采煤工作面礦山壓力基本規(guī)律

第二篇采煤方法第六章采煤工作面礦山壓力

基本規(guī)律第一節(jié)礦山壓力基本概念礦山壓力會引起頂板事故、沖擊地壓、煤與瓦斯突出等事故。我國煤礦頂板事故在整個煤礦安全事故中所占比重超過40%，每年頂板事故影響的產量約占總產量的5%左右一、礦山壓力的概念礦山壓力：就是由于井下采掘工作破壞了巖體中原巖應力平衡狀態(tài)，引起應力重新分布，我們把存在于采掘空間周圍巖體內和作用在支護物上的力稱為礦山壓力，簡稱“礦壓”。采動前，原始巖體中已經存在的應力是礦山壓力產生的來源。如：自重應力、構造應力、遇水膨脹應力、溫度應力。第一節(jié)礦山壓力基本概念二、礦山壓力來源

采動前，原始巖體中已經存在的應力是礦山壓力產生的根源。井下深部原巖處于復雜的受力狀態(tài)。承受著上覆巖層重量引起的自重應力，地質構造引起的構造應力，遇水膨脹和溫度變化引起的應力等。（一）自重應力（二）構造應力（三）膨脹應力：

遇水膨脹和溫度變化與氣體壓力引起的應力

自重應力第一節(jié)礦山壓力基本概念（一）自重應力σ1=γΗσ2=σ3

=λσ1

λ=μ/1-μ

τmax=(σ1-σ2)/2泊松比：在材料的比例極限中，由均勻分布的縱向應力橫向應變與相應的縱向應變之比的絕對值。μ越大λ越大硬巖μ大，軟巖μ小當μ=0.5時有σ1=σ2=σ3=γΗ，形成所謂的靜水壓力狀態(tài)，即巖體深部的原巖垂直應力與其上覆巖層重量成正比，側向應力大致與垂直應力相等。（二）構造應力特點：（1）構造應力以水平應力為主，并以壓應力為主。（2）在構造應力場中，主應力的大小和方向可能有很大的變化；兩個方向的水平應力值（σ2和σ3）通常不相等。（3）水平應力大于垂直應力，即（4）構造應力在堅硬巖石中出現(xiàn)一般比較普遍。三、礦山壓力顯現(xiàn)

在礦山壓力作用下，圍巖和支架所表現(xiàn)出來的力學宏觀現(xiàn)象，如圍巖變形，離層，破壞和冒落，支架受力變化和折損，煤（巖）突出，充填物產生壓縮和地面塌陷等，稱為礦山壓力顯現(xiàn)，簡稱礦壓顯現(xiàn)。

采煤工作面礦壓顯現(xiàn)的主要形式：工作面頂板下沉、支架變形與折損、頂板破碎或大面積冒落、煤壁片幫、支柱插入底板、底板膨脹鼓起等。把所有人為的調節(jié)、改變和利用礦山壓力的各種技術措施，叫做礦山壓力控制，簡稱礦壓控制。第二節(jié)采煤工作面圍巖移動特征采煤工作面上方的巖層——頂板下方的巖層——底板頂板分類：偽頂：位于煤層之上隨采隨落的極不穩(wěn)定巖層，厚度一般0.3～0.5m以下；直接頂：位于偽頂或直接位于煤層之上，具有一定穩(wěn)定性，隨移架或回柱放頂后能自行垮落的巖層；基本頂：位于直接頂或煤層之上，厚而堅硬難垮落的巖層。1、基本頂；2、直接頂；3、偽頂；4、煤層；5、底板巖層煤層頂?shù)装鍘r層一、直接現(xiàn)頂初稼次垮虹落采煤煤工作市面自嗎切眼硬推進黃一段揉距離括后，裹直接街頂懸檔露達錯到一擁定跨瀉度，證就要浸對采壇空區(qū)抗頂板茶進行盒初次癥放頂指，使友直接五頂垮爸落下敗來，妖這一見過程光稱作直接遲頂?shù)捻嵆醮蔚娇迓?。直接痛頂初壯次垮校落的占跨距驅稱為室初次凍垮落串距。描初次披跨落捉距的頁大小紗取決兵于直俊接頂腰巖層搬的強幻玉度、融分層贊厚度聚和直兄接頂漲內節(jié)柄理裂為隙的促發(fā)育殊程度床等，戰(zhàn)一般蜓為6—單12協(xié)m。由叼于巖債層破所碎后攔體積位將產揪生碎奏脹，刮直接究頂垮炒落后滅堆積另的高尸度要丘大于吳原來崇的厚副度。Kp=V嬌′/掛V式中艙：Kp—膠—碎脹尺系數(shù)棚，V罵——跨落染巖層梁原來洽的體籌積V′狀——破碎彩后的雨體積巖石名稱碎脹系數(shù)初始KP殘余KP’砂1.06~1.151.01~1.03粘土1.02以下1.03~1.07碎煤1.20以下1.05粘土頁巖1.401.10砂質頁巖1.60~1.801.10~1.15硬砂巖1.50~1.80——幾種數(shù)巖石疊的碎纖脹系悠數(shù)表巖石枝碎脹汽后，畢在其蓄上部先巖層銳壓力魚作用菜下，飛逐漸域壓實途，使買碎脹躍系數(shù)煉變小物，巖競塊壓積實后端的體映積與廳破碎羊前原叫始體碰積之辨比稱獵為殘余嗚碎脹視系數(shù)以KP’表莊示。若垮柴落巖亦層原追來的主體積園為V渴，破悄碎后六的體研積為因V/域，則渴兩者蠅之比巖值稱督為碎焰脹系確數(shù)，賣以KP表示金，即占KP＝V//V若直嬌接頂想巖層秘的總嶄厚度載為∑權h，陪則它纏冒落秀后堆董積的雖高度封為KP∑h坦，它聯(lián)與基纖本頂潑之間?？赡芙伭粝骂w的空蛇隙Δ：Δ＝∑秘h＋翻m－逢KP∑h秩＝m慘－∑鍵h（攀KP－1宿）當m重＝∑帥h（頃KP－1聯(lián)）時利，則Δ＝0灣，即躲冒落倦的直囑接頂窮將充陣滿采棕空區(qū)款。若姓不計括基本棒頂下徒沉，盜形成詳充滿秧采空議區(qū)所捎需直啄接頂肆的厚集度為狂：∑h袖＝mKP-1減小弦直接脊頂垮跑落后蛋巖堆秧與基芒本頂吸之間插的空特隙Δ，有納利于浙控制讓基本權頂活江動。二、坦基本門頂?shù)膯岢醮涡湛迓洌ㄒ粶剩┗荼卷斔汲醮蔚劭迓浞淝皫r閃層結劇構若Δ>0擱，隨垮直接嘉頂初趴次垮誰落，期，基洪本頂擾在一輩定范南圍內潔呈現(xiàn)冤懸露嚇狀態(tài)絨，此勺時可岸將基庸本頂只視為價一邊纖由采皂煤工遍作面范煤壁錄支承絞，另譽外三虎邊由良煤柱否支承從的一性個“幟板”則的結籮構。它但由摟于基島本頂掏在采架煤工聾作面陪方向丈上的籌長度甩遠大豈于推政進方患向長翠度，白可將仿其視何為一烈端由榜采煤朋工作溫面煤膊壁支議承，選一端誓由煤綿柱支降承的殲兩端嘴支撐深的梁結完構。若上估覆巖券層的厭強度交低于糞基本伸頂?shù)臅姸裙r，撫則上溝浮巖堤層的魄重量蘋將通猶過梁斑傳遞頃至采傳煤工教作面膜煤壁礎和后碗方煤主柱上職。（二伏）基圈本頂極初次遇垮落凱與初閣次來坦壓隨采啄煤面奏繼續(xù)貝推進寬，基司本頂嫌懸露優(yōu)跨度揪逐漸磨增大感，產窩生彎臂曲，胖達到籠一定艷（極莫限）祖跨度級時，叉發(fā)生賊垮落憑?；时卷旘叩谝惶甏慰迨[落稱癢為基本須頂初嗓次垮貨落?；緫楉斢筛汩_始城破壞奇直至翼垮落寒一般題要持工續(xù)一市定時國間，嗓上方勤有時劈燕在基奧本頂夏垮落默前二竊三天烤，即押出現(xiàn)班頂板媽斷裂申的聲塑響等誰來壓腫預兆鹿?；疚添敵蹉U次來愿壓現(xiàn)漆象：在將垮落雞前1跟2h蟻采空照區(qū)上堅方可暈能有若轟隆經隆巨繼響，毒通常堤煤壁酬片幫啊嚴重醬，頂胞板產掘生裂調縫或平掉碴闊，頂單板下屆沉量汪和下棄沉速響度明沾顯增協(xié)加，羨支架駱載荷鞋迅速次增高材的現(xiàn)叫象。（三狼）基芳本頂昆初次最垮落玩步距愁確定基本土頂初崖次垮練落時冷，其峽最大牽懸露濁跨度L初稱為漂基本得頂初輪次垮淘落步啟距。1、一般感情況豈下，賭視基辛本頂躁為兩咽端固幸定梁視基勻本頂鑰為梁扶時的謊受力需分析盆圖極限柳垮距學（只日考慮煤按彎縮慧距計預算）L初：2、淺部冰煤層搖情況默下，善近似施視基貞本頂昨為簡毯支梁極限懸垮距網(wǎng)L初：基本渴頂斷漠裂后猶的平款衡拱霞結構基本備頂巖僅梁達彩到極矩限跨街距斷序裂后宰，并辯不一嶄定立茅即垮臺落，賓斷裂括巖塊餅間由槍于回掛旋形打成擠倆壓，功能形造成平烏衡拱妖式的治結構系?；静桧敂嗖砹押笳傩纬商旱钠綉n衡拱基本晌頂斷語裂后遇的形成平衡尖拱結喪構條件1、貼咬合生點處海形成原的壓宰應力部應小撈于巖吃塊的窮抗壓儉強度袋。Ｆ＞糧ＲＴ巖石巨將破成壞。2、在擠端壓過勿程中主要求款巖石艇具有勸一定哀的厚搜度，釣從而袖保證僵b鉸瓦點在睛a、棉c鉸行接點晚連接霞之上鋪，才滿能形摩成三鐮角拱僵式的直平衡耽。3、施拱兩經端點匹支座守處，旬巖塊音與煤舍壁的偵摩擦屬力要版大于濱支座利反力纏Ｔ，口即Ｔ≤fF鐮。三、怪基本港頂?shù)某持芷隍v來壓（一梯）基供本頂猾來壓腹前的巡壽狀態(tài)基本敗頂初千次垮噸落后憶，隨核著采巖煤工奧作面伐繼續(xù)本推進謀，工挑作面剪上方客的基豆本頂拉巖層樣由兩答端固項定梁削狀態(tài)運轉變曲為懸項臂梁個狀態(tài)換。如辨圖所是示：當采辱煤工典作面形繼續(xù)饅推進待，基餡本頂少懸掛滋臂跨抬度達奪到極儉限跨奸度時漫，基釋本頂透在其戚自重置及上閑覆巖扮層載遙荷的趨作用拐下，析將沿借采煤扁工作睛面煤呀壁甚粱至煤哄壁之籍內發(fā)葵生折縣斷和共垮落懇。隨著大采煤零工作耍面的淋推進阿，基撇本頂足這種嗓“穩(wěn)享定－膚失穩(wěn)濫－再蓮穩(wěn)定姜”現(xiàn)剛象，嫩將周銳而復任始地襖出現(xiàn)視，使灑采煤亂工作磨面礦牲山壓山力周幕期性摘明顯晝增大雙。這春種基意本頂弱的周置期性抗破斷洋失穩(wěn)馬對工您作面嗽產生毀的周燈期性均的來吉壓顯帶現(xiàn)，蝴稱為鑒基本旨頂?shù)幕芷诼蓙韷簽?。（二以）基冷本頂腳周期魄來壓難及礦與壓顯婚現(xiàn)特射征基本遺頂周繞期來樹壓及掀礦壓竄顯現(xiàn)意特征1、寺直接首頂；罵2、央支架隙；3獲、已支斷裂絲式基本捕頂；雄4、鏟冒落念矸石（三簽）周域期來止壓步雕距的晌確定基本康頂兩添次周另期來賠壓間處隔時姻間稱縣為來壓述周期。在來隔壓周喝期內跳采煤辣工作孤面推忠進的能距離牢稱為周期鋪來壓際步距，用跌L周表示液。比較己上式從，知L周＝（以0.承5～設0.盞25鵲）L初。（四鋒）周籍期來亭壓的陷分析咬合拋點的弄平衡四、多工作欄面上曠覆巖牽層移巾動規(guī)斷律根據(jù)背巖層餓移動貝特征睜，可卡將煤目層的敞上覆塵巖層抄分為隱冒落陜帶(Ⅰ)、甚裂隙準帶(Ⅱ)、非彎曲差下沉菜帶(Ⅲ)。約如圖遮所示凍：作業(yè)朽：1、簡進述礦鋸山壓桂力、薯礦壓凈顯現(xiàn)膽的基價本概碗念。2、簡哀述直呆接頂制的初進次垮烏落、部基本御頂?shù)膿醭醮文騺韷河旰椭芟趤碣\壓的戒基本護概念作。第三積節(jié)攏采煤榮工作辜面礦半山壓失力顯牽現(xiàn)規(guī)屯律一、味采煤獎工作形面支新承壓攜力顯間現(xiàn)規(guī)敘律煤層稿采出指后,在圍達巖應游力重狠新分摸布的扶范圍唐內,作用嗓在煤必層、土巖層挺和矸丟石上猾的垂猜直壓酬力稱稀為“原支承歡壓力劉”。支承掀壓力踏顯現(xiàn)淺特征騙可用塔支承鉤壓力鐘分布質范圍權、峰杏值的輸位置洪及應萍力集越中系嘆數(shù)表黨示。（一蟻）采抵煤工聾作面富前后旱方支劃承壓巖力分取布采煤喘工作炸面前柳后方磨支承戲壓力嘆分布碼與采壇空區(qū)使處理摧方法球有關員，對姨于采鞭用全顯部垮案落法兄管理蠅頂板咱的采聚煤工檔作面呀，其穿前后拿方支處承壓周力分現(xiàn)布如班下圖鏟所示祖：采煤楚工作嬸面前癢后方施支承膚壓力事分布咱的特而點1、采奧煤工什作面兵前方爐煤壁眠一端團支承截著工陜作面竹上方扶裂隙祖帶及蜂其上叼覆巖新層的檔大部角分重荷量，播即工夸作面投前方娘支承堅壓力探遠比希工作鮮面后巴方大突。2、由陵于采牽煤工宵作面護的推博進，禽煤壁廁和采坊空區(qū)答冒落效帶是填向前焰移動繞的，弄因此謙工作倘面前攻后方罵支承聞壓力雞是移饞動支麻承壓扒力。3、由捎于裂宣縫帶悲形成警了以閱煤壁貍和采館空區(qū)氣冒落諒帶為攀前后悅支承逝點的川半拱汁式平述衡，在所以活采煤洞工作欲面處慎于減哀壓力移范圍朽。4、采異煤工蕩作面語前方披形成唱的支械承壓次力，或最大稱值發(fā)問生在突工作即面中切部前膏方，知峰值豆可達萌原巖瘡應力熊的2~洽4倍，茄即應層力集化中系樣數(shù)K值的竭變化鵝范圍源為2.蠟0~鏟4.惜0。前顧方支律承壓終力的怪峰值旁位置兔可深網(wǎng)入煤樓體內2~與10騰m，其就影響墓范圍達可達潔采煤搶工作郊面前涂方90拔~1書00有m。（二叔）采逐煤工登作面亡兩側鏈支承讀壓力誕分布采煤耕工作返面兩糊側的亞支承掙壓力御是指祖工作新面兩累側煤農柱或攻煤體捆上的斜支承找壓力吉。Ⅰ－勁卸載王帶；憑Ⅱ－賄支承拐壓力距帶；蒸Ⅲ－孕原巖驚應力壺帶；Ⅳ－鍬采后版應力落穩(wěn)定茂帶；lma李x－峰鄭值位恐置1、采兔煤工槽作面澤兩側董的支慨承壓格力劇州烈影氣響區(qū)耗并不冒在煤賊體的盈邊緣仇，而恭是位鴉于煤澤體邊陳緣有消一定懸距離拳的地足帶。2、采羅煤工龍作面選兩側甩煤體幸邊緣儉處于丹應力相降低飽區(qū)，攤支承械壓力具低于氏原巖券應力邀。3、采旁煤工景作面航兩側舊支承縣壓力勵從形亂成到趕向煤違體深眉部轉壩移要系經過宿一段似時間趙過程由，所煎以要辱使沿鑰空掘儀巷保柳持穩(wěn)采定，廈必須史從時行間上城避開丹未穩(wěn)風定的宿支承胃壓力尤作用旅期。采煤蒜工作脹面兩叫側支蹲承壓暢力分權布規(guī)日律二、勇支承流壓力縫在底念板中塘的傳遠遞采煤鄉(xiāng)豐工作深面采傅動后娘，在束工作據(jù)面四賽周形飛成的私支承僅壓力誰將向定煤層毀底板逆進行臥傳遞揮，尤淹其采莊煤工計作面瞇兩側點支承否壓力膽的傳遼遞，萬對下鴉部煤蒸層開銀采巷院道布悉置產令生重疤要影劇響。底板鎖巖層豪內壓右應力州的大爛小與蔥煤柱懂上方棚的支壟承壓斗力成狗正比內。底板壓巖層植中的登應力眾分布1、懂2－嚷支承桶壓力富曲線享；3乘－原傷巖應校力曲沾線；4、詞5－僚應力諸增高殊區(qū)邊閱界線祥；6餡－應鑼力降疾低區(qū)榮邊界記線煤層丈底板初巷道洽位置想選擇（1）巷道津與煤徒層底它板的擋垂直病距離猴不小穩(wěn)于一僑定數(shù)畢值h。H與圍估巖性兔質的繁關系側見下學表。巷道類型巖石種類和特性合理垂距/m圍巖穩(wěn)定巷道砂巖、石灰?guī)r、其他堅硬巖石6圍巖中等穩(wěn)定的巷道粉砂巖、砂頁巖、中硬鋁土頁巖等10圍巖較松軟的巷道塑性較大的泥質頁巖、頁巖、煤質頁巖等15～20煤層回底板用巷道嬌位置她選擇（2羅）巷道調布置稼在煤施柱向近底板訴傳遞溉力的籃影響詢角以釘外。聰若巷銜道布級置在雀煤柱講影響訓角以討內，墾即使用巷道茄位于編較穩(wěn)秀定的酸巖層偶內，法也要貪受到訓應力泉升高宿的影細響。為使量巷道悄布置忙在煤咐柱影撒響角笑以外窗，巷坡道離重煤柱達邊界妨的水播平距稿離S紹為：α－煤酷層傾謎角；θ－φ的余粗角；φ－煤樓柱影揭響角銹，一飯般在戲25冷～5初5°波間。倆通常浩支承址壓力女越大祥和煤瞇柱尺超寸越肝小，屈其值輝越大嫌。煤層識底板裂巷道美位置鞭選擇巷道綿位置跨選擇預示意材圖巷道暑至煤號壁邊唯緣水芽平距齊離的筐計算翻圖第四嫌節(jié)犯采煤崗工作動面頂閉板分林類科學習的分仰類可和為頂儀板控雞制、崖支架步選型躺、合遍理確蒙定支杯護參漠數(shù)以代及為喘采空臣區(qū)處穩(wěn)理方