第八章 矿山压力基本知识 8学时.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,煤矿开采方法电子教案,煤矿安全工程系,采矿教研室,2009,年,9,月,山西煤炭管理干部学院,第八章矿山压力基本知识,第一节矿山压力概述,第二节岩体的主要特征,第三节原岩应力状态,第四节开采后围岩移动及矿压特征,第五节采煤工作面四周的支承压力及其传递,第六节采煤工作面顶板分类,第七节采煤工作面矿压观测,第一节矿山压力概述,一、矿山压力的概念,二、采场空间特点,三、采场矿压研究的任务及目的,四、采场顶板组成,第一节矿山压力概述,一、矿山压力的概念,1,矿山压力：由于地下采掘活动影响而引起的岩层作用在井巷、硐室,和工作面周围煤岩体中以及支护物上各种力的总称，简称“矿压”。,如：顶板对支架、煤壁、采空区充填物的压力，上位岩层对下位岩层,的压力，底板的反作用力等。,2,矿山压力显现：在矿山压力作用下，围岩及支护物呈现的各种力学,现象，简称“矿压显现”。,如：顶板下沉、支架变形与折损、冒顶、煤壁片帮、底臌、支柱插入,底板、充填物被压实、地表塌陷等现象。,3,矿压控制：人为地调节、改变和利用矿压作用的各种技术措施，称,为矿山压力控制，简称“矿压控制”。,第一节矿山压力概述,二、采场空间特点,1,采场的基本形式：,（,1,）开切巷：矩形或梯形。,（,2,）初次来压前：似椭园形。,（,3,）初次来压后：为弯曲下沉式。根据不同的采空区处理方法出现不,同的空间形式。,全部垮落法：（图旧教案中）,全部充填法：,缓慢下沉法：,2,采场特点,（,1,）是时间函数。即是移动的、又是变化的。,（,2,）是临时结构物。即是维护的对象、又是破坏的对象。,采场空间基本形式,第一节矿山压力概述,三、采场矿压研究的任务及目的,目的：为了控制矿山压力，以及对采场、采区巷道采取相,应的维护方法。,任务：,（,1,）研究采场上覆岩层的大结构及其运动规律；,（,2,）研究在上覆岩层大结构的作用下（保护下），采场支,架小结构的适应规律。,第一节矿山压力概述,四、采场顶板组成：,（自下而上）图,6,2,示。,1,伪顶：,直接位于煤层之上，极易垮落的松软薄层。,极易垮落：指随采随落，悬顶面积小于,8,10m2,，悬顶时间不超过,20min,。,薄层：厚度在,0.3,0.5m,以下者。,岩性：一般为泥质页岩、炭质页岩等。,2,直接顶：,位于伪顶或煤层之上，较稳定易垮落的岩层。,较稳定：悬顶面积大于,8,10m2,，时间超过,20min,。,易垮落：放顶后及时垮落，岩石单向抗压强度小于,600,800kg/cm2,；,岩性：页岩、砂质页岩、薄层状砂岩等。,直接顶下位岩层：指煤层或伪顶之上,1,2m,厚的岩层，其稳定性直接,影响支架的结构型式。,3,基本顶（老顶）：,位于直接顶或煤层之上，难垮落的坚硬岩层。,难垮落：指其允许悬露面积很大，岩石单向抗压强度大于,600,800,kg/cm2,，裂隙、层、节理不发育等。,厚岩层：指其厚度大于,1m,，总厚在,2.0m,以上的整体岩层。,岩性：一般为厚层状砂岩、石灰岩、砂砾岩等。,4,直接底：,直接位于煤层之下的岩层。,煤层顶板岩层示意图,1,基本顶；,2,直接顶；,3,伪顶；,4,煤层；,5,底板岩层,图,6,2,煤层顶底板岩层,第二节 岩体的主要特征,一、岩体的概述,二、岩石的强度特性,三、岩体的强度特性,第二节 岩体的主要特征,一、岩体的概述,（一）岩体的概念,1,岩体是自然界，由各种岩性和各种结构特征的岩石所组成的集合体。,2,岩体的组成：由结构面和受它包围的结构体共同组成。,结构面：包括岩石的物质分界面和不连续面。如：层面、节理、断,层、软弱夹层等。,结构体：指由不同产状的结构面相互切割而形成的单元大块，也称单,元岩块。,（二）岩体的基本特征,1,非均质性。由多种岩石组成。,2,各向异性。受力后在各个方向上显示不同的力学性质。,3,非连续性。被各种结构面所切割。,第二节 岩体的主要特征,一、岩体的概述,（三）岩体的基本类型（参考张希俊编教材中图）,1,整体岩体。节理不发育，很少有断层的厚层沉积岩层。,2,块状岩体。节理发育，有小断层或偶有层间错动的厚、中厚层。,3,层状岩层。节理不发育等，构造较简单，岩性单一或不同岩性互层。,4,碎裂岩体。完整性很差，褶皱、断层、层间错动，节理、劈理十分发育。,5,松散岩体。受剧烈构造变动后，由断层泥、岩粉、岩石碎屑等组成。,岩体的基本特征示意图,第二节 岩体的主要特征,二、岩石的强度特性,岩石强度：指岩石受载时抵抗破坏的能力。,1,岩性的影响：主要取决于组成岩石矿物颗粒间的联结和颗粒,大小。,2,含水的影响：水可使岩石软化、溶蚀、膨胀，降低强度。,如：砂岩含水,4%,时，强度降低,50%,；泥质页岩含水,1.5%,时，强,度降低,70%,；砾岩（大同）自由吸水,6,天后，强度降低,39%,。,3,受力方式：抗压强度抗剪强度抗弯强度抗拉强度。,4,受力状态：三向强度双向强度单向强度。,第二节 岩体的主要特征,三、岩体的强度特性,影响因素：岩体的强度不仅与岩石本身强度有关，而且与岩体内部弱,面的状况有关。,弱面对岩体强度的影响：（参考张希俊编教材中图）,随加载方向与弱面所成角度不同，其极限强度也将作有规律的变化。,即：垂直于结构面的方向受力时，强度最大；平行次之，界于,max,与,min,之间；成,1,2,内，强度最低,min,。,生产实际中：,（,1,）破岩时，应使岩石单向或双向受力，并处于拉伸或剪切状态。,（,2,）井巷维护时，应使岩石处于受压状态。,弱面对岩体强度的影响示意图,第三节 原岩应力状态,原岩：,地下岩体没有受到井巷或采场等地下工程影响的,部分。,原岩应力：,未受采动影响岩体内的应力。主要由自重应力,和构造应力构成。,一、自重应力,二、构造应力,第三节 原岩应力状态,一、自重应力,：地表深,H,处取一单元体，图,6,1,示。,1,垂直应力：,1,=,（,11H,）,=r,H,（,Pa,）；,式中,1,单元体所受的垂直应力，,Pa,；,H,单元体岩石距地表的深度，,m,；,r,上覆岩层的加权平均容重，,kg/m,3,；,g,重力加速度，,m/s,2,。,岩体自重应力示意图,图,6,1,第三节 原岩应力状态,一、自重应力,：,2,侧向应力：由于水平方向条件都是一致的，且侧向应力均由垂直,应力所引起（只考虑自重），故：,2,=,3,=,1,式中,2,、,3,单元体所受的侧向应力；,侧向压力系数。,=,（由广义虎克定律推出，在弹性状态,下）。多数固结岩石：,=0.25,0.4,；塑性岩石或理藏很深的岩石：,=1.0,。,则：,岩块的泊松比。即在弹性变形范围内水平变形与垂直变形的,比值。,3,单元体最大剪应力：,（）,第三节 原岩应力状态,二、构造应力,：,由地壳构造运动在岩体中引起的应力。,任何一种地质构造形迹都反映着构造应力的作用。地质构造运动结束,后，岩体中往往遗留一部分残余构造应力。构造应力在空间上的分布状,态有一定规律。,特点：（,1,）水平方向为主；,（,2,）主应力的大小和方向，可能有很大变化；,（,3,）水平应力大于垂直应力，即：,Hmax,Hmin,v,式中,Hmax,天然最大水平应力；,Hmin,天然最小水平应力；,v,天然垂直应力。,（,4,）坚硬岩层中普遍存在，软岩中却很少出现。,矿山压力概述、岩体的特征、原岩应力状态,课堂小结：,1,基本概念：矿山压力、矿压显现、伪顶、直接顶、基,本顶,2,岩石的强度特性、影响因素、岩体的强度特性,3,自重应力、构造应力。,谢谢大家！,再见！,第四节开采后围岩移动及矿压特征,一、直接顶的初次垮落,二、基本顶的初次垮落,三、基本顶的周期来压,四、采空区上覆岩层的移动,第四节开采后围岩移动及矿压特征,一、直接顶的初次垮落,1,概念及过程：,直接顶初次垮落：,采煤工作面自开切巷推进一定距离，直接顶悬露达,到一定距离后，采空区即进行初次回柱放顶，使直接顶垮落下来，这一,过程称之。图,6,3,示。,初次回柱放顶：为保证正常生产，维护一个合理的工作空间，要对控,顶以外的支架进行第一次回柱，称之。,初次垮落距：直接顶初次垮落的跨距。其大小决定于岩层强度、分层,厚度、节理裂隙的发育程度等。一般,6,12m,。,初次垮落特点：需人为地控制。故又称为初次放顶。,2,危害：易造成发生冒顶事故。,3,措施：初次放顶期间，加强现场指导与管理，提高工作面及切顶线,的支撑强度和支架的稳定性，加强顶板动态的监控等，确保安全。,直接顶初次垮落状态示意图,直接顶初次垮,落前顶板状态,直接顶初次,垮落后状态,第四节开采后围岩移动及矿压特征,一、直接顶的初次垮落,4,直接顶垮落的高度：图,6,3,示。,（,1,）碎胀系数：,式中,V,垮落岩层原来的体积（实体）；,V,垮落后（破碎后）的体积。,残余碎胀系数：,K,P,岩块压实后的体积与破碎前原体积之比。（表,6,1,示）,（,2,）直接顶垮落后与基本顶之间可能留下的空隙：,式中 ,h,直接顶岩层的总厚度；,K,P,h,直接顶冒落后堆积的高度；,采高。,直接顶初次垮落状态示意图,图,6-3,直接顶初次垮落状态,第四节开采后围岩移动及矿压特征,一、直接顶的初次垮落,4,直接顶垮落的高度,（,3,）分析：当,=0,时，,即：冒落的直接顶将充满采空区。,故：形成充满采空区所需的直接顶厚度为：,结论：减小，有利于控制基本顶活动。,第四节开采后围岩移动及矿压特征,二、基本顶的初次垮落,（一）基本顶初次来压前的岩层结构,1,板的结构：四周分别由煤柱及煤壁支撑，可视为悬空,的板。,2,两端固定的梁：,因工作面长度远大于跨距，故可视为,两端固定的梁。,3,梁的作用：上覆岩重通过梁而传递到两端的煤壁及煤,柱上。,初次来压前顶板状态示意图,第四节开采后围岩移动及矿压特征,二、基本顶的初次垮落,（二）基本顶的初次垮落与初次来压,1,初次垮落：,基本顶在采空区中第一次垮落。,即：随工作面的继续推进，直接顶不断垮落，基本顶悬露跨度逐渐增,大，直至达到极限跨度时，基本顶出现断裂，进而发生垮落。,2,初次来压：,由于基本顶初次垮落而引起工作面矿压显现加剧的现,象，称之。,矿压显现特征：,工作面顶板下沉量和下沉速度急增，煤壁片帮严重，,顶板裂缝或掉渣，支架载荷迅速提高等，其影响一般持续,2,3,天。,采取措施：,放顶线加强支护。如：增设排柱、木垛、斜撑、抬棚、强,制放顶等。,基本顶初次来压时状态示意图,图,1,17,采矿学,第四节开采后围岩移动及矿压特征,二、基本顶的初次垮落,（三）基本顶初次垮落步距的确定,1,基本顶初次来压步距：基本顶初次垮落时，工作面距开切巷的距,离。一般为,20,35m,，有时可达,50,70m,，悬露面积可达数千至上万平方,米。,影响因素：基本顶岩性、厚度、地质构造等。,2,基本顶初次垮落步距的确定：,（,1,）视基本顶为两端固定梁：（一般情况下）,受力分析：图,6,4,示。,利用材料力学知识求解：（超静定问题）,基本顶受力分析示意图,图,6,4,基本顶受力分析,岩梁上应力分布示意图,图,6,5,岩梁上应力分布示意图,第四节开采后围岩移动及矿压特征,2,基本顶初次垮落步距的确定：,（,1,）视基本顶为两端固定梁：,岩梁断裂的极限跨距：,（多用，因抗拉强度远大于抗压强度）,（当,max,=,Rs,时）,式中,L,初,基本顶初次垮落步距；,R,T,岩层的抗拉强度极限；,Rs,岩层的抗剪强度极限；,max,最大剪应力；,岩梁的均布载荷；,岩梁的高度（基本顶厚度）,第四节开采后围岩移动及矿压特征,2,基本顶初次垮落步距的确定：,（,2,）视基本顶为简支梁：（浅部煤层）,（,3,）煤柱支撑法管理顶板时，岩梁安全跨距的求解：,固定梁时：,简支梁时：,式中,n,安全系数，取,=6,（考虑大多为脆性破坏）,第四节开采后围岩移动及矿压特征,三、基本顶的周期来压,（一）周期来压前的状态：图,6,7,示。,悬梁状态。采煤工作面处于基本顶悬梁的保护下。,（二）周期来压含义及矿压显现特征,1,周期来压：基本顶周期性折断或垮落前后，工作面的矿压显现，称,之。图,6-8,示。,即：随工作面推进，基本顶悬露跨度达到一定长度后，在其自重及上,覆岩层载荷作用下，将沿煤壁甚至在煤壁之内发生折断和垮落，这种垮,落现象将周而复始地出现，使工作面矿压周期性地明显变化。,2,周期：两次周期来压的间隔时间，称之。,基本顶周期来压前的状态示意图,图,6,7,基本顶周期来压前状态,基本顶周期来压前的状态示意图,图,6,7,基本顶周期来压前状态,基本顶的周期来压示意图,图,6,8,第四节开采后围岩移动及矿压特征,（二）周期来压含义及矿压显现特征,3,矿压显现特征：顶板下沉量变大、下沉速度急增、支架载荷普遍增,加、引起煤壁片帮、支架折损、顶板发生台阶下沉、推倒支架、冒顶等,现象，延续时间由数小时至,2,3,天。,4,采取措施：加强矿压观测，掌握预兆、步距和强度，进行矿压预,报，加强支护；架设双排密集支柱、木垛、丛柱；用小进度多循环，加,快推进速度，强制放顶等。,第四节开采后围岩移动及矿压特征,（三）周期来压步距的确定,1,周期来压步距：两次周期来压（垮落）之间的距离。或在来压期间,工作面推进的距离，称之。常在,6,30m,，一般,10,15m,。,影响因素：基本顶岩性、厚度、地质构造等。,2,周期来压步距确定：,力学模型：一端固定的悬壁梁。（参考张希俊编教材中图）。,极限长度：,与初次来压步距之比：,L,初,/L,周,=2.45,经验公式：,L,周,=,（,1/4,1/2,）,L,初,第四节开采后围岩移动及矿压特征,四、采空区上覆岩层的移动：,图,6,11,示。,随着工作面的推进，采空区上覆岩层由下而上，产生破坏与移动，直,至地表。当煤层倾角小于,35,时，上覆岩层移动分为三个带：,（一）冒落带,采动后，岩层在采空区破坏了原来的排列次序，杂乱无章的堆积，因,而是松散系数较大（,1.3,1.5,）的岩层。,1,冒落带高度：当其充满或即将充满采空区时，其上覆岩层就不再出,现冒落现象，而呈现为裂缝带。,估算：,一般,K,P,=1.25,1.5,故：,h=,（,2,4,）,m,采空区上覆岩层移动概貌示意图,图,6,11,采空区上覆岩层移动概貌示意图,冒落带；,裂隙带；,弯曲下沉带；,1,地表塌陷区；,2,岩层开始移动边界线；,3,岩层移动稳定边界线；,4,离层现象,第四节开采后围岩移动及矿压特征,（一）冒落带,2,特点：,排列杂乱无章；,对基本顶或裂缝带起充填作用，并能减缓基本顶的弯曲,下沉；,随着工作面推进而逐渐承受裂缝带传递下来的上覆岩,层的压力，同时本身也渐趋压实。,第四节开采后围岩移动及矿压特征,（二）裂缝带,采动后，岩层在采空区已破断，但仍然是排列整齐的岩层。因而松散,系数较小，一般指冒落带以上的采动裂隙仍较发育的岩层，经常从基本,顶岩层开始算起。其厚度一般（,7,17m,）。,特点：弯曲下沉。随冒落带岩石的垮落和逐渐压实，裂缝带岩层出,现弯曲下沉。,形成：“梁式”结构物。裂缝带各岩层破断后，各岩块之间有可能互相,咬接而形成的平衡，形成一种由岩块堆砌互相挤压而成的“梁”式结构物。,这种结构物的存在，可以使采煤工作空间处于减压范围之内，并使工作,面支架免受整个岩层重量力。,第四节开采后围岩移动及矿压特征,（三）弯曲下沉带,指裂缝带以上至地表的岩层，不产生裂缝或仅产,生微小的裂缝，并在采空区上方的地表形成一个比,开采范围大的盆地。,开采后围岩移动及矿压特征,课堂小结：,1,采场上覆岩层移动的一般过程及规律；,2,直接顶、基本顶初次垮落、基本顶周期来压的,矿压特征及安全措施。,谢 谢 大 家,!,再 见,!,2007,年,5,月,第五节采煤工作面四周的支承压力及其传递,一、支承压力的概念及形成,二、采煤工作面四周的支承压力,三、支承压力在底板中的传递,四、巷道布置分析,五、影响支承压力的因素,六、支承压力引起的矿压显现,第五节采煤工作面四周的支承压力及其传递,一、支承压力的概念及形成,1,支承压力：,采动后应力重新分布所形成的应力升高区的压力。,2,支承压力的形成：以开切巷后应力重新分布为例。,煤体未采动前：煤层及周围岩体处于原始应力平衡状态，煤体上所,受力为上覆岩层的重力。即：,rH,。,开巷后：由于巷道上方的岩重转嫁到两帮（煤体）上，破坏了应力,的平衡状态，引起应力重新分布，产生应力集中。首先出现压力供,1,、形,成集中应力曲线,2,。,第五节采煤工作面四周的支承压力及其传递,2,支承压力的形成,因巷道周边处为自由面，岩块由三向应力状态变为双向和单向应力,状态，抗压强度降低，巷壁附近煤（岩）层产生压缩变形，,max,逐渐,向岩体深处转移，进而形成集中应力曲线,3,。,随着采煤面的推进，采空区增大，支承压力增大。,岩（煤）体深处，岩块又逐渐从单向变成三向应力状态，抗压强度,也逐渐增大。（又出现弹性条件下的变形区,，原始应力区,）。,煤体中开掘巷道后应力重新分布示意图,煤体中开掘巷道后应力重新分布示意图,图 （旧教案,P55,）,第五节采煤工作面四周的支承压力及其传递,一、支承压力的概念及形成,3,支承压力显现特征的表示,支承压力分布范围；,峰值：指支承压力显现区内应力的最大值（）；,应力集中系数（,K,）：支承压力峰值与原岩应力的比值。,（）,第五节采煤工作面四周的支承压力及其传递,二、采煤工作面四周的支承压力,即：采煤工作面大面积开采后，发生在工作面前后方及上下方大于原,岩应力的矿山压力。,（一）采煤工作面前方支承压力,：图,6,12,示。,1,煤壁刚裸露时：对坚硬煤层，其应力分布理论上为曲线,1,，即煤壁,上方垂直应力最大,max,，煤壁深处,1,逐渐减少。,2,因煤壁处为自由面，煤块（壁处）由三向受力变为双向和单向应力,状态，抗压强度降低，煤壁附近的煤层产生压缩变形，,max,逐渐向煤,体深处转移，其应力分布如图中的曲线,2,及,3,所示。（由,1,2,3,）,采煤工作面前方支承压力分布示意图,图,6,12,第五节采煤工作面四周的支承压力及其传递,（一）采煤工作面前方支承压力,3,煤壁深处：煤块由单向受力状态逐渐过渡到三向受力状态，其抗压,强度也逐渐增大。即：侧向应力由,0,rH,，如图中曲线,4,。,4,当工作面不推进时：垂直应力峰值,max,便稳定地处于煤壁深处，,侧向应力,3,也增至：,1,=,rH,后渐趋稳定。,5,分布范围：从工作面前方,1,3m,处开始，直至,30,40m,，甚至,100m,左右即开始变形。最大应力值约距煤,5,15m,左右，应力集中系数,K,值范围为,1.25,5.0,。,第五节采煤工作面四周的支承压力及其传递,（二）采煤工作面后方支承压力,：图,6,13,示（实测图）。,即：采煤工作面后方采空区已冒落矸石上的压力分布。,分析：由曲线,3,知：在工作面中部、距工作面,80,85m,处冒落矸石受,力达到,rH,，至,125m,处到高峰值,1.31rH,。而后又逐渐恢复到,rH,。,从煤层倾斜方向看：即曲线,1,、,2,、,3,、,4,中，工作面中部测点的支承,压力值（曲线,3,）为最大，其它各测点的压力值均未达,rH,。,结论：在工作面后方冒落矸石所受压力仅恢复到,rH,或比,rH,稍大一点。,采煤工作面后方（采空区）支承压力分布示意图,图,6,13,第五节采煤工作面四周的支承压力及其传递,（三）采煤工作面前后方支承压力的特点：,图,4,14,示。,1,支承压力分布：,三个区。即：应力降低区（减压区）、应力增高区,（支承压力区）、应力不变区（稳压区）。,2,特点：,前方支承压力远比后方大。（前方煤壁一端几乎支撑着工,作面上方裂缝带及其上覆岩层的大部分重量）。,前后方支撑压力是随时间向前移动。（工作面煤壁及采空区垮落带,是随时间向前移动的，因而,）。,采煤工作空间处于减压范围内。（由于裂缝带内形成了以煤壁及采,空区垮落带为前后支撑点的半供式平衡）。,采煤工作面前后方支承压力分布示意图,图,6,14,a,应力升高区（支承压力区）,；,b,应力降低区；,c,原始应力区,采煤工作面前后方支承压力分布示意图,图,6,14,a,应力降低区；,b,应力升高区（支承压力区）；,c,原始应力区,第五节采煤工作面四周的支承压力及其传递,（四）采煤工作面采空区侧向支承压力,即：工作面采空区上、下方的支承压力。图,6,15,示。,1,特点：固定支承压力。（支承压力在采空区顶板岩层冒落稳定后渐,趋于固定值）。,2,影响：,若煤壁或煤柱强度不足，则煤帮或煤柱会产生变形或破坏。,在此支承压力区内布置的巷道将长期受到影响。,采煤工作面采空区侧向支承压力,图,6,15,采煤工作面左右两侧支承压力分布,卸载带；,支承压力带；,原岩应力带；,采后应力稳定带；峰值位置,采煤工作面采空区侧向支承压力,第五节采煤工作面四周的支承压力及其传递,三、支承压力在底板中的传递,图,6,16,、,17,示。,图,6,16,：垂直方向不同深处的压应力分布。,（曲线,abc,、,a,1,b,1,c,1,）,图,6,16,：与受载面积中心轴线相距,y,的应力分布曲线。（,=0,，即,煤柱中心线上的应力）。,结论：底板内各点的应力与施力点（距煤柱间距）的距离成反比。,即：随底板岩层与煤柱之间的垂距增加而迅速降低。,应力以受载中心为最大，向煤柱外侧呈一定角度扩展，在边缘处迅,速减小。,底板内压应力的大小与煤柱上方的支承压力成正比。,即：煤柱两侧采动，产生支承压力叠加，引起传递深度和应力大小均,比单侧采动时大得多。,煤柱下的应力传递示意图,图,6,16,均分布载荷作用下不同深度处的压应力分布,底板岩层内的应力分布示意图,图,6,17,底板岩层内的应力分布,1,，,2,支承压力曲线；,3,原岩应力曲线；,4,，,5,应力增高区境界线；,6,应力降低区境界线,第五节采煤工作面四周的支承压力及其传递,三、支承压力在底板中的传递,随煤柱宽度减小，其传递深度和应力值将显著增大。,底板岩层坚硬，则传递的应力迅速减弱，但向煤柱外侧的扩展角度,增大。松软岩层内其传递深度比坚硬岩层内大得多。,支承压力的大小与煤层倾角、厚度、埋深等密切相关。,等压线：把底板中垂直应力相同的各点连成曲线。即是。,图,6,17,中,4,、,5,、,6,为等压线。,曲线,4,、,5,以内为增压区，距煤柱愈近压力愈大。,曲线,4,、,5,外为不受煤柱支承压力影响的区域。,曲线,6,内是低于原岩应力的降低区。,第五节采煤工作面四周的支承压力及其传递,四、巷道布置分析,（底板中的巷道布置分析）,为使底板中的巷道避开应力增高区，需同时控制两个因素：,1,巷道距煤层底板的垂直距离：，可由,4,6m,至,40m,。,分析：值愈大，则巷道所受的垂直应力愈小。,影响的因素：围岩性质及地质破坏程度。,岩巷至煤层底板合理的垂距：表,6,2,示。,2,巷道布置在煤柱影响角,以外。图,6,18,、,19,示。,巷道离煤柱边界的水平距离为：,式中,煤层倾解,角的余角,=90,角可在,25,55,之间变化，通常支承压力越大，煤柱尺寸越,小，则,角越大，表,6,3,示。,巷道位置选择示意图,图,6,18,巷道位置选择示意图,a,巷道在应力增高区；,b,巷道在应力降低区或原始应力区,式中,煤层倾角；,的余角；,=90,；,2555,；,通常支承压力越大和煤,柱尺寸越小，,角越大；,见表,6-3,。,巷道距煤壁水平距离计算示意图,图,6-19,巷道至煤壁边缘水平距离的计算图,第五节采煤工作面四周的支承压力及其传递,五、影响支承压力的因素,1,开采深度：支承压力与采深成正比。（,=,KrH,）。,2,顶板岩性：越坚硬，则分布范围越大，应力集中系数（,K,值）较,小。,例：（参考张希俊,P88,，图,6,25,）。,砂岩顶板时：工作面前方作用范围达,100m,（曲线,1,）；,松软的泥质页岩时：作用范围仅,40,左右（曲线,2,）；,顶板裂隙发育时：支承压力较集中，影响范围也较小。,底板越坚硬：支承压力影响范围大，但集中程度小。,3,煤的强度：,煤质松软：变形破坏程度愈高，分布范围愈大，集中程度,K,愈低。,煤质坚硬：分布范围变小，集中程度变高。,第五节采煤工作面四周的支承压力及其传递,六、支承压力引起的矿压显现,1,顶板预先下沉：工作面前方尚未悬露的顶板，即开始下沉。下沉量,可达,15,60mm,，甚至达,100mm,。,危害：产生裂隙，增加了工作面和工作面前方区巷道的压力。,措施：工作面前方,20m,内及上、下出口处加强支护，增设抬棚、斜撑,等。,2,工作面煤壁变形破坏：导致煤壁破碎、片帮，其范围一般,1,3m,，,对安全不利，但有利于浅截深采煤机落煤。,3,产生冲击地压：即煤和岩层在矿压作用下，急剧破碎和抛出的现,象，如：放煤炮、煤被压出、顶板下沉及断裂等现象。,措施：降低其集中程度，采用充填法，不留煤柱，避免两个面相向推,进，加快推进速度，减少顶板悬露时间，缩小控顶距等。,4,煤与瓦斯突出：吸附 解吸，压力增大 突出。,采煤工作面四周的支承压力及其传递,课堂小结：,1,支承压力的概念及形成过程。,2,工作面前后方支承压力的颁特点。,3,支承压力在底板中的传递规律。,4,底板中布置要考虑的二个因素。,5,支承压力引起的矿压显现及采取的措施。,谢谢大家！,再见！,第六节采煤工作面顶板分类,一、缓斜煤层工作面顶板分类,（一）直接顶的分类,（二）基本顶分级,二、我国曾将直接顶的稳定性分为三类,第六节采煤工作面顶板分类,一、缓斜煤层工作面顶板分类,（一）直接顶的分类,1,依据,（,1,）岩性指标,：用岩石单向抗压强度,R,C,、节理裂隙间距,I,、分层厚度,，综合而成的强度指数,D,确定。,测定方法：,R,C,：可从采空区冒落矸石或直接向顶板打钻取样（制成直径,48,56mm,、高径比为,1.8,2.2,的试样），在实验室测定。也可用捣碎法测,定。,捣碎法：以,240N,固定重量的重锤，在,600mm,高度自由落下，冲击试,块，根据试块在给定的冲击功作用下，被捣碎后形成的粉未数量，计算,f,值，再换算为,R,C,（）,第六节采煤工作面顶板分类,1,依据,（,1,）岩性指标,I,：以在巷道内测定肉眼可见的最发育的一组构造裂隙为准，用测得,有代表性的,10,15,个观测数据的平均值，作为计算指标。也可在工作面,观测，但不要把采煤造成的裂隙统计在内。,h,：是不同岩性的岩层之间和同一岩层内沿层理的离层面之间的间,距。可在巷道、工作面控顶区或采空区内测定，统计有代表性的,10,15,个数据的平均值，作为分类的计算指标。若最下面的分层厚度大于,1m,，,就以该层厚度为准，否则取直接顶下位岩层,1.5,2.0m,内各分层厚度的平,均值。,第六节采煤工作面顶板分类,1,依据,（,1,）岩性指标,强度指数计算：,D=10 R,C,C,1,C,2,式中,R,C,岩石单向抗压强度，,MPa,；,C,1,节理裂隙影响系数；从表,6,5,中查；,C,2,分层厚度影响系数；从表,6,6,中查。,第六节采煤工作面顶板分类,（一）直接顶的分类,（,2,）参考指标,：直接顶初次垮落步距,L,。（作为检验）,测定,L,：以冒落高度,1.0,1.5m,以上、占工作面二分之一以上，从工,作面切顶线到开切眼煤壁之间的距离作为分类计算指标。若工作面长,度,a,与,L,之比小于,3,，可用等效步距：,（作为分类参考指标）,2,分类：以,D,为主要指标、,l,为参考指标，分四类。,即 不稳定顶板、中等稳定顶板、稳定顶板、坚硬顶板。表,6,4,示。,第六节采煤工作面顶板分类,（二）基本顶分级,1,依据,（,1,）直接顶厚度与采高的比值：,测定,N,：根据构成基本顶的条件和地质柱状图，找出所在位置和直接,顶的厚度计算而得。,（,2,）基本顶初次来压步距：,L,。,测定,L,：可根据现场实测或矿压显现特征确定。,2,分级：根据,N,、,L,及基本顶来压显现程度，分四级。,即 不明显、明显、强烈、极强烈,。表,6,7,，图,6,20,示。,第六节采煤工作面顶板分类,二、我国曾将直接顶的稳定性分为三类,1,破碎顶板：采煤时若不及时支护，很易造成局部冒顶。,如：页岩、煤顶、再生顶板等。,2,中等稳定顶板：直接顶的强度较大，虽受一系列裂隙切割，但局部,尚完好。,如：砂页岩、粉砂岩等。,3,完整顶板：允许悬露面积大，稳定性好，不易发生局部冒顶。,如：砂岩、坚硬的砂页岩等。,第七节采煤工作面矿压观测 （概述）,矿压观测：,利用各种仪表工具，对采煤工作面及区段巷道各种矿压,显现进行观察、测量和记录，通过分析大量观测数据，总结采煤工作面,矿压显现规律，以解决具体生产技术问题。,一、观测的目的,掌握工作面上覆岩层运动规律，分析采煤空间支架与围岩的相互作用,关系；提供合理的顶板控制措施，选择合理的采煤参数；及时进行顶板,来压预报，合理安排采煤工艺；为研制采煤机械和支架提供基础参数。,第七节采煤工作面矿压观测 （概述）,二、观测的类型及内容,1,类型：常规观测和专业观测两种。,2,内容：,常规观测：在于掌握工作面矿压基本规律，综合分析工作面矿压控制,问题。一般要进行“三量”观测，即 顶底板移近量、支架阻力、活柱下缩,量的观测。还应进行顶板破碎度的观测。,专项观测：在于对工作面矿压影响因素进行专门项目的观测。,如：上覆岩层活动规律的观测。,第七节采煤工作面矿压观测 （概述）,三、观测的阶段及任务,1,测前准备阶段,2,现场观测和日常整理资料阶段。,3,总结工作阶段。,（以上内容参考：张希俊主编,煤矿开采方法,教材）,采场顶板的分类及矿压观测,课堂小结：,1,直接顶、基本顶的分类方法、指标。,2,采煤工作面顶板观测的目的、类型、内容。,3,采场矿山压力基础知识的总结。,采场顶板活动的一般规律,支承压力的分布规律及特点,顶板分类,4,讨论、总结。,谢谢大家！,再见！,