采場(chǎng)礦山壓力顯現(xiàn)基本規(guī)律1

1、第四章第四章 采場(chǎng)礦山壓力顯現(xiàn)采場(chǎng)礦山壓力顯現(xiàn)基本規(guī)律基本規(guī)律第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述1、頂板下沉：、頂板下沉：一般指頂?shù)装逑鄬?duì)移近量。常以一般指頂?shù)装逑鄬?duì)移近量。常以每米采高、每米推進(jìn)度下沉量（每米采高、每米推進(jìn)度下沉量（S/LM）作為衡量）作為衡量頂板狀態(tài)的一個(gè)指標(biāo)。頂板狀態(tài)的一個(gè)指標(biāo)。2、頂板下沉速度：、頂板下沉速度：指單位時(shí)間內(nèi)的頂?shù)装逡平竼挝粫r(shí)間內(nèi)的頂?shù)装逡平?。它表示頂板活?dòng)的劇烈程度。量。它表示頂板活動(dòng)的劇烈程度。3、支柱變形與折損、支柱變形與折損4、頂板破碎情況：、頂板破碎情況： 常以單位面積中冒落面積所常以單位面積中冒落面積所占的百分比來(lái)表示頂板破碎情況，常用來(lái)衡量頂板占的

2、百分比來(lái)表示頂板破碎情況，常用來(lái)衡量頂板管理好壞的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)之一。管理好壞的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)之一。5、局部冒頂、局部冒頂6、大面積冒頂：、大面積冒頂：切落、推垮。切落、推垮。其它礦山壓力現(xiàn)象：其它礦山壓力現(xiàn)象：煤壁片幫、支柱鉆底、底鼓等。煤壁片幫、支柱鉆底、底鼓等?；夭晒ぷ骺臻g是一個(gè)小結(jié)構(gòu)，它處于覆巖大結(jié)構(gòu)之中?；夭晒ぷ骺臻g是一個(gè)小結(jié)構(gòu)，它處于覆巖大結(jié)構(gòu)之中?！按蠼Y(jié)構(gòu)大結(jié)構(gòu)”的變形、失穩(wěn)將直接影響到小結(jié)構(gòu)的狀態(tài)，的變形、失穩(wěn)將直接影響到小結(jié)構(gòu)的狀態(tài)，同時(shí)同時(shí)“大結(jié)構(gòu)大結(jié)構(gòu)”周圍的支承壓力分布情況也將直接影周圍的支承壓力分布情況也將直接影響到煤壁及底板巖層的穩(wěn)定性。響到煤壁及底板巖層的穩(wěn)定性。第二節(jié)第二節(jié)

3、 老頂?shù)某醮蝸?lái)壓老頂?shù)某醮蝸?lái)壓老頂?shù)某醮蝸?lái)壓：老頂?shù)某醮蝸?lái)壓：老頂懸露達(dá)到極限垮距時(shí)，將斷老頂懸露達(dá)到極限垮距時(shí)，將斷裂形成三鉸拱式的結(jié)構(gòu)，同時(shí)破斷巖塊回轉(zhuǎn)失穩(wěn)（變裂形成三鉸拱式的結(jié)構(gòu)，同時(shí)破斷巖塊回轉(zhuǎn)失穩(wěn)（變形失穩(wěn)），有時(shí)可能伴隨滑落失穩(wěn)（頂板臺(tái)階下沉），形失穩(wěn)），有時(shí)可能伴隨滑落失穩(wěn)（頂板臺(tái)階下沉），從而導(dǎo)致工作面頂板急劇下沉、支架受力普遍加大、從而導(dǎo)致工作面頂板急劇下沉、支架受力普遍加大、煤壁片幫等現(xiàn)象的發(fā)生。煤壁片幫等現(xiàn)象的發(fā)生。只有當(dāng)老頂巖塊在采空區(qū)觸矸形成反力后，其回轉(zhuǎn)下沉才只有當(dāng)老頂巖塊在采空區(qū)觸矸形成反力后，其回轉(zhuǎn)下沉才會(huì)緩和和停止。為了不使老頂沿工作面切落，支架工作阻會(huì)緩和和

4、停止。為了不使老頂沿工作面切落，支架工作阻力應(yīng)等于力應(yīng)等于Q1與與Q2之和。之和。老頂初次來(lái)壓的力學(xué)模型老頂初次來(lái)壓的力學(xué)模型由于支架反力（支撐力）由于支架反力（支撐力）P形成的反力矩難以平衡形成的反力矩難以平衡由老頂初次來(lái)壓載荷由老頂初次來(lái)壓載荷Q2所所形成的力矩，因而老頂巖形成的力矩，因而老頂巖塊的回轉(zhuǎn)在一定程度上是塊的回轉(zhuǎn)在一定程度上是不可避免的，工作面頂板不可避免的，工作面頂板必然隨之發(fā)生下沉。必然隨之發(fā)生下沉。 老頂初次來(lái)壓前軒周圍巖的支承壓力分布狀態(tài)老頂初次來(lái)壓前軒周圍巖的支承壓力分布狀態(tài)幾個(gè)有益的結(jié)論幾個(gè)有益的結(jié)論老頂?shù)某醮蝸?lái)壓步距：老頂?shù)某醮蝸?lái)壓步距：與老頂初次斷裂步距相當(dāng)。與

5、老頂初次斷裂步距相當(dāng)。動(dòng)載系數(shù)：動(dòng)載系數(shù)：支架來(lái)壓時(shí)載荷與平時(shí)載荷之比。支架來(lái)壓時(shí)載荷與平時(shí)載荷之比。老頂初次步距越大，工作面來(lái)壓顯現(xiàn)越劇烈，相應(yīng)的動(dòng)老頂初次步距越大，工作面來(lái)壓顯現(xiàn)越劇烈，相應(yīng)的動(dòng)載系數(shù)也越大。載系數(shù)也越大。老頂初次來(lái)壓步距是老頂巖層分類的主要依據(jù)。我國(guó)初老頂初次來(lái)壓步距是老頂巖層分類的主要依據(jù)。我國(guó)初次來(lái)壓步距次來(lái)壓步距1030m占占54，3055m占占37.5。一、回采工作面推進(jìn)對(duì)一、回采工作面推進(jìn)對(duì)“砌體梁砌體梁”結(jié)構(gòu)的影響結(jié)構(gòu)的影響第三節(jié)第三節(jié) 老頂?shù)闹芷趤?lái)壓老頂?shù)闹芷趤?lái)壓A巖塊的受力分析巖塊的受力分析隨著回采工作面的推進(jìn)隨著回采工作面的推進(jìn),上覆巖層的結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了上覆

6、巖層的結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了“穩(wěn)定失穩(wěn)定失穩(wěn)再穩(wěn)定穩(wěn)再穩(wěn)定”的過(guò)程，這種變化將呈現(xiàn)周而復(fù)始的過(guò)程。的過(guò)程，這種變化將呈現(xiàn)周而復(fù)始的過(guò)程。由于由于A巖塊的回轉(zhuǎn)，必然導(dǎo)致工作面頂板的不斷下沉。從巖塊的回轉(zhuǎn)，必然導(dǎo)致工作面頂板的不斷下沉。從管理頂板出發(fā)，支架性能必須與之相適應(yīng)。管理頂板出發(fā)，支架性能必須與之相適應(yīng)。支架應(yīng)具備：支架應(yīng)具備： 一定的可縮量一定的可縮量; 一定的工作阻力：一定的工作阻力：PQABTtg(-)。對(duì)于冒落帶巖層，對(duì)于冒落帶巖層，T0，PQA+B,即支柱阻力能承受控頂即支柱阻力能承受控頂區(qū)全部巖層重量。區(qū)全部巖層重量。二、老頂?shù)闹芷趤?lái)壓二、老頂?shù)闹芷趤?lái)壓老頂巖層的周期性破斷致使老頂巖層的周

7、期性破斷致使“砌體梁砌體梁”結(jié)構(gòu)的周期性結(jié)構(gòu)的周期性失穩(wěn)而引起的頂板來(lái)壓周期性出現(xiàn)的現(xiàn)象稱為老頂周失穩(wěn)而引起的頂板來(lái)壓周期性出現(xiàn)的現(xiàn)象稱為老頂周期來(lái)壓。期來(lái)壓。周期來(lái)壓的主要表現(xiàn)形式：頂板下沉速度急劇增加；周期來(lái)壓的主要表現(xiàn)形式：頂板下沉速度急劇增加；頂板的下沉量變大；支柱載荷普遍增加；煤壁片幫、頂板的下沉量變大；支柱載荷普遍增加；煤壁片幫、頂板臺(tái)階下沉、支柱折損，甚至工作面冒頂。頂板臺(tái)階下沉、支柱折損，甚至工作面冒頂。老頂?shù)闹芷趤?lái)壓步距可近似按老頂?shù)膽冶哿赫蹟鄟?lái)確定。老頂?shù)闹芷趤?lái)壓步距可近似按老頂?shù)膽冶哿赫蹟鄟?lái)確定。老頂?shù)闹芷趤?lái)壓步距相當(dāng)于初次來(lái)壓步距的老頂?shù)闹芷趤?lái)壓步距相當(dāng)于初次來(lái)壓步距的

8、1/2 1/2.5。三、老頂?shù)闹芷趤?lái)壓步距三、老頂?shù)闹芷趤?lái)壓步距)tan(1TQPBA四、老頂來(lái)壓期間的頂板控制四、老頂來(lái)壓期間的頂板控制老頂?shù)淖饔昧Χ际峭ㄟ^(guò)直接頂而作用于支架上，同樣，老頂?shù)淖饔昧Χ际峭ㄟ^(guò)直接頂而作用于支架上，同樣，支架的支撐力也是通過(guò)直接頂而對(duì)老頂進(jìn)行控制。因此，支架的支撐力也是通過(guò)直接頂而對(duì)老頂進(jìn)行控制。因此，保證直接頂?shù)耐暾詫?duì)老頂?shù)目刂朴惺种匾囊饬x。保證直接頂?shù)耐暾詫?duì)老頂?shù)目刂朴惺种匾囊饬x。此外，來(lái)壓大小與直接頂在采空區(qū)冒落矸石充滿采空區(qū)此外，來(lái)壓大小與直接頂在采空區(qū)冒落矸石充滿采空區(qū)的程度直接相關(guān)。采空區(qū)冒落愈嚴(yán)實(shí)，老頂對(duì)工作面影的程度直接相關(guān)。采空區(qū)冒落

9、愈嚴(yán)實(shí)，老頂對(duì)工作面影響愈??；反之，則越大。響愈?。环粗?，則越大。堅(jiān)硬厚巖層較多時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)復(fù)合破斷問(wèn)題。堅(jiān)硬厚巖層較多時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)復(fù)合破斷問(wèn)題。預(yù)防老頂來(lái)壓造成事故的措施：預(yù)防老頂來(lái)壓造成事故的措施：來(lái)壓的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)；來(lái)壓的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)；加強(qiáng)支護(hù)；加強(qiáng)支護(hù)；工作面與開切眼斜交，工作面與開切眼斜交，使老頂懸板呈梯形，讓使老頂懸板呈梯形，讓工作面呈局部來(lái)壓。工作面呈局部來(lái)壓。梯形懸露頂板的破斷形狀梯形懸露頂板的破斷形狀第四節(jié)第四節(jié) 頂板壓力的估算頂板壓力的估算支架受力包括兩部分：支架受力包括兩部分：直接頂?shù)妮d荷直接頂?shù)妮d荷Q1；老頂通過(guò)直接頂作用于老頂通過(guò)直接頂作用于支架的載荷支架的載荷Q2。圖圖

10、4-11 4-11 回采工作面的頂板壓力回采工作面的頂板壓力一、經(jīng)驗(yàn)估算法一、經(jīng)驗(yàn)估算法直接頂載荷直接頂載荷Q1為：為：11hLQ 老頂載荷老頂載荷Q2采用直接頂載荷的倍數(shù)估算，則有：采用直接頂載荷的倍數(shù)估算，則有：MKMhnqqp841221 頂板壓力的一般估算公式為：頂板壓力的一般估算公式為：PQ1Q2 從老頂結(jié)構(gòu)的滑落失穩(wěn)估算頂板壓力：從老頂結(jié)構(gòu)的滑落失穩(wěn)估算頂板壓力：iEihhKP00二、從老頂形成結(jié)構(gòu)的平衡關(guān)系估算二、從老頂形成結(jié)構(gòu)的平衡關(guān)系估算 由老頂結(jié)構(gòu)的變形失穩(wěn)估算頂板壓力，基于老頂?shù)奈灰朴衫享斀Y(jié)構(gòu)的變形失穩(wěn)估算頂板壓力，基于老頂?shù)奈灰屏苛縇與對(duì)支架形成的載荷與對(duì)支架形成的載荷

11、P呈雙曲線關(guān)系，提出呈雙曲線關(guān)系，提出P L常數(shù)，為此，老頂對(duì)支架作用載荷為：常數(shù)，為此，老頂對(duì)支架作用載荷為：)tan()(200HQLQFiiBA只考慮直接頂?shù)男螤钆c載荷，引入了支架與圍巖相只考慮直接頂?shù)男螤钆c載荷，引入了支架與圍巖相互平衡而產(chǎn)生的附加力的概念。互平衡而產(chǎn)生的附加力的概念。三、威爾遜估算法三、威爾遜估算法rQlQPlQQPP3131適用條件：適用條件：我國(guó)華北的大部分礦區(qū)可用經(jīng)驗(yàn)估算法，即我國(guó)華北的大部分礦區(qū)可用經(jīng)驗(yàn)估算法，即4 48 8倍采高倍采高的巖柱重量。的巖柱重量。對(duì)于一些工作面頂板下沉過(guò)大的情況下，可采用控制老對(duì)于一些工作面頂板下沉過(guò)大的情況下，可采用控制老頂變形

12、失穩(wěn)的估算法。頂變形失穩(wěn)的估算法。對(duì)于堅(jiān)硬頂板或經(jīng)常發(fā)生切頂或臺(tái)階下沉的地區(qū)，則用對(duì)于堅(jiān)硬頂板或經(jīng)常發(fā)生切頂或臺(tái)階下沉的地區(qū)，則用控制老頂滑落失穩(wěn)方法估算?？刂评享敾涫Х€(wěn)方法估算。第五節(jié)工作面前后支承壓力的分布第五節(jié)工作面前后支承壓力的分布 第六節(jié)影響采場(chǎng)礦壓顯現(xiàn)的因素第六節(jié)影響采場(chǎng)礦壓顯現(xiàn)的因素一、采高與控頂距一、采高與控頂距采高是影響上覆巖層破壞狀況的最重要因素之一。采高越采高是影響上覆巖層破壞狀況的最重要因素之一。采高越大，采出空間越大，必然導(dǎo)致采場(chǎng)上覆巖層破壞嚴(yán)重。大，采出空間越大，必然導(dǎo)致采場(chǎng)上覆巖層破壞嚴(yán)重。工作面開采后上覆巖層的下沉曲線按負(fù)指數(shù)函數(shù)變化。工工作面開采后上覆巖層的

13、下沉曲線按負(fù)指數(shù)函數(shù)變化。工作面支架的支撐力一般不能改變此曲線的性質(zhì)。作面支架的支撐力一般不能改變此曲線的性質(zhì)。因此，采場(chǎng)支護(hù)的因此，采場(chǎng)支護(hù)的“小結(jié)構(gòu)小結(jié)構(gòu)”必須與覆巖形成的必須與覆巖形成的“大結(jié)構(gòu)大結(jié)構(gòu)”相適應(yīng)。相適應(yīng)。圖圖4-16 上覆巖層移動(dòng)與工作面空間頂上覆巖層移動(dòng)與工作面空間頂板下沉的關(guān)系板下沉的關(guān)系mLmLLKKKsOPOPL11二、工作面推進(jìn)速度的影響二、工作面推進(jìn)速度的影響三、開采深度的影響三、開采深度的影響開采深度對(duì)巷道礦壓、沖擊地壓影響顯著。隨著深度的增開采深度對(duì)巷道礦壓、沖擊地壓影響顯著。隨著深度的增加，巷道圍巖的加，巷道圍巖的“擠、壓、鼓擠、壓、鼓”現(xiàn)象將更為嚴(yán)重。隨

14、采深現(xiàn)象將更為嚴(yán)重。隨采深增大，沖擊礦壓的次數(shù)與強(qiáng)度都將明顯增加。增大，沖擊礦壓的次數(shù)與強(qiáng)度都將明顯增加。但采深增大對(duì)采場(chǎng)礦壓顯現(xiàn)影響并不顯著，只是煤壁片幫但采深增大對(duì)采場(chǎng)礦壓顯現(xiàn)影響并不顯著，只是煤壁片幫現(xiàn)象將加劇。這是由于老頂巖層形成的現(xiàn)象將加劇。這是由于老頂巖層形成的“ 砌體梁砌體梁 ”大結(jié)大結(jié)構(gòu)對(duì)采場(chǎng)支護(hù)構(gòu)對(duì)采場(chǎng)支護(hù)“小結(jié)構(gòu)小結(jié)構(gòu)”起到了保護(hù)作用。采深對(duì)起到了保護(hù)作用。采深對(duì)“砌體砌體梁梁”結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性影響不大。結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性影響不大。四、煤層傾角的影響四、煤層傾角的影響圖圖4-23 采空區(qū)冒落矸石滑移及其造成的后果采空區(qū)冒落矸石滑移及其造成的后果工作面沿傾斜方向向下推進(jìn)時(shí)（俯采工作面）工作面沿傾斜方向向下推進(jìn)時(shí)（俯采工作面） 圖圖4-24 沿傾斜方向開采時(shí)巖塊的咬合關(guān)系沿傾斜方向開采時(shí)巖塊的咬合關(guān)系aaaRTQ)tan(沿傾斜方向向上推進(jìn)時(shí)（仰采工作面）沿傾斜方向向上推進(jìn)時(shí)（仰采工作面）沿走向方向推進(jìn)時(shí)沿走向方向推進(jìn)時(shí)因此，在同樣的