采场矿山压力显现基本规律1

1、第四章第四章 采场矿山压力显现采场矿山压力显现基本规律基本规律第一节第一节 概概 述述1、顶板下沉：、顶板下沉：一般指顶底板相对移近量。常以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（每米采高、每米推进度下沉量（S/LM）作为衡量）作为衡量顶板状态的一个指标。顶板状态的一个指标。2、顶板下沉速度：、顶板下沉速度：指单位时间内的顶底板移近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。量。它表示顶板活动的剧烈程度。3、支柱变形与折损、支柱变形与折损4、顶板破碎情况：、顶板破碎情况： 常以单位面积中冒落面积所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，常用来衡量顶板占的

2、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。管理好坏的质量标准之一。5、局部冒顶、局部冒顶6、大面积冒顶：、大面积冒顶：切落、推垮。切落、推垮。其它矿山压力现象：其它矿山压力现象：煤壁片帮、支柱钻底、底鼓等。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。回采工作空间是一个小结构，它处于覆岩大结构之中。“大结构大结构”的变形、失稳将直接影响到小结构的状态，的变形、失稳将直接影响到小结构的状态，同时同时“大结构大结构”周围的支承压力分布情况也将直接影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。响到煤壁及底板岩层的稳定性。第二节第二节

3、 老顶的初次来压老顶的初次来压老顶的初次来压：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），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、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。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，支架工作阻会缓和和

4、停止。为了不使老顶沿工作面切落，支架工作阻力应等于力应等于Q1与与Q2之和。之和。老顶初次来压的力学模型老顶初次来压的力学模型由于支架反力（支撑力）由于支架反力（支撑力）P形成的反力矩难以平衡形成的反力矩难以平衡由老顶初次来压载荷由老顶初次来压载荷Q2所所形成的力矩，因而老顶岩形成的力矩，因而老顶岩块的回转在一定程度上是块的回转在一定程度上是不可避免的，工作面顶板不可避免的，工作面顶板必然随之发生下沉。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几个有益的结论老顶的初次来压步距：老顶的初次来压步距：与老顶初次断裂步距相当。与

5、老顶初次断裂步距相当。动载系数：动载系数：支架来压时载荷与平时载荷之比。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。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。我国初次来压步距次来压步距1030m占占54，3055m占占37.5。一、回采工作面推进对一、回采工作面推进对“砌体梁砌体梁”结构的影响结构的影响第三节第三节 老顶的周期来压老顶的周期来压A岩块的受力分析岩块的受力分析随着回采工作面的推进随着回采工作面的推进,上覆岩层的结构经历了上覆

6、岩层的结构经历了“稳定失稳定失稳再稳定稳再稳定”的过程，这种变化将呈现周而复始的过程。的过程，这种变化将呈现周而复始的过程。由于由于A岩块的回转，必然导致工作面顶板的不断下沉。从岩块的回转，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。管理顶板出发，支架性能必须与之相适应。支架应具备：支架应具备： 一定的可缩量一定的可缩量; 一定的工作阻力：一定的工作阻力：PQABTtg(-)。对于冒落带岩层，对于冒落带岩层，T0，PQA+B,即支柱阻力能承受控顶即支柱阻力能承受控顶区全部岩层重量。区全部岩层重量。二、老顶的周期来压二、老顶的周期来压老顶岩层的周期性破断致使老顶岩层的周

7、期性破断致使“砌体梁砌体梁”结构的周期性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。期来压。周期来压的主要表现形式：顶板下沉速度急剧增加；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。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老顶的周期来压步距相当于初次来压步距的

8、1/2 1/2.5。三、老顶的周期来压步距三、老顶的周期来压步距)tan(1TQPBA四、老顶来压期间的顶板控制四、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，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，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。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，老顶对工作面影的程度直接相关。采空区冒落

9、愈严实，老顶对工作面影响愈小；反之，则越大。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。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：预防老顶来压造成事故的措施：来压的预测预报；来压的预测预报；加强支护；加强支护；工作面与开切眼斜交，工作面与开切眼斜交，使老顶悬板呈梯形，让使老顶悬板呈梯形，让工作面呈局部来压。工作面呈局部来压。梯形悬露顶板的破断形状梯形悬露顶板的破断形状第四节第四节 顶板压力的估算顶板压力的估算支架受力包括两部分：支架受力包括两部分：直接顶的载荷直接顶的载荷Q1；老顶通过直接顶作用于老顶通过直接顶作用于支架的载荷支架的载荷Q2。图图

10、4-11 4-11 回采工作面的顶板压力回采工作面的顶板压力一、经验估算法一、经验估算法直接顶载荷直接顶载荷Q1为：为：11hLQ 老顶载荷老顶载荷Q2采用直接顶载荷的倍数估算，则有：采用直接顶载荷的倍数估算，则有：MKMhnqqp841221 顶板压力的一般估算公式为：顶板压力的一般估算公式为：PQ1Q2 从老顶结构的滑落失稳估算顶板压力：从老顶结构的滑落失稳估算顶板压力：iEihhKP00二、从老顶形成结构的平衡关系估算二、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，基于老顶的位移由老顶结构的变形失稳估算顶板压力，基于老顶的位移量量L与对支架形成的载荷与对支架形成的载荷

11、P呈双曲线关系，提出呈双曲线关系，提出P L常数，为此，老顶对支架作用载荷为：常数，为此，老顶对支架作用载荷为：)tan()(200HQLQFiiBA只考虑直接顶的形状与载荷，引入了支架与围岩相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。互平衡而产生的附加力的概念。三、威尔逊估算法三、威尔逊估算法rQlQPlQQPP3131适用条件：适用条件：我国华北的大部分矿区可用经验估算法，即我国华北的大部分矿区可用经验估算法，即4 48 8倍采高倍采高的岩柱重量。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

12、失稳的估算法。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。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第六节影响采场矿压显现的因素一、采高与控顶距一、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。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。工工作面开采后上覆岩层的

13、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。作面支架的支撑力一般不能改变此曲线的性质。因此，采场支护的因此，采场支护的“小结构小结构”必须与覆岩形成的必须与覆岩形成的“大结构大结构”相适应。相适应。图图4-16 上覆岩层移动与工作面空间顶上覆岩层移动与工作面空间顶板下沉的关系板下沉的关系mLmLLKKKsOPOPL11二、工作面推进速度的影响二、工作面推进速度的影响三、开采深度的影响三、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，巷道围岩的加，巷道围岩的“挤、压、鼓挤、压、鼓”现象将更为严重。随

14、采深现象将更为严重。随采深增大，冲击矿压的次数与强度都将明显增加。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现象将加剧。这是由于老顶岩层形成的“ 砌体梁砌体梁 ”大结大结构对采场支护构对采场支护“小结构小结构”起到了保护作用。采深对起到了保护作用。采深对“砌体砌体梁梁”结构的稳定性影响不大。结构的稳定性影响不大。四、煤层倾角的影响四、煤层倾角的影响图图4-23 采空区冒落矸石滑移及其造成的后果采空区冒落矸石滑移及其造成的后果工作面沿倾斜方向向下推进时（俯采工作面）工作面沿倾斜方向向下推进时（俯采工作面） 图图4-24 沿倾斜方向开采时岩块的咬合关系沿倾斜方向开采时岩块的咬合关系aaaRTQ)tan(沿倾斜方向向上推进时（仰采工作面）沿倾斜方向向上推进时（仰采工作面）沿走向方向推进时沿走向方向推进时因此，在同样的