第三章_采场上覆岩层运动和发展的基本规律2ppt课件

1、之第三章采场上覆岩层运动和开展的根本规律山东科技大学资环学院资 源 工 程 系本章提要本章特点学习难点有较多的根本概念有较多的根本规律矿岩层运动和破坏方式的判别方法岩层纵向组合运动的分析方法岩层推进方向岩层运动各阶段的参数特点上覆岩层运动和破坏的根本方式上覆岩层在推进方向上的运动规律 上覆岩层纵向运动开展的根本规律上覆岩层运动参数确实定 P1 3.1上覆岩层运动和破坏的根本方式3.1.1上覆岩层运动的两种根本方式3.1.3上覆岩层破坏方式的判别3.1.2 岩层运动开展至破坏的力学条件 3.1.4岩层破坏方式的转化3.3上覆岩层在推进方向上的运动规律 3.4 上覆岩层运动参数确实定 3.2上覆岩

2、层纵向运动开展的根本规律P23.1.1上覆岩层运动的两种根本方式一 弯拉破坏的运动方式1 运动过程上覆岩层悬露如图3.1a在其重力作用下弯曲如图3.1b端部开裂如图3.1c构成“假塑性岩梁如图3.1d自行跨落如图3.1eP3bacdP4e 岩层运动由弯曲沉降开展至破坏的力学条件是岩层中的最大弯曲拉应力到达其抗拉强度。即： 3.1 2 力学条件图3.1弯拉破坏的运动方式P5二 剪切断破坏的运动方式弯曲变形端部开裂图3.3a整体切断跨落图3.3b1 运动过程P6ab图3.2 剪切运动的根本方式 P72 剪断的充要条件当采场推进至岩梁端部开裂位置附近，剩余抗剪断面上的剪应力超越限制，虽其中部还未裂开

3、，只需岩层下部有少量运动空间，岩层即被剪断。3 显现特点动压冲击支架阻力不够顶板沿煤壁切下如图3.3a台阶下沉如图3.3bP8a b 图3.3 剪断运动方式对任务面的要挟P93.1.2 岩层运动开展至破坏的力学条件 悬跨度到达极限跨度中部裂断弯拉破坏深化煤壁的两端部断裂力学过程弯坏的力学过程，就是其支承条件由双嵌固梁向简支梁开展的过程。如图3.4abP10图3.5 岩梁的支承条件与弯距 a-嵌固形状; b-简支形状P11任务面推进至岩梁悬跨度达极限值L0时，梁端弯矩MA为： 当梁端部的拉应力为： 3.12 悬露岩层由弯曲开展至破坏的力学过程和条件为P123.13 当悬露岩层上部存在较为脆弱的岩

4、层时，那么构成由不同岩性的岩层组成下硬上软的组合岩梁，其端部裂断时的拉应力为： 当悬露岩层上部无比其脆弱岩层时，该岩层只受本身重力的作用，其端部裂断时的拉应力可按下式计算 3.14 P13式中 m 强度高的下部支托层厚度，m； 随支托层同时运动上部较脆弱的岩层的厚度，m。 在梁端部开裂开展的过程中，随着端部弯矩减少，梁的中部弯矩将逐渐添加；随着支承条件向简支梁的转化，中部弯矩将向接近 的数值开展。 P14在嵌固梁向简支梁转化的过程中，当岩梁中部拉应力到达 时， 中部必然拉开，岩梁开展至跨落或坚持“假塑性岩梁形状。 岩梁端部和中部开裂的力学条件应为 = 为了便于运用，其力学条件可用岩梁悬露的极限

5、跨度L0表示。 3.15 P15当=0，即单一岩层弯曲破坏时， 3.16 显然，L0值随岩梁厚度m、允许抗拉强度的添加而增大，随的添加而减小。 支托层上的软岩厚度 岩梁剪坏的力学过程 当岩梁悬跨度到达极限跨度时，梁端因拉应力超限而开裂； 岩层剪坏的力学过程和条件P16当任务面煤壁推至开裂位置或构造断裂面附近，在梁中部拉应力的大小仍未到达超限的情况下，由于悬露岩层端部剩余抗剪断面缺乏，其剪应力超限，呵斥岩层沿任务面煤壁附近整体切断而跨落。假设任务面支护有较高的支护强度，岩层将沿放顶线切下。 悬露岩层剪坏的力学条件是：梁端抗剪断面上的最大剪应力为：最大剪应力Qmax和抗剪端面面积S分别为：P17整

6、理得以岩层悬露跨度表示的剪坏力学条件为：实际判别根据力学条件分析，实际上判别是很简单的。 岩层的两种破坏方式是随地质和采动条件的变化而相互转化的。3.1.3上覆岩层破坏方式的判别L0 E上m上2E下m下2 E上m上2 上下两岩层同时运动上下两岩层分开运动且下部岩层先运动P30两岩层在自重作用下弯曲沉降分析L下= 1.25L上由E下m下2=(1.25)4 E上m上2判别E一样m下m上E下1.254 m上2时才同时运动下部先运动P31只需当E下1.254 E上同时运动m,E都不一样E下m下21.254 E上m上2同时运动E下m下2 1.254 E上m上2分开运动m一样E下=E上，m下=m上下部先运

7、动P32岩层纵向运动开展规律1 随采场推进，岩层悬露达一定跨度弯曲沉降到一定值后，强度低的脆弱夹层或接触面在轴向剪应力作用下破坏，发生离层，并为下部岩层的自在沉降和运动向上部岩层开展发明了条件。4 岩层的厚度较之岩性对岩层的离层和运动组合的影响重要的多。 2 岩层的纵向运动总趋势大体上是由下而上开展的。3 离层后上下岩层的运动组合情况由岩层的强度差别决议，上部岩层强度较下部岩层越高，下部岩层越先于上部岩层运动，上部岩层运动滞后的时间越长。相反，那么同时运动。P33直接顶所谓直接顶是指在老塘采空区内已跨落，在采场内由支架暂时支撑的悬臂梁，其构造特点是在采场推进方向上不能一直坚持程度力的传送。如图

8、3.11a所示。根本顶是指运动时对采场矿压显现有明显影响的传送岩梁的总合，在初次来压后，是一组在推进方向上能一直传送程度力的不等高裂隙梁。如图3.11b所示。 a直接顶 b根本顶 3.2.2 直接顶和根本顶P34 3.2.3直接顶和根本顶的相互转化 实际证明，能够呵斥直接顶和根本顶两部分岩梁转化的缘由，主要有以下几个方面： 1地质条件的变化，主要是岩层厚度和断层等构造的影响。 2采动条件的变化，主要是采高和推进速度的变化。 3改动采空区顶板处置方法。 4改动开采程序。 P353.1上覆岩层运动和破坏的根本方式3.3上覆岩层在推进方向上的运动规律 3.2上覆岩层纵向运动开展的根本规律3.3.1采

9、场上覆岩层运动的两个开展阶段3.3.2岩层运动的开展过程3.3.3影响岩层运动开展的要素3.4 上覆岩层运动参数确实定 P36图3.12 采场上覆岩层运动3.3.1采场上覆岩层运动的两个开展阶段初次运动阶段从岩层由开切眼开场悬落,到对任务面有影响的一、二个传递岩梁第一次断裂运动终了为止。如图3.12a、bP37图3.12上覆岩层运动周期性运动阶段从岩层初次运动终了到任务面采完，顶板岩层按一定周期有规律的断裂运动，称做周期性运动阶段如图3.12cf。P383.3.2岩层运动的开展过程图3.12中a 、c、e我们把岩梁运动幅度较小，对采场矿压影响不明显的过程称为岩梁处于相对稳定过程。用相对稳定运动

10、步距 b表示。即岩梁处于相对稳定形状时任务面推进的间隔图3.12中 b、d、f岩梁运动幅度大，对采场矿压有明显影响的过程,称为岩梁处于显著运动过程,既通常所说的来压过程。用显著运动步距a 表示,即岩梁大幅度运动开场,到运动根本终了相对稳定阶段显著运动过程P39为止,任务面推进的间隔。岩梁阅历一次相对稳定过程与显著运动的全过程就完成了一个周期,描画岩梁运动周期长短的参数时周期来压步距C,是指岩梁完成一次周期性运开任务面所推过的间隔。 c=a+ba-岩梁的显著运动步距,b-岩梁的相对稳定步距.来压步距是反映岩梁强度特征和对任务面影响程度的重要参数。岩梁来压步距P403.3.3影响岩层运动开展的要素

11、岩层的强度特征采动条件 采高、推进速度。内在要素力学性质厚度节理裂隙分层厚度t厚薄大小P41强迫放顶、充填全部充填、部分充填。采空区处置方法3.3.4岩梁运动的根本参数初次运动阶段的根本参数1 表达岩梁运动过程的根本参数岩梁的相对稳定步距b0岩梁的显著运动步距a0岩梁初次来压步距c0P42来压完成时辰采场顶板下沉量给定变形(支架对岩梁运动不进展限制) ： 2 表达岩梁来压终了时辰岩梁位置形状的参数C0-初次来压步距, h-采高; -冒高限定变形(支架对岩梁运动进展限制)： 用h0表示，由支护强度PT决议。P43 来压终了时的岩梁跨度给定：LOA(来压终了时的岩梁跨度)表示，大小由岩梁运动步距决

12、议。限定：L0表示，由支护强度决议。采场最小顶板下沉量 h0 。3 表达岩梁来压前夕的位态参数岩梁的最大跨度 L0=b0(岩梁的相对稳定步距) P44正常推进阶段根本参数 1 表达岩梁运动过程的参数 b、a、c2 表达周期来压终了时的位态参数。 来压终了时顶板下沉量：给定变形：hA 限定变形: hi来压终了时的岩梁跨度：给定变形：LA 限定变形：LiP453 表达周期来压前夕岩梁位态参数及其相互关系极限跨度：岩梁运动步距的力学分析 1、岩梁第一次来压步距C0组合梁：单一梁：P462、岩梁周期来压步距c岩梁为不等高支承的铰接岩梁。铰接岩梁由原来曾经断裂的部分c1及可以近似看成是处于悬臂梁受力形状

13、的部分C2组成。假设不思索岩梁的挠曲那么C2部分所受的构造力包括：岩梁的自重 C1部分经过铰接点 O的推压力P及相应的摩擦力F=Pf。P47图3.15 根本顶岩梁周期来压模型 P483.4 上覆岩层运动参数确实定 3.4.1 直接顶厚度冒高确实定方法开采单一煤层或厚煤层分层的冒高值一不思索岩梁本身沉降的推断方法岩层冒落至自然接顶，不思索岩层本身沉降的影响。从以下图中可以推得：对于强度不高，厚度不大的岩层覆盖采场，普通在初次来压阶段比较准确，而没有思索岩层都是由沉降而开展的实践。对于缓沉采场不能解释观念P49 图3.17 不思索岩层弯曲沉降时的冒高 P50除整体切断采场外，岩层冒落都是由弯曲沉降

14、而来，推断冒高必需思索岩梁沉降和岩层变形才干及下步运动空间的高度。二思索岩梁沉降的推断方法1SA与KA的取值一定要在同一地点。 2 SA与KA值的实践意义是确定的反力中心。观念留意P51 图3.18 思索岩层弯曲沉降时的冒高 P52三直接顶厚度的实测推断方法 利用采场来压前夕支柱承载值P可以反推直接顶跨落厚度。 图3.19 采场来压前夕支柱受力图 P53采高h 的影响 岩梁的允许沉降值S0及岩梁的实践沉降 值SA的影响 四影响直接顶厚度的主要要素 五岩梁触矸处已冒岩层碎胀系数KA的影响 岩层的岩石力学性质及构造情况岩层破坏方式六 采空区顶板处置方法的影响采用充填法可以减少冒高值采用强迫放顶可以将能够整体跨落的采场向普通采场转化P54七开采程序的影响 在有整体切落危险的巩固顶板岩层条件下，实行反程序开采，可防止切落危险。 3.4.2 根本顶厚度确实定方法 关于根本顶的厚度范围，宋振骐院士等曾经在开滦范各庄矿岩层运动实测的研讨中进展了讨论，初步以为根本顶范围约为采高的56倍。经过最近几年井下实测研讨的验证，在普通岩层条件下，这个结论比较接近客观实践。 P55井下采用岩层动态观测研讨方法确定根本顶厚度，包括以下两方面的任务内容：1确定各传送岩梁的位置及厚度； 2确定影响采场的传送岩梁的数目。 P56