pressure and Strata Control資源與環(huán)境工程學院-資源工程1系2022-3-822礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系 （2）基本頂初次來壓）基本頂初次來壓（a）（b）圖圖4.14 基本頂初次來壓基本頂初次來壓 隨著采煤工作面的推進，隨著采煤工作面的推進

28、，基本頂基本頂就逐漸就逐漸彎曲下沉彎曲下沉，當達到，當達到極限跨距極限跨距斷裂下沉。這時斷裂下沉。這時工作面頂板下沉加快，煤壁片幫嚴重，支柱工作面頂板下沉加快，煤壁片幫嚴重，支柱受力增大，甚至發(fā)生受力增大，甚至發(fā)生頂板的臺階下沉頂板的臺階下沉。采煤。采煤工作面開采以來初次斷裂，使工作面支架承工作面開采以來初次斷裂，使工作面支架承受較大的靜載荷或沖擊載荷，這種礦山壓力受較大的靜載荷或沖擊載荷，這種礦山壓力顯現(xiàn)叫做顯現(xiàn)叫做基本頂初次來壓基本頂初次來壓，如圖，如圖4.14所示。所示?；卷敵醮蝸韷簳r，由開切眼到工作面煤壁基本頂初次來壓時，由開切眼到工作面煤壁的距離叫做基本頂?shù)牡木嚯x叫做基本頂?shù)某醮蝸?/p>

29、壓步距初次來壓步距，一般為，一般為20m50m。 如果直接頂跨落后不能填滿采空區(qū)空間，基本頂把自身及上位巖層的重如果直接頂跨落后不能填滿采空區(qū)空間，基本頂把自身及上位巖層的重量都加到工作面周圍的煤柱上。量都加到工作面周圍的煤柱上。Ground Pressure and Strata Control資源與環(huán)境工程學院-資源工程1系2022-3-823礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系 （3）基本頂周期來壓）基本頂周期來壓 基本頂初次來壓后，隨著工作面的繼續(xù)推進，基本頂初次來壓后，隨著工作面的繼續(xù)推進，基本頂呈周期性折斷下基本頂呈周期性折斷下沉沉，工作面周期性

30、出現(xiàn)頂板下沉加快、煤壁嚴重片幫、支柱受力增大以及，工作面周期性出現(xiàn)頂板下沉加快、煤壁嚴重片幫、支柱受力增大以及頂板臺階下沉等。這種由于基本頂周期性斷裂引起的礦山壓力顯現(xiàn)叫做頂板臺階下沉等。這種由于基本頂周期性斷裂引起的礦山壓力顯現(xiàn)叫做基基本頂周期來壓本頂周期來壓，如圖，如圖4.15所示。相鄰兩次基本頂周期來壓的平均距離，即所示。相鄰兩次基本頂周期來壓的平均距離，即基本頂周期折斷的平均值叫做基本頂周期折斷的平均值叫做基本頂周期來壓步距基本頂周期來壓步距。一般為基本頂初次來。一般為基本頂初次來壓步距的壓步距的1/21/4。圖圖4.15 基本頂周期來壓基本頂周期來壓Ground Pressure a

31、nd Strata Control資源與環(huán)境工程學院-資源工程1系2022-3-824礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系 4.4.2 采場支架壓力顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系采場支架壓力顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系 采場支架受力（支架載荷）是頂板運動的結果，其值取決于支架對頂板運動采場支架受力（支架載荷）是頂板運動的結果，其值取決于支架對頂板運動控制的方式和抵抗程度。控制的方式和抵抗程度。當支架對頂板的運動不加限制時當支架對頂板的運動不加限制時，其最終受力值由支架，其最終受力值由支架的力學特性和頂板最終沉降值（的力學特性和頂板最終沉降值（hA）決定；相反，）決

32、定；相反，當支架對頂板運動進行限制當支架對頂板運動進行限制時時，其受力的大小取決于對巖梁位態(tài)的控制程度。，其受力的大小取決于對巖梁位態(tài)的控制程度。 對于增阻支架來說，對于增阻支架來說，在采場工作過程中，在采場工作過程中，可以用圖可以用圖4.16的支架的支架模型表示。模型表示。 圖圖4.16支架模型及其工作狀況支架模型及其工作狀況 Ground Pressure and Strata Control資源與環(huán)境工程學院-資源工程1系2022-3-825礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系 0TRRE (4.8)支架的壓縮量可由下式表示：)(fdTih (4.9)

33、 Ground Pressure and Strata Control資源與環(huán)境工程學院-資源工程1系2022-3-826礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系 （1）“給定變形給定變形”狀態(tài)下支架的壓力顯現(xiàn)規(guī)律狀態(tài)下支架的壓力顯現(xiàn)規(guī)律增阻支架增阻支架 采用始動阻力為零的增阻支架，例如不發(fā)生破頂鉆底等情況，其縮量由頂板采用始動阻力為零的增阻支架，例如不發(fā)生破頂鉆底等情況，其縮量由頂板下沉量下沉量hi決定，即決定，即=hi。根據(jù)式（。根據(jù)式（4.8）和（）和（4.9），支架受力值），支架受力值RT：iAKiTLSLEhER支架上的壓力大小與采場頂板下沉量支架上的

34、壓力大小與采場頂板下沉量hi成正比，與巖梁的懸跨度成正比，與巖梁的懸跨度Li成反比。成反比。 Ground Pressure and Strata Control資源與環(huán)境工程學院-資源工程1系2022-3-827礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系 minminmaxRhELSLERAKT (4.12) minRHERAT (4.13) Ground Pressure and Strata Control資源與環(huán)境工程學院-資源工程1系2022-3-828礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系 在在“給定變形給定變形”條件

35、下工作的增阻支架，在采場推進過程中，其壓力顯現(xiàn)條件下工作的增阻支架，在采場推進過程中，其壓力顯現(xiàn)規(guī)律與采場頂板下沉量的變化規(guī)律相同，如圖規(guī)律與采場頂板下沉量的變化規(guī)律相同，如圖4.17所示。所示。b0a0bababaRhS0支架阻力頂板下沉量推進步距R0h0圖圖4.17 “給定變形給定變形”條件下增阻支架壓力顯現(xiàn)規(guī)律條件下增阻支架壓力顯現(xiàn)規(guī)律Ground Pressure and Strata Control資源與環(huán)境工程學院-資源工程1系2022-3-829礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系 恒阻支架恒阻支架R0推進步距頂板下沉量支架阻力0SRababa

36、bb0R0a0h0h圖圖4.18 “給定變形給定變形”條件下恒阻支架壓力顯現(xiàn)規(guī)律條件下恒阻支架壓力顯現(xiàn)規(guī)律Ground Pressure and Strata Control資源與環(huán)境工程學院-資源工程1系2022-3-830礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系 （2）“限定變形限定變形”狀態(tài)下支架的壓力顯現(xiàn)規(guī)律狀態(tài)下支架的壓力顯現(xiàn)規(guī)律Ground Pressure and Strata Control資源與環(huán)境工程學院-資源工程1系2022-3-831礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系 增阻支架增阻支架增阻支架在增阻支

37、架在“限定變形限定變形”狀態(tài)下工作時，其受力大小完全由采場頂板下沉量決狀態(tài)下工作時，其受力大小完全由采場頂板下沉量決定。定。 h頂板下沉量abababah2121hRr2Rr1推進步距R支架阻力hr1hr20圖圖4.19“限定變形限定變形”條件下增阻支架壓力顯現(xiàn)規(guī)律條件下增阻支架壓力顯現(xiàn)規(guī)律Ground Pressure and Strata Control資源與環(huán)境工程學院-資源工程1系2022-3-832礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系 恒阻支架恒阻支架圖圖4.20 “限定變形限定變形”條件下恒阻支架壓力顯現(xiàn)規(guī)律條件下恒阻支架壓力顯現(xiàn)規(guī)律0ababa

38、bahRR a h頂 板 下 沉 量支 架 阻 力推 進 步 距abababah2h10R2R1R支 架 阻 力推 進 步 距 h頂 板 下 沉 量（b）（a）Ground Pressure and Strata Control資源與環(huán)境工程學院-資源工程1系2022-3-833礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系 （3）不同類型頂板條件下支架壓力顯現(xiàn)特征）不同類型頂板條件下支架壓力顯現(xiàn)特征 對于對于強度高、厚度大的頂板強度高、厚度大的頂板，有可能發(fā)生整體跨落。在頂板跨落前，巖層，有可能發(fā)生整體跨落。在頂板跨落前，巖層大面積懸露，且無明顯沉降，則支架上顯現(xiàn)的

39、壓力將會很小，一旦切落，支大面積懸露，且無明顯沉降，則支架上顯現(xiàn)的壓力將會很小，一旦切落，支架受力將迅速上升，甚至會切垮工作面。對于強度高的基本頂板巖梁，當其架受力將迅速上升，甚至會切垮工作面。對于強度高的基本頂板巖梁，當其下部直接頂跨落，不足以充填采空區(qū)時，由于巖梁顯著沉降的空間較大，則下部直接頂跨落，不足以充填采空區(qū)時，由于巖梁顯著沉降的空間較大，則在來壓時刻，往往伴有動壓沖擊，支架受力會明顯上升。在來壓時刻，往往伴有動壓沖擊，支架受力會明顯上升。 對于對于強度低的軟巖頂板強度低的軟巖頂板，巖梁的自穩(wěn)性能低，當下部巖梁沉降時，上部，巖梁的自穩(wěn)性能低，當下部巖梁沉降時，上部巖梁會在不太長的時

40、間內(nèi)追隨下部巖梁的沉降。因此，采場頂板下沉量即基巖梁會在不太長的時間內(nèi)追隨下部巖梁的沉降。因此，采場頂板下沉量即基本頂?shù)暮穸染S時間增加而增加，致使在采場推進過程中，支架受力一直十本頂?shù)暮穸染S時間增加而增加，致使在采場推進過程中，支架受力一直十分明顯。分明顯。 Ground Pressure and Strata Control資源與環(huán)境工程學院-資源工程1系2022-3-834礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系 7#6# 5# 4# 3# 2#1#頂?shù)装逡平俣?v1234567相對穩(wěn)定裂隙完成顯著運動覆巖運動（壓實矸石）7#6# 5# 4# 3# 2

41、# 1#頂?shù)装逡平俣?v1234567相對穩(wěn)定裂隙完成顯著運動覆巖運動（壓實矸石）圖圖4.21 側向支承壓力顯現(xiàn)規(guī)律側向支承壓力顯現(xiàn)規(guī)律1、2、3、7分別為對應動態(tài)儀的動態(tài)曲線分別為對應動態(tài)儀的動態(tài)曲線4.5 采場支承壓力分布監(jiān)測方法采場支承壓力分布監(jiān)測方法Ground Pressure and Strata Control資源與環(huán)境工程學院-資源工程1系2022-3-835礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系 支承壓力現(xiàn)場測定主要是確定其分布特征，如分布范圍、高峰位置、低應支承壓力現(xiàn)場測定主要是確定其分布特征，如分布范圍、高峰位置、低應力區(qū)范圍等重要的特

42、征參數(shù)力區(qū)范圍等重要的特征參數(shù) （1）鉆孔液壓枕法）鉆孔液壓枕法 該方法是利用鉆孔液壓枕該方法是利用鉆孔液壓枕（油枕應力計）測量煤體的相（油枕應力計）測量煤體的相對應力變化。采用鉆孔測力計對應力變化。采用鉆孔測力計測定支承壓力分布特征的關鍵測定支承壓力分布特征的關鍵是測力計的預緊，否則只能給是測力計的預緊，否則只能給出很低的壓力變化或根本測不出很低的壓力變化或根本測不出壓力。測力計的預緊一般通出壓力。測力計的預緊一般通過楔體結構實現(xiàn)，過楔體結構實現(xiàn)， Ground Pressure and Strata Control資源與環(huán)境工程學院-資源工程1系2022-3-836礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層

43、運動間的關系礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系 油枕應力計的測點布置：在開采前，從距切眼油枕應力計的測點布置：在開采前，從距切眼50m100m開始，每開始，每隔隔10m20m由兩順槽巷道向煤體鉆水平孔?？咨钜话阌蓛身槻巯锏老蛎后w鉆水平孔?？咨钜话?m10m。每個。每個觀測階段每側巷道內(nèi)的鉆孔數(shù)不應少于觀測階段每側巷道內(nèi)的鉆孔數(shù)不應少于3個個5個。鉆孔的方向也可根據(jù)個。鉆孔的方向也可根據(jù)觀測需要確定。觀測需要確定。Ground Pressure and Strata Control資源與環(huán)境工程學院-資源工程1系2022-3-837礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運

44、動間的關系 （2）鉆屑法）鉆屑法 根據(jù)鉆孔過程中單位孔深排出煤屑的重量、體積和粒度組成等來判根據(jù)鉆孔過程中單位孔深排出煤屑的重量、體積和粒度組成等來判斷采煤工作面煤體應力是一種簡便方法。排出煤屑的狀況，一方面與鉆孔斷采煤工作面煤體應力是一種簡便方法。排出煤屑的狀況，一方面與鉆孔的幾何尺寸有關，另一方面與煤體內(nèi)應力狀況有關，在應力作用下鉆孔發(fā)的幾何尺寸有關，另一方面與煤體內(nèi)應力狀況有關，在應力作用下鉆孔發(fā)生收縮變形，使鉆孔的煤屑量和粒度組成發(fā)生改變。生收縮變形，使鉆孔的煤屑量和粒度組成發(fā)生改變。 用手持式電鉆垂直煤壁打眼，鉆孔深用手持式電鉆垂直煤壁打眼，鉆孔深5m8m，在鉆孔過程中，收集鉆，在鉆

45、孔過程中，收集鉆出的煤屑，每鉆進一米測量一次煤屑重量和體積及用出的煤屑，每鉆進一米測量一次煤屑重量和體積及用3mm篩子測粒度組成。篩子測粒度組成。Ground Pressure and Strata Control資源與環(huán)境工程學院-資源工程1系2022-3-838礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系 阜新礦院在撫順煤礦測得結果如圖所示，圖中鉆孔排出的煤屑重量與煤阜新礦院在撫順煤礦測得結果如圖所示，圖中鉆孔排出的煤屑重量與煤壁內(nèi)應力增高有明顯變化關系。同時，鉆孔排出的煤屑體積和煤屑粒度大于壁內(nèi)應力增高有明顯變化關系。同時，鉆孔排出的煤屑體積和煤屑粒度大于3m

46、m組成百分數(shù)也有相同的變化規(guī)律。組成百分數(shù)也有相同的變化規(guī)律。煤屑重量與鉆孔深度得實測曲線煤屑重量與鉆孔深度得實測曲線 Ground Pressure and Strata Control資源與環(huán)境工程學院-資源工程1系2022-3-839礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系 （3）鉆孔鋼弦測力計法）鉆孔鋼弦測力計法鋼弦式測力計結構鋼弦式測力計結構 1支撐；支撐；2，6導軌；導軌；3楔塊；楔塊； 4金屬彈性筒；金屬彈性筒；5振弦；單位振弦；單位mm 鉆孔鋼弦測鉆孔鋼弦測力計方法同鉆孔力計方法同鉆孔液壓枕監(jiān)測支承液壓枕監(jiān)測支承壓力分布特征的壓力分布特征的原理相

47、同，主要原理相同，主要差異在于傳感原差異在于傳感原理不同。理不同。 Ground Pressure and Strata Control資源與環(huán)境工程學院-資源工程1系2022-3-840礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系 （4）超前巷道位移法）超前巷道位移法 支承壓力的存在是絕對的。支承壓力顯現(xiàn)是支承壓力的作用結果，其形支承壓力的存在是絕對的。支承壓力顯現(xiàn)是支承壓力的作用結果，其形式和程度是相對的。只有當煤體進入塑料破壞狀態(tài)后才會發(fā)生明顯的顯現(xiàn)，式和程度是相對的。只有當煤體進入塑料破壞狀態(tài)后才會發(fā)生明顯的顯現(xiàn)，支承壓力顯示的基本規(guī)律如圖支承壓力顯示的基本

48、規(guī)律如圖4.27所示。所示。 煤壁不出現(xiàn)非彈性區(qū)煤壁不出現(xiàn)非彈性區(qū)，壓力分布，壓力分布呈高峰在煤壁的負指數(shù)曲線，相應的呈高峰在煤壁的負指數(shù)曲線，相應的支承壓力顯現(xiàn)按同樣的趨勢分布，支支承壓力顯現(xiàn)按同樣的趨勢分布，支承壓力與顯現(xiàn)成正比關系；承壓力與顯現(xiàn)成正比關系；煤壁出現(xiàn)煤壁出現(xiàn)非彈性區(qū)后非彈性區(qū)后，顯現(xiàn)與壓力的分布規(guī)律，顯現(xiàn)與壓力的分布規(guī)律不盡相同，顯現(xiàn)仍是一條高峰在煤壁不盡相同，顯現(xiàn)仍是一條高峰在煤壁單調(diào)下降曲線，彈性區(qū)內(nèi)顯現(xiàn)與壓力單調(diào)下降曲線，彈性區(qū)內(nèi)顯現(xiàn)與壓力成對應關系，非彈性區(qū)，顯現(xiàn)與壓力成對應關系，非彈性區(qū)，顯現(xiàn)與壓力變化趨勢相反。變化趨勢相反。Ground Pressure and Strata Control資源與環(huán)境工程學院-資源工程1系2022-3-841礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系礦壓、礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運動間的關系 測區(qū)布置與監(jiān)測方法測區(qū)布置與監(jiān)測方法 超前巷道位移監(jiān)測支承壓力分布特征，在超前巷道位移監(jiān)測支承壓力分布特征，在采場前方布置儀器采場前方布置儀器觀觀測位移信息的變化過程，實現(xiàn)支承壓力顯現(xiàn)分布特征的測定。測位移信息的變化過程，實現(xiàn)支承壓力顯現(xiàn)分布特征的測定。 也可在支承壓