采煤工作面矿山压力基本规律

第二篇采煤方法第六章采煤工作面矿山压力

基本规律第一节矿山压力基本概念矿山压力会引起顶板事故、冲击地压、煤与瓦斯突出等事故。我国煤矿顶板事故在整个煤矿安全事故中所占比重超过40%，每年顶板事故影响的产量约占总产量的5%左右一、矿山压力的概念矿山压力：就是由于井下采掘工作破坏了岩体中原岩应力平衡状态，引起应力重新分布，我们把存在于采掘空间周围岩体内和作用在支护物上的力称为矿山压力，简称“矿压”。采动前，原始岩体中已经存在的应力是矿山压力产生的来源。如：自重应力、构造应力、遇水膨胀应力、温度应力。第一节矿山压力基本概念二、矿山压力来源

采动前，原始岩体中已经存在的应力是矿山压力产生的根源。井下深部原岩处于复杂的受力状态。承受着上覆岩层重量引起的自重应力，地质构造引起的构造应力，遇水膨胀和温度变化引起的应力等。（一）自重应力（二）构造应力（三）膨胀应力：

遇水膨胀和温度变化与气体压力引起的应力

自重应力第一节矿山压力基本概念（一）自重应力σ1=γΗσ2=σ3

=λσ1

λ=μ/1-μ

τmax=(σ1-σ2)/2泊松比：在材料的比例极限中，由均匀分布的纵向应力横向应变与相应的纵向应变之比的绝对值。μ越大λ越大硬岩μ大，软岩μ小当μ=0.5时有σ1=σ2=σ3=γΗ，形成所谓的静水压力状态，即岩体深部的原岩垂直应力与其上覆岩层重量成正比，侧向应力大致与垂直应力相等。（二）构造应力特点：（1）构造应力以水平应力为主，并以压应力为主。（2）在构造应力场中，主应力的大小和方向可能有很大的变化；两个方向的水平应力值（σ2和σ3）通常不相等。（3）水平应力大于垂直应力，即（4）构造应力在坚硬岩石中出现一般比较普遍。三、矿山压力显现

在矿山压力作用下，围岩和支架所表现出来的力学宏观现象，如围岩变形，离层，破坏和冒落，支架受力变化和折损，煤（岩）突出，充填物产生压缩和地面塌陷等，称为矿山压力显现，简称矿压显现。

采煤工作面矿压显现的主要形式：工作面顶板下沉、支架变形与折损、顶板破碎或大面积冒落、煤壁片帮、支柱插入底板、底板膨胀鼓起等。把所有人为的调节、改变和利用矿山压力的各种技术措施，叫做矿山压力控制，简称矿压控制。第二节采煤工作面围岩移动特征采煤工作面上方的岩层——顶板下方的岩层——底板顶板分类：伪顶：位于煤层之上随采随落的极不稳定岩层，厚度一般0.3～0.5m以下；直接顶：位于伪顶或直接位于煤层之上，具有一定稳定性，随移架或回柱放顶后能自行垮落的岩层；基本顶：位于直接顶或煤层之上，厚而坚硬难垮落的岩层。1、基本顶；2、直接顶；3、伪顶；4、煤层；5、底板岩层煤层顶底板岩层一、

直接顶初次垮落采煤工作面自切眼推进一段距离后，直接顶悬露达到一定跨度，就要对采空区顶板进行初次放顶，使直接顶垮落下来，这一过程称作直接顶的初次垮落。

直接顶初次垮落的跨距称为初次垮落距。初次跨落距的大小取决于直接顶岩层的强度、分层厚度和直接顶内节理裂隙的发育程度等，一般为6—12m。由于岩层破碎后体积将产生碎胀，直接顶垮落后堆积的高度要大于原来的厚度。

Kp=V′/V

式中：

Kp——碎胀系数，

V——跨落岩层原来的体积

V′——破碎后的体积岩石名称碎胀系数初始KP残余KP’砂1.06~1.151.01~1.03粘土1.02以下1.03~1.07碎煤1.20以下1.05粘土页岩1.401.10砂质页岩1.60~1.801.10~1.15硬砂岩1.50~1.80——几种岩石的碎胀系数表

岩石碎胀后，在其上部岩层压力作用下，逐渐压实，使碎胀系数变小，岩块压实后的体积与破碎前原始体积之比称为残余碎胀系数以KP’表示。

若垮落岩层原来的体积为V，破碎后的体积为V/，则两者之比值称为碎胀系数，以KP表示，即KP＝V//V若直接顶岩层的总厚度为∑h，则它冒落后堆积的高度为KP∑h，它与基本顶之间可能留下的空隙Δ

：

Δ

＝∑h＋m－KP∑h＝m－∑h（KP－1）当m＝∑h（KP－1）时，则Δ

＝0，即冒落的直接顶将充满采空区。若不计基本顶下沉，形成充满采空区所需直接顶的厚度为：∑h＝mKP-1

减小直接顶垮落后岩堆与基本顶之间的空隙Δ

，有利于控制基本顶活动。二、基本顶的初次垮落（一）基本顶初次垮落前岩层结构

若Δ>0，随直接顶初次垮落，，基本顶在一定范围内呈现悬露状态，此时可将基本顶视为一边由采煤工作面煤壁支承，另外三边由煤柱支承的一个“板”的结构。但由于基本顶在采煤工作面方向上的长度远大于推进方向长度，可将其视为一端由采煤工作面煤壁支承，一端由煤柱支承的两端支撑的梁结构。若上覆岩层的强度低于基本顶的强度时，则上浮岩层的重量将通过梁传递至采煤工作面煤壁和后方煤柱上。（二）基本顶初次垮落与初次来压

随采煤面继续推进，基本顶悬露跨度逐渐增大，产生弯曲，达到一定（极限）跨度时，发生垮落。基本顶第一次垮落称为基本顶初次垮落。基本顶由开始破坏直至垮落一般要持续一定时间，上方有时在基本顶垮落前二三天，即出现顶板断裂的声响等来压预兆。基本顶初次来压现象：在垮落前12h采空区上方可能有轰隆隆巨响，通常煤壁片帮严重，顶板产生裂缝或掉碴，顶板下沉量和下沉速度明显增加，支架载荷迅速增高的现象。（三）基本顶初次垮落步距确定基本顶初次垮落时，其最大悬露跨度L初称为基本顶初次垮落步距。1、一般情况下，视基本顶为两端固定梁视基本顶为梁时的受力分析图极限美垮距忍（只巴考虑副按弯会距计堤算）L初：2、浅部染煤层禁情况躬下，株近似束视基抖本顶硬为简痒支梁极限争垮距命L初：基本拘顶断器裂后博的平虹衡拱盆结构基本招顶岩涂梁达盖到极胆限跨谱距断参裂后邮，并胁不一嗽定立箩即垮剩落，灭断裂悔岩块奔间由孔于回爽旋形鸡成挤损压，泉能形饺成平文衡拱味式的顶结构芒。基本菊顶断批裂后眠形成僵的平远衡拱基本堆顶断身裂后汤的形成平衡驻拱结往构条件1、剪咬合雨点处崖形成铜的压汉应力滚应小库于岩垂块的痛抗压捡强度娱。Ｆ＞带ＲＴ岩石蓝将破塑坏。2、在挤孕压过鞋程中侧要求耳岩石剪具有渣一定需的厚会度，情从而殿保证奴b铰哲点在笑a、树c铰约接点完连接匀之上膛，才远能形冈成三季角拱喜式的符平衡面。3、微拱两迹端点字支座今处，花岩块专与煤徐壁的牧摩擦模力要熊大于感支座摧反力屈Ｔ，各即Ｔ≤fF揭。三、磁基本幕顶的仗周期思来压（一秃）基件本顶吨来压潜前的壶状态基本形顶初堵次垮滩落后族，随犁着采观煤工卫作面委继续架推进纳，工孤作面夏上方抓的基碰本顶态岩层户由两剥端固厦定梁熊状态冻转变炼为悬线臂梁肚状态桨。如堂图所诱示：当采际煤工涝作面劳继续租推进运，基素本顶江悬挂爷臂跨装度达乘到极爹限跨湾度时盗，基兴本顶剑在其异自重涝及上豪覆岩聚层载疤荷的册作用际下，折将沿谈采煤移工作萌面煤称壁甚丘至煤戴壁之保内发招生折美断和王垮落烟。随着姨采煤固工作牢面的许推进远，基喂本顶龄这种找“稳浴定－雪失稳尿－再耕稳定哲”现妻象，缸将周驶而复哲始地青出现撑，使救采煤于工作剖面矿趴山压厌力周册期性浅明显辰增大培。这梦种基糠本顶些的周等期性课破断洞失稳息对工扭作面猎产生胀的周通期性茂的来树压显粥现，肿称为驱基本躬顶的贿周期澡来压贿。（二吉）基蓬本顶揪周期府来压业及矿芽压显虚现特甲征基本对顶周悟期来低压及雷矿压每显现蕉特征1、潜直接定顶；张2、弓支架兰；3绳、已日断裂未基本惠顶；怀4、特冒落耍矸石（三枕）周爽期来易压步足距的塔确定基本宇顶两茫次周摊期来虎压间粗隔时训间称袖为来压若周期。在来康压周瞧期内蝴采煤吹工作莫面推美进的跟距离粘称为周期疯来压苏步距，用稿L周表示薄。比较厅上式证，知L周＝（淋0.谎5～轻0.尽25察）L初。（四键）周脚期来怀压的膨分析咬合强点的扔平衡四、务工作辟面上句覆岩咬层移制动规哭律根据乞岩层论移动零特征暴，可悬将煤兴层的调上覆贡岩层衰分为柴冒落帖带(Ⅰ)、吨裂隙奶带(Ⅱ)、匠弯曲愁下沉剩带(Ⅲ)。炮如图姜所示趟：作业蜜：1、简响述矿钱山压保力、括矿压老显现稠的基肉本概眉念。2、简终述直垫接顶浑的初脾次垮异落、毅基本穴顶的耍初次顷来压添和周弦期来奏压的监基本晃概念泄。第三虏节下采煤睡工作答面矿纱山压呢力显蒜现规你律一、丽采煤暂工作糕面支逮承压醒力显服现规姜律煤层扭采出焰后,在围沉岩应劈燕力重四新分宰布的竭范围运内,作用张在煤溉层、薯岩层垮和矸低石上如的垂粪直压我力称蝇为“丙支承史压力屯”。支承瞧压力存显现对特征把可用陪支承勺压力积分布镜范围爪、峰包值的灰位置贼及应赵力集炊中系棕数表交示。（一坏）采耕煤工另作面艰前后疲方支怖承压过力分刃布采煤络工作误面前闭后方修支承李压力悬分布慢与采枣空区头处理需方法广有关溉，对丝式于采添用全夜部垮凶落法斧管理蔽顶板秀的采雨煤工斥作面秧，其拦前后疮方支住承压栗力分析布如谣下图呢所示脚：采煤绸工作伶面前革后方滴支承股压力毯分布谷的特滴点1、采附煤工伤作面锻前方碑煤壁暮一端滔支承判着工晴作面越上方鄙裂隙舱带及芝其上舰覆岩另层的师大部冠分重炭量，旋即工画作面黎前方羽支承化压力例远比质工作扁面后有方大步。2、由耀于采待煤工朗作面绸的推翠进，牺煤壁膜和采束空区刃冒落批带是杰向前鹊移动踢的，谎因此富工作吴面前活后方良支承宇压力雹是移禽动支饱承压缸力。3、由克于裂楼缝带掀形成舅了以吗煤壁汉和采教空区拒冒落挎带为仇前后丢支承鸣点的傻半拱甩式平皂衡，捎所以孝采煤捉工作嘴面处站于减鸦压力截范围绸。4、采杯煤工跨作面场前方吹形成贫的支遍承压痒力，留最大笑值发队生在腔工作充面中郑部前滩方，瓶峰值告可达点原岩箱应力呈的2~班4倍，培即应激力集字中系老数K值的众变化锹范围劫为2.运0~棵4.貌0。前舍方支墓承压构力的涉峰值估位置庸可深扎入煤豪体内2~待10吊m，其借影响路范围秀可达硬采煤扑工作鼠面前糠方90脑~1隔00卡m。（二烛）采徐煤工吩作面踏两侧茶支承郊压力忘分布采煤掘工作浮面两掘侧的只支承唉压力菜是指乔工作址面两种侧煤粗柱或处煤体虎上的爸支承遥压力徐。Ⅰ－失卸载纠带；贵Ⅱ－胳支承演压力笛带；蛾Ⅲ－零原岩某应力离带；Ⅳ－健采后每应力顺稳定储带；lma苍x－峰废值位厦置1、采览煤工僚作面堪两侧君的支庆承压雨力剧天烈影余响区朋并不但在煤蔑体的刷边缘催，而滑是位云于煤斩体边疫缘有机一定秧距离恒的地灭带。2、采疮煤工断作面奶两侧育煤体图边缘量处于复应力尤降低烟区，口支承灵压力秒低于隙原岩厨应力难。3、采像煤工竖作面省两侧象支承假压力豪从形避成到桥向煤按体深圈部转巩移要追经过逆一段岔时间浑过程梦，所除以要廊使沿壁空掘纸巷保东持稳贡定，损必须横从时访间上渔避开在未稳洁定的敌支承恒压力优作用驼期。采煤巴工作抗面两灭侧支盟承压胖力分仓布规居律二、喂支承售压力歪在底浓板中色的传估递采煤裳工作瞎面采望动后南，在雾工作甚面四水周形警成的街支承摧压力趟将向产煤层衫底板尚进行怜传递薪，尤睛其采似煤工链作面杆两侧皆支承药压力超的传彩递，得对下骂部煤缘瑞层开锐采巷射道布汤置产皇生重戚要影牢响。底板想岩层郑内压逐应力津的大体小与蕉煤柱子上方技的支馒承压育力成翅正比液。底板仗岩层劝中的绘应力菊分布1、流2－孔支承夺压力奏曲线惨；3冒－原才岩应资力曲酸线；4、嗽5－埋应力洒增高宾区边基界线惜；6照－应享力降租低区达边界抬线煤层办底板炕巷道陡位置组选择（1）巷道赌与煤占层底蜘板的击垂直颂距离短不小饺于一老定数丝式值h。H与围急岩性准质的牲关系桶见下块表。巷道类型岩石种类和特性合理垂距/m围岩稳定巷道砂岩、石灰岩、其他坚硬岩石6围岩中等稳定的巷道粉砂岩、砂页岩、中硬铝土页岩等10围岩较松软的巷道塑性较大的泥质页岩、页岩、煤质页岩等15～20煤层烛底板爹巷道崇位置六选择（2编）巷道婆布置你在煤锡柱向业底板魂传递悼力的逼影响粗角以幅外。钻若巷虏道布委置在威煤柱惨影响肾角以龟内，心即使剪巷道非位于料较稳纳定的绘岩层滨内，先也要追受到鹅应力繁升高松的影缎响。为使谅巷道情布置快在煤梅柱影唐响角原以外页，巷米道离灰煤柱耳边界亿的水肠平距个离S甘为：α－煤阴层倾栋角；θ－φ的余告角；φ－煤规柱影辜响角穴，一档般在裹25廉～5透5°驴间。林通常啄支承如压力土越大光和煤鉴柱尺痰寸越猪小，玩其值旷越大阔。煤层正底板伞巷道上位置搂选择巷道贷位置香选择中示意叶图巷道药至煤查壁边谊缘水追平距滋离的约计算复图第四地节匀采煤守工作烤面顶团板分劣类科学夜的分锦类可侧为顶悦板控浆制、辱支架熊选型横、合剪理确跪定支单护参菊数以茅及为倡采空青区处字理方孔法提肾供依仙据。一、漆直接阁顶分求类强度坡指数D＝10咱RcC1C2式中Rc－岩止石单禁向抗田压强尸度，MP北a；C1－节锅理裂讽隙影