礦山壓力課件第四章

第四章采場(chǎng)礦山壓力顯現(xiàn)基本規(guī)律

《礦山壓力與巖層控制》第四章采場(chǎng)礦山壓力顯現(xiàn)基本規(guī)律第一節(jié)概述第二節(jié)老頂?shù)某醮蝸韷旱谌?jié)老頂?shù)闹芷趤韷旱谒墓?jié)頂板壓力的估算第五節(jié)回采工作面前后支承壓力分布第六節(jié)影響采場(chǎng)礦山壓力顯現(xiàn)的主要因素第一節(jié)概述回采工作面常見的礦山壓力現(xiàn)象：一、頂板下沉一般指頂?shù)装逑鄬?duì)移近量。

常以每米采高、每米推進(jìn)度下沉量（S/L·M）作為衡量頂板狀態(tài)的一個(gè)指標(biāo)。

指單位時(shí)間內(nèi)的頂?shù)装逡平?。它表示頂板活?dòng)的劇烈程度。二、頂板下沉速度三、支柱變形與折損四、頂板破碎情況

常以單位面積中冒落面積所占的百分比來表示頂板破碎情況，常用來衡量頂板管理好壞的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)之一。五、局部冒頂六、大面積冒頂

其它礦山壓力現(xiàn)象：煤壁片幫、支柱鉆底、底鼓等。

回采工作空間是一個(gè)小結(jié)構(gòu)，它處于覆巖大結(jié)構(gòu)之中?！按蠼Y(jié)構(gòu)”的變形、失穩(wěn)將直接影響到小結(jié)構(gòu)的狀態(tài)，同時(shí)“大結(jié)構(gòu)”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。第二節(jié)老頂?shù)某醮蝸韷豪享數(shù)某醮蝸韷海?/p>

圖4－1老頂斷裂成巖塊后的轉(zhuǎn)動(dòng)

老頂巖層初次破斷后，老頂破斷巖塊回轉(zhuǎn)下沉引起工作面頂板急劇下沉、支架受力普遍加大、煤壁片幫的現(xiàn)象。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，支架工作阻力應(yīng)等于Q1與Q2之和。

圖4－2老頂初次來壓的力學(xué)模型由于支架反力（支撐力）P形成的反力矩難以平衡由老頂初次來壓載荷Q2所形成的力矩，因而老頂巖塊的回轉(zhuǎn)在一定程度上是不可避免的，工作面頂板必然隨之發(fā)生下沉。只有當(dāng)老頂巖圖4－3老頂巖塊滑落失穩(wěn)實(shí)例老頂?shù)某醮蝸韷翰骄啵号c老頂初次斷裂步距相當(dāng)動(dòng)載（動(dòng)壓）系數(shù)：支架來壓時(shí)載荷與平時(shí)載荷之比。

老頂初次來壓步距越大，工作面來壓顯現(xiàn)越劇烈，相應(yīng)的動(dòng)載系數(shù)也越大。如大同礦務(wù)局堅(jiān)硬頂板條件下，動(dòng)載系數(shù)達(dá)到3以上。

老頂初次來壓步距是老頂巖層分類的主要依據(jù)。我國初次來壓步距10～30m占54％，30～55m占37.5％。

老頂初次來壓后，隨著回采工作面的推進(jìn)，老頂巖層將發(fā)生周期性破斷，老頂破斷巖塊形成的“砌體梁”結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性將隨之發(fā)生周期性變化.一、回采工作面推進(jìn)對(duì)“砌體梁”結(jié)構(gòu)的影響第三節(jié)老頂?shù)闹芷趤韷?/p>

圖4-4回采工作面推進(jìn)中巖體結(jié)構(gòu)的變化過程圖4-5A巖塊的受力分析

隨著回采工作面的推進(jìn),上覆巖層的結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了“穩(wěn)定－失穩(wěn)－再穩(wěn)定”的過程，這種變化將呈現(xiàn)周而復(fù)始的過程。 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:①一定的可縮量;②一定的工作阻力：

P＝QA＋B－T·tg(ψ-θ)

對(duì)于冒落帶巖層，T＝0，P＝QA+B,即支柱阻力能承受控頂區(qū)全部巖層重量。二、老頂?shù)闹芷趤韷?/p>

老頂巖層的周期性破斷而引起“砌體梁”結(jié)構(gòu)的周期性失穩(wěn)而引起的頂板來壓現(xiàn)象稱為采場(chǎng)周期來壓。周期來壓的主要表現(xiàn)形式是：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；有時(shí)還可能引起煤壁片幫、頂板臺(tái)階下沉、支柱折損，甚至工作面冒頂事故。

根據(jù)材料力學(xué)：與老頂初次斷裂時(shí)的極限跨距相比：兩端固支兩端簡(jiǎn)支老頂?shù)闹芷趤韷翰骄嘞喈?dāng)于初次來壓步距的1/2~1/2.5。老頂周期來壓步距可近似按老頂懸臂梁折斷來確定三、老頂?shù)闹芷趤韷翰骄嗨?、老頂來壓期間的頂板控制

老頂?shù)淖饔昧Χ际峭ㄟ^直接頂而作用于支架上，同樣，支架的支撐力也是通過直接頂而對(duì)老頂進(jìn)行控制。老頂來壓期間。由于煤壁前方強(qiáng)大的支承壓力，使得直接頂在煤壁前方形成剪切破斷而形成預(yù)生裂隙和直接頂?shù)钠扑?，不利于直接頂?shù)墓芾怼?此外，來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)工作面影響愈??；反之，則越大。

工作面垮頂現(xiàn)象圖4-6永定莊礦8411面垮頂現(xiàn)象第四節(jié)頂板壓力的估算一、估算法1.經(jīng)驗(yàn)估算法支架受力包括兩部分：直接頂?shù)妮d荷Q1；老頂通過直接頂作用于支架的載荷Q2。

圖4-7回采工作面的頂板壓力一、老頂初次破斷前后支承壓力分布第五節(jié)回采工作面前后支承壓力的分布

在老頂初次來壓前，回采工作面四周煤壁上所承受的支承壓力將隨老頂跨距加大而增加，初次破斷前達(dá)最大值，一旦破斷，支承壓力將有所降低。 二、回采工作面前后支承壓力分布上覆巖層的結(jié)構(gòu)為半拱式結(jié)構(gòu)，因此，煤壁一端幾乎支承著回采工作面空間上方懸露巖塊的大部分重圖4-8工作面前后支承壓力分布量，因而煤壁前方支承壓力較大，而在采空區(qū)后方已冒落矸石只承受其正上方巖層重量，一般只恢復(fù)到Hγ或稍大一點(diǎn)或稍小一點(diǎn)。

第六節(jié)影響采場(chǎng)礦山壓力顯現(xiàn)的主要因素一、采高與控頂距

在一定地質(zhì)條件下，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，采出的空間越大，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。工作面支架的支撐力一般不能改變此曲線的性質(zhì)。因此從采場(chǎng)支護(hù)的“小結(jié)構(gòu)”必須與覆巖形成的“大結(jié)構(gòu)”相適應(yīng)的觀點(diǎn)出發(fā)，工作面下沉量也將基本上遵循此規(guī)律。圖4-9工作面前后支承壓力分布

可見，采高越大或控頂距越大，頂板下沉量相應(yīng)越大，老頂結(jié)構(gòu)越不易平衡。因此，采高大的工作面礦壓顯現(xiàn)也越嚴(yán)重。

SL＝η·m·LSL－工作面頂板下沉量；

η－下沉系數(shù)，一般為0.025～0.05；m－煤層采高；L－控頂距。二、工作面推進(jìn)速度的影響

加快工作面推進(jìn)速度只是縮短了落煤與放頂這兩個(gè)主要生產(chǎn)過程的時(shí)間間隔,只能消除一部分平時(shí)的下沉量，不能消除因落煤和放頂所造成的下沉。

所以，只有在原先的工作面推進(jìn)速度比較緩慢的條件下，加快工作面推進(jìn)速度才會(huì)對(duì)工作面頂板狀態(tài)有所改善。當(dāng)工作面推進(jìn)速度提高到一定程度后，頂板下沉量的變化將逐漸減小。因而想把頂板壓力“甩掉”的企圖實(shí)際上是不能實(shí)現(xiàn)的。

三、開采深度的影響

采深對(duì)巷道礦壓、沖