4采场矿山压力显现基本规律

第四章采场矿山压力显现基本规律第一节概述1、顶板下沉：一般指顶底板相对移近量。常以每米采高、每米推进度下沉量（S/L·M）作为衡量顶板状态的一个指标。2、顶板下沉速度：指单位时间内的顶底板移近量。它表示顶板活动的剧烈程度。3、支柱变形与折损4、顶板破碎情况：常以单位面积中冒落面积所占的百分比来表示顶板破碎情况，常用来衡量顶板管理好坏的质量标准之一。5、局部冒顶6、大面积冒顶：切落、推垮。其它矿山压力现象：煤壁片帮、支柱钻底、底鼓等。回采工作空间是一个小结构，它处于覆岩大结构之中。“大结构”的变形、失稳将直接影响到小结构的状态，同时“大结构”周围的支承压力分布情况也将直接影响到煤壁及底板岩层的稳定性。第二节老顶的初次来压老顶的初次来压：老顶悬露达到极限垮距时，将断裂形成三铰拱式的结构，同时破断岩块回转失稳（变形失稳），有时可能伴随滑落失稳（顶板台阶下沉），从而导致工作面顶板急剧下沉、支架受力普遍加大、煤壁片帮等现象的发生。只有当老顶岩块在采空区触矸形成反力后，其回转下沉才会缓和和停止。为了不使老顶沿工作面切落，支架工作阻力应等于Q1与Q2之和。老顶初次来压的力学模型由于支架反力（支撑力）P形成的反力矩难以平衡由老顶初次来压载荷Q2所形成的力矩，因而老顶岩块的回转在一定程度上是不可避免的，工作面顶板必然随之发生下沉。老顶初次来压前轩周围岩的支承压力分布状态几个有益的结论老顶的初次来压步距：与老顶初次断裂步距相当。动载系数：支架来压时载荷与平时载荷之比。老顶初次步距越大，工作面来压显现越剧烈，相应的动载系数也越大。老顶初次来压步距是老顶岩层分类的主要依据。我国初次来压步距10～30m占54％，30～55m占37.5％。一、回采工作面推进对“砌体梁”结构的影响第三节老顶的周期来压A岩块的受力分析随着回采工作面的推进,上覆岩层的结构经历了“稳定－失稳－再稳定”的过程，这种变化将呈现周而复始的过程。由于A岩块的回转，必然导致工作面顶板的不断下沉。从管理顶板出发，支架性能必须与之相适应。支架应具备：①一定的可缩量;②一定的工作阻力：P＝QA＋B－T·tg(ψ-θ)。对于冒落带岩层，T＝0，P＝QA+B,即支柱阻力能承受控顶区全部岩层重量。二、老顶的周期来压老顶岩层的周期性破断致使“砌体梁”结构的周期性失稳而引起的顶板来压周期性出现的现象称为老顶周期来压。周期来压的主要表现形式：顶板下沉速度急剧增加；顶板的下沉量变大；支柱载荷普遍增加；煤壁片帮、顶板台阶下沉、支柱折损，甚至工作面冒顶。老顶的周期来压步距可近似按老顶的悬臂梁折断来确定。老顶的周期来压步距相当于初次来压步距的1/2~1/2.5。三、老顶的周期来压步距)tan(1TQPBA四、老顶来压期间的顶板控制老顶的作用力都是通过直接顶而作用于支架上，同样，支架的支撑力也是通过直接顶而对老顶进行控制。因此，保证直接顶的完整性对老顶的控制有十分重要的意义。此外，来压大小与直接顶在采空区冒落矸石充满采空区的程度直接相关。采空区冒落愈严实，老顶对工作面影响愈小；反之，则越大。坚硬厚岩层较多时，可能会出现复合破断问题。预防老顶来压造成事故的措施：来压的预测预报；加强支护；工作面与开切眼斜交，使老顶悬板呈梯形，让工作面呈局部来压。梯形悬露顶板的破断形状第四节顶板压力的估算支架受力包括两部分：直接顶的载荷Q1；老顶通过直接顶作用于支架的载荷Q2。图4-11回采工作面的顶板压力一、经验估算法直接顶载荷Q1为：11hLQ老顶载荷Q2采用直接顶载荷的倍数估算，则有：MKMhnqqp8～41221顶板压力的一般估算公式为：P＝Q1＋Q2从老顶结构的滑落失稳估算顶板压力：iEihhKP00二、从老顶形成结构的平衡关系估算由老顶结构的变形失稳估算顶板压力，基于老顶的位移量△L与对支架形成的载荷P呈双曲线关系，提出P·△L＝常数，为此，老顶对支架作用载荷为：)tan()(200HQLQFiiBA只考虑直接顶的形状与载荷，引入了支架与围岩相互平衡而产生的附加力的概念。三、威尔逊估算法rQlQPlQQPP3131适用条件：我国华北的大部分矿区可用经验估算法，即4－8倍采高的岩柱重量。对于一些工作面顶板下沉过大的情况下，可采用控制老顶变形失稳的估算法。对于坚硬顶板或经常发生切顶或台阶下沉的地区，则用控制老顶滑落失稳方法估算。第五节工作面前后支承压力的分布第六节影响采场矿压显现的因素一、采高与控顶距采高是影响上覆岩层破坏状况的最重要因素之一。采高越大，采出空间越大，必然导致采场上覆岩层破坏严重。工作面开采后上覆岩层的下沉曲线按负指数函数变化。工作面支架的支撑力一般不能改变此曲线的性质。因此，采场支护的“小结构”必须与覆岩形成的“大结构”相适应。图4-16上覆岩层移动与工作面空间顶板下沉的关系mLmLLKKKsOPOPL11二、工作面推进速度的影响三、开采深度的影响开采深度对巷道矿压、冲击地压影响显著。随着深度的增加，巷道围岩的“挤、压、鼓”现象将更为严重。随采深增大，冲击矿压的次数与强度都将明显增加。但采深增大对采场矿压显现影响并不显著，只是煤壁片帮现象将加剧。这是由于老顶岩层形成的“砌体梁”大结构对采场支护“小结构”起到了保护作用。采深对“砌体梁”结构的稳定性影响不大。四、煤层倾角的影响图4-23采空区冒落矸石滑移及其造成的后果①工作面沿倾斜方向向下推进时（俯采工作面）图4-24沿倾斜方向开采时岩块的咬合关系老顶岩块不滑落失稳的条件为：aaaRTQ)tan(②沿倾斜方向向上推进时（仰采工作面）③沿走向方向推进时因此，在同样的生产条件下，俯采工作面与走向工作面相比，老顶岩层更容易形成结构，而仰采工作面顶板最不易形成结构。aaaRTQ)tan(aaRQ)tan(五、分层开采时矿山压力显现老顶来压步距小，强度低；支架载荷小；顶板下沉量大。第四章作业题P117第1、2、6、11题