一年级数学市公开课一等奖省名师优质课赛课一等奖课件

10/10/1⑤掘进工作面推进冲击地压原因及条件：

在有冲击地压危险煤层条件下掘进巷道，冲击地压发生和实现条件如图所表示。10/10/2a留小煤柱（“内应力场”范围内）掘进Ⅰ在“内应力场”形成和稳定之前开掘巷道（图中1位置），存在冲击地压危险（采深大于300m）；Ⅱ在“内应力场”形成稳定后（图中2位置），开掘巷道能够防止冲击地压发生；Ⅲ在未经采动释放结构应力场中掘进巷道，将有瓦斯和煤层同时突出危险。b大煤柱护巷方案Ⅰ高应力区开掘巷道（采深大于300~400m）时，存在冲击地压危险；Ⅱ在低应力区开掘巷道，在采深小于600~800m时，将防止冲击地压发生。10/10/3⑤回采工作面推进过程中冲击地压发生原因及实现条件：

a.回采工作面内冲击地压发生和实现条件Ⅰ单一重力场冲击地压将发生在坚硬岩层顶板第一次裂断开始到采场第一次来压阶段完成，推进距离靠近工作面长度时范围内。“内应力场”形成之后采场推进全过程中，出现冲击地压可能性将很小。10/10/4

Ⅱ.临近结构应力场应力高峰区掘进开切眼至坚硬岩层裂断来压完成期间时，一直存在冲击地压威胁，进入出现“内应力场”正常推进阶段后，冲击地压事故灾害出现可能性一样将很小。10/10/5

b.回采巷道冲击地压实现条件Ⅰ在采场推进全过程中，伴随坚硬顶板裂断，一直存在诱发冲击地压威胁；10/10/6Ⅱ随采场推进和坚硬顶板跨落，以及支承压力增加，伴随坚硬顶板裂断，回采巷道破坏范围将深入加大，进入正常阶段将到达最大化10/10/7Ⅲ受两侧坚硬顶板悬露，支承压力叠加影响，回风巷道冲击地压破坏范围远比运输巷道大得多。10/10/8(2)煤柱充填护巷控制冲击地压优势①沿空掘巷“U”型通风方案a.实现了在稳定内应力场掘进，从而防止了掘进中冲击地压和瓦斯煤层突出事故可能性。b.排出了护巷煤柱聚集高强度压缩弹性能条件，使回风巷道一直处于已破坏煤壁缓冲保护之下。10/10/9②沿空留巷“Y”型通风方案a.防止了在应力高峰区，高强度压缩弹性能部位开掘回风巷道引发冲击地压可能性。b.防止了回采工作面推进回风巷道发生冲击地压灾害可能性。10/10/102.1.3无煤柱充填开采模式应用水害控制研究基础

(1)顶板透水事故预测和控制相关信息基础10/10/11(2)底板突水事故预测和控制相关信息基础保护煤柱留设示意图10/10/12留煤柱与不留煤柱与突水关系图(a)(b)10/10/13针对煤炭高效安全开采，尤其是重大事故预测和控制需要在广大现场工程实践基础上，逐步发展和完善“实用矿山压力控制”理论研究相关结果，包含采场推进上覆岩层运动和应力场应力大小分布发展改变规律研究，以及以此为基础用于指导事故灾害预测和控制决议采场结构模型建设研究，为无煤柱安全高效开采优化设计和实施奠定了理论基础。2.2无煤柱充填开采模式方案设计工程理论基础10/10/14

包括无煤柱充填开采模式优化设计和有效实施工程理论基础包含以下三个部分：(1)采场推进覆岩运动和支承压力分布发展规律及采场结构模型建设研究

①以重大事故和环境灾害控制为目标采场覆岩运动及支承压力发展改变规律研究，及以此为基础采场结构模型建设相关研究结果，充分论证了无煤柱充填开采模式推广应用主要意义。 采场推进实现垮落岩层和保持向煤壁前方传递作用力联络裂断岩梁（传递岩梁）运动和相关支承压力分布发展规律（如图1所表示）：包含推进至工作面长度（L0）时，裂断岩梁发展到最上部（最大裂断拱高）时第一次来压阶段和保持相对稳定拱高，所有岩梁进入周期性裂断正常推进阶段。10/10/15

到达工作面长度时，沿工作面长度方向切割揭示裂断拱内岩层和两侧煤壁上支承压力分布情况如图2所表示。图1

推进方向采场裂断拱发展改变示意图10/10/16图2采场推进距离（L0）时采场结构模型10/10/17 ②采场结构模型建设与相关事故发生原因条件及事故控制关系采场及准备巷道推进产生促使围岩向已采空间运动矿山压力及其显现是煤矿顶板、瓦斯、冲击地压等重大事故根源。研究不一样采动条件下矿山压力大小、分布及覆岩运动破坏规律，包含受采动影响运动和破坏岩层范围和受采动影响重新分布应力场范围及其应力大小分布特征，以及他们在形成和发展过程与相关事故和环境灾害间关系，是煤矿重大事故和环境灾害控制基础。10/10/18我们把描述不一样开采深度和覆岩情况等既定条件煤层，在不一样采动条件(包含采高、工作面长度及开采程序等)下覆岩运动破坏和矿山压力大小、分布及其随采场推进发展规律模型定义为采场结构力学模型。针对详细煤层条件和采动条件（包含工作面长度、采高和开采程序等），科学正确建立起该结构模型和确定相关结构参数，是实现该工作面推进过程中事故、环境灾害控制、相邻采场回采巷道掘进准备、回采推进过程中事故和环境灾害控制基础。10/10/19图3为近水平煤层当工作面推进到工作面长度后采场进入正常推进阶段平行工作面切割采场结构力学模型。显然，假如该工作面长度条件下形成破坏拱沟通上部含水层，采场透水事故即不可防止。一样，假如上部存在有高含瓦斯煤层或者着火煤层与之沟通，采场推进过程中就有发生瓦斯和火灾等重大事故可能性。图3采场结构模型图10/10/20

图中1、2、3为该工作面相邻接续采场回风道可能位置。显然，假如巷道选择在煤层已经破坏“内应力场”中，即图中1位置，且其是在包括内应力场受力大小破坏拱内岩层完全稳定之后开掘，则冲击地压、瓦斯爆炸和瓦斯突出等重大事故就能够防止。该巷道支护需要考虑控制岩层，仅仅是老塘已经垮落部分(即直接顶)，所以支护受力很小，维护也比较轻易。

相反，假如该巷道开掘在采场应力高峰部位，即图中2位置，在煤层存在着瓦斯突出、冲击地压倾向条件下，不采取特殊解危办法，则相关重大事故将不可防止，在该位置开掘巷道，其变形破坏假如将包括到下部承压水源断层破坏区，底板突水事故即有可能发生。显然，在高应力区开掘和维护巷道，即使开掘时间在上部采场稳定之后都会是困难。接续工作面推进时叠加支承压力将到达难以承受程度，巷道维护将极其困难。10/10/21

在采取煤柱护巷条件下，回采工作面推进产生冲击地压、瓦斯突出事故时，煤柱保护风巷破坏范围要比机巷大得多。此时在预留一样煤柱宽度位置3掘进下区段回风巷引发相关事故将不可防止。相反，假如采取在图4中4位置实施在稳定内应力场中送巷，则上述事故灾害即可完全防止。图4冲击地压与采场支承压力分布关系10/10/22

在有冲击地压和煤层突出危险工作面发生相关事故与覆岩运动和应力场分布发展间关系如图5所表示，即工作面推进至靠近工作面长度“内应力场”产生事故发生可能性很大，进入正常推进平稳阶段，有足够宽度内应力场缓冲，工作面极难出现灾害性事故。图5正常推进阶段冲击地压发生规律10/10/23 在生产现场针对详细煤层条件，建立用以预测和控制相关事故发生采场结构模型，包含模型组成和相关结构参数确实定，普通包含以下三个步骤： ①应用理论模型，针对详细煤层地质条件和采场条件推断模型结构组成和相关结构参数，即理论推断阶段；

②经过对“建模”试采工作面实测研究，校验理论模型和相关结构参数计算数学模型，以及所用岩石力学参数正确性，即现场实测研究阶段；③在实测研究基础上调整相关计算数学模型和对应力学参数，完成适合用于本煤层不一样采深和不一样条件事故预测和控制决议“采场结构模型”建设。10/10/24(2)在“内应力场”掘进和维护巷道矿压控制理论研究

图6采场推进“内应力场”范围煤层压力和压缩过程10/10/25采场两侧煤壁上承受压力随工作面推进发展改变规律如图6所表示。其中工作面从推进开始至“a+b”处范围表示了该区间破坏前后，在采场支承压力作用下受力改变过程。由此继续推进至工作面长度L0范围压力曲线，则表示了已破坏煤壁（即已形成“内应力场”中）在裂断拱内岩层沉降运动作用下受力大小改变过程。图中相关曲线分别表示了裂断拱内垮落矸石在裂断岩梁下沉压力作用下压实过程中，“内应力场”煤壁上承受压力进入稳定发展过程。10/10/26

显然，等到工作面推进至Lmax，即岩梁沉降稳定后开始沿空送巷并保持一定滞后距离，巷道承受压力将很小，不超过垮落直接顶作用力。一样，假如采取沿空留巷方案，在工作面推进Lmax后再让巷旁充填材料承受压力，则要求充填材料阻抗力能够降低到足以抗衡垮落直接顶作用即可。巷道表示上述结构模型侧帮煤柱上承受垂直压力表示式为：10/10/27(3)沉陷控制研究相关理论结果

经过不一样工作面长度和开采深度条件下地表沉陷实测分析研究抽象建立采动沉陷预测控制结构力学模型如图7所表示。图7采动沉陷预测控制结构力学模型10/10/28其中

—裂断拱两侧煤壁压缩量—裂断拱上部岩层最大挠曲沉陷值—表土含水层水位下降后压缩沉陷值其中—沉陷岩层面积—开采深度—沉陷岩层边界移动角—采场支承压力分布范围—煤层抗压刚度上述公式近似计算可表示为：在既定工作面长度（L0）条件下地表最大沉陷值ωmax为10/10/29图8采场支承压力三维结构力学模型既定工作面长度下，支承压力范围S分布如图8所表示模型由以下平衡方程表示：10/10/30裂断拱上岩层挠曲沉陷值可用下式近似计算：

其中E-岩层弹性模量γp-岩层容重既定采深H和工作面L0条件下沉陷范围Sb可由下式表示：10/10/31针对煤炭高效安全开采，尤其是重大事故预测和控制需要在广大现场工程实践基础上，逐步发展和完善“实用矿山压力控制”理论研究相关结果，采场推进上覆岩层运动和应力场应力大小分布发展改变规律研究，以及以此为基础用于指导事故灾害预测和控制决议采场结构模型，为无煤柱安全高效开采优化设计和实施奠定了理论基础。2.3无煤柱充填高效安全开采模式优越性2.3无煤柱充填高效安全开采模式优越性①节能减排②伴生资源开发利用③煤矿安全生产及环境灾害控制。包含井下重大事故灾害控制和开采沉陷造成地表环境灾害控制。预留变形巷旁充填技术预留变形量巷旁充填风带阻风（瓦斯）单体液压支柱切顶后方卧底扩巷预留变形巷旁充填技术预留变形量巷旁充填技术A