采场顶板活动规律

第三章采场顶板活动规律

本节介绍：

老顶的初次断裂步距老顶初次断裂后的砌体梁结构及其稳定性分析

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砌体梁假说是中国矿业大学钱鸣高教授在前苏联学者库兹涅佐夫教授的铰接岩块假说的基础上根据相似模型实验和现场实测，运用结构力学的方法得到了采场上覆岩层的平衡和失稳条件，从而提出了“砌体梁”假说。砌体梁假说认为，在老顶岩梁达到断裂步距之后，随着工作面的继续推进，岩梁将会折断，但断裂后的岩块由于排列整齐．在相互回转时能形成挤压，由于岩块间的水平力以及相互间形成的摩擦力的作用，在一定条件下能够形成外表似梁实则为半拱的结构。这种平衡结构形如砌体，故称之为砌体梁。第六节老顶断裂后的“砌体梁”结构及其稳定性分析2

根据岩层移动特点，可将上覆岩层按坚硬岩层分成若干个岩层组，而每一个岩层组的底板则为坚硬岩层．由测定可知断裂成为岩块，岩块间相互咬台则可能形成图示的结构。该结构为“煤壁——已冒落矸石”及“煤壁——支架——已冒落矸石”两种支撑体系所支撑．采场上覆岩层可沿走向分为三个区，A——煤壁支撑影响区：B——离层区或支架影响区；C——已冒落矸石的支撑区．34

由于岩层抗拉强度较小，老顶岩梁很可能先在两侧支座的上端裂开，而后在梁的中间底部开裂。随着岩块的转动形成强大的水平挤压力，使岩块间形成了三铰拱式的平衡。（砌体梁）51．结构的滑落失稳

根据三铰拱的平衡原理，成供且使岩块保持平衡的水平推力T为：

当剪切力与摩擦力相等时，呈极限平衡状态。如果剪切力大干摩擦力，此结构将出现滑落失稳。6结构不产生滑落失稳，必须满足带入上式：一般情况下，摩檫角度是38度到45度，岩块长度要大于2~2.5倍岩块厚度，才能防止结构产生滑落失稳。7

若考虑老顶岩层断裂时，断裂面与垂直面成一断裂角，则咬合点的关系如下图所示。（1）8对（1）式，当不论水平推力T有多大，都不能取得平衡。9

该假说在前人研究成果及现场实测的基础上，对开采层采场上覆岩层进行了分析认为：

1)、在划分的岩层组中，每组中的软岩层或断裂的岩层可视为坚硬岩层上的载荷，或者传递垂直力的媒介．

2)．由于开采的影响，坚硬岩层已经断裂成为排列较整齐的岩块．由于离层，在离层区域内，上下岩层组之间没有垂直力的传递。在水平方向由于有水平推力，形成了铰接关系．铰接点的位置取决于岩层移动曲线的形状，若曲线下凹，则铰接点位于断裂面的下部，反之则在上部，离层区视为无支撑区．3)．由于层间不能阻挡水平错动，因而视软岩层或碎裂岩层为支承链杆，即只能传递垂直力，不能阻止水平力．

4)、当岩块恢复到水平位置时，破碎岩块间的剪切力为零，故以后的岩块可以用一水平直杆代之．5)．最上岩层组的坚硬岩层，由于其上只是软岩层及冲积层；因此可视为均布载荷作用于最上组的坚硬岩层上，而下面的岩层组则不然．6)，最上的坚硬岩层，随着回采工作面的推进．由于载荷条件一致，因而该岩层断裂后各岩块可视为等长．但下面各组岩层由于相互作用，破碎后的长度未必相等．2．受力、稳定性分析10根据以上分析，提出采场上覆岩层的岩体结构模型如图所示．11

利用结构力学的方法，得到了该结构的力学特征及平衡条件。

任一岩层的水平推力Ti为:式中，Lio——悬露岩块的破碎长度；

Qi0——悬露岩块的重量：

hi——第i层岩块的厚度；

Si0——第i层岩块的下沉量．12砌体梁岩层结构的主要特征如下：1)悬露岩块(Bi)的重量几乎全部由前支承点(即煤壁)支撑；2)岩块Bi与Ci之间的剪切力几乎近似于零，故此处即为铰合岩块形成的半拱的拱顶。3)该结构的最