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n第一节第一节 概概 述述n第二节第二节 老顶的初次来压老顶的初次来压n第三节第三节 老顶的周期来压老顶的周期来压n第四节第四节 顶板压力的估算顶板压力的估算n第五节第五节 回采工作面前后支承压力分布回采工作面前后支承压力分布n第六节第六节 影响采场矿山压力显现的主要因素影响采场矿山压力显现的主要因素目目 录录第一节第一节 概概 述述回采工作面常见的矿山压力现象：一、顶板下沉一、顶板下沉常以每米采高、每米推进度下沉量（S/LM）作为衡量顶板状态的一个指标。一般指顶底板相对移近量。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。
2、二、顶板下沉速度二、顶板下沉速度三、支柱变形与折损三、支柱变形与折损四、顶板破碎情况四、顶板破碎情况 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，常用来衡量顶板管理好坏的质量标准之一。五、局部冒顶五、局部冒顶六、大面积冒顶六、大面积冒顶切落、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。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”的变形、失稳将直接影响到小结构的状态，同时“大结构”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。第二节第二节 老顶的初次来压老顶的初次来压图图43 老顶断裂成岩块后的转动老顶断裂成岩块后的转动图45 老顶初次
3、来压的力学模型老顶初次来压的力学模型图44 老顶岩块滑落失稳的两个实例老顶的初次来压步距老顶的初次来压步距：动载（动压）系数：动载（动压）系数：一、回采工作面推进对“砌体梁”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图4-7 回采工作面推进中岩体结构的变化过程图4-8 A岩块的受力分析二、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“砌体梁”结构的周期性失稳而引起的顶板来压现象称为老顶周期来压。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、顶板台阶下沉、支柱折损，甚至工作面冒顶。根据材料力学根据材料力学：1/2 1/2.5三、
4、老顶的周期来压步距三、老顶的周期来压步距四、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，支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。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。义。但是，在老顶来压期间，由于煤壁前方强大的支承压力，但是，在老顶来压期间，由于煤壁前方强大的支承压力，使得直接顶在煤壁前方形成剪切破断而形成预生裂隙和直接使得直接顶在煤壁前方形成剪切破断而形成预生裂隙和直接顶的破碎，不
5、利于直接顶的管理。顶的破碎，不利于直接顶的管理。此外，来压大小与直接顶在采空区冒落矸石充满采空区的此外，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，老顶对工作面影响愈小；程度直接相关。采空区冒落愈严实，老顶对工作面影响愈小；反之，则越大。反之，则越大。老顶来压时老顶控制不当，将导致工作面的垮顶现象。图4-10 永定庄矿8411面垮顶现象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：附图 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一、估算法一、估算法1.经验估算法图4-11 回采工作面的顶板压力采用直接顶载荷的倍数估算老顶的载荷采
6、用直接顶载荷的倍数估算老顶的载荷 2.从老顶形成结构的平衡关系估算PQABTtg(-)iEihhKP00图4-8 A岩块的受力分析0hih0K实测所得回采工作面顶板下沉量；实测所得回采工作面顶板下沉量；要求控制的回采工作面顶板下沉量；要求控制的回采工作面顶板下沉量；顶板下沉量为顶板下沉量为 时，老顶岩梁在控顶距时，老顶岩梁在控顶距范围内的作用力。范围内的作用力。LKLmKTEEE03.威尔逊估算法一、老顶初次破断前后支承压力分布一、老顶初次破断前后支承压力分布第五节第五节 回采工作面前后支承压力的分布回采工作面前后支承压力的分布在老顶初次来压前，回采工作面四周煤壁上所承受在老顶初次来压前，回采
7、工作面四周煤壁上所承受的支承压力将的支承压力将随老顶跨距的加大而增加随老顶跨距的加大而增加，初次破断初次破断前达最大值前达最大值，一旦破断，支承压力将有所降低。，一旦破断，支承压力将有所降低。二、回采工作面前后支承压力分布二、回采工作面前后支承压力分布鉴于上覆岩层的结构为半拱式结构，因此，煤鉴于上覆岩层的结构为半拱式结构，因此，煤壁一端几乎支撑着回采工作面空间上方悬露岩壁一端几乎支撑着回采工作面空间上方悬露岩图4-15 工作面前后支承压力分布块的大部分重量，因而煤壁前方支承压力较块的大部分重量，因而煤壁前方支承压力较大，而在采空区后方已冒落矸石只承受其正大，而在采空区后方已冒落矸石只承受其正上
8、方岩层重量，一般只恢复到上方岩层重量，一般只恢复到H H或稍大一点或稍大一点或稍小一点或稍小一点(图图4-14)4-14)，比煤壁前方支承压力，比煤壁前方支承压力小得多。小得多。第六节第六节 影响采场矿山压力显现的主要因素影响采场矿山压力显现的主要因素一、采高与控顶距一、采高与控顶距在一定地质条件下，采高是影响上覆岩层破坏状况的最重在一定地质条件下，采高是影响上覆岩层破坏状况的最重要因素之一。要因素之一。采高越大，采出的空间越大，必然导致采场上覆岩层破坏采高越大，采出的空间越大，必然导致采场上覆岩层破坏严重。严重。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
9、下沉的关系 0p0pL11KKK二、工作面推进速度的影响二、工作面推进速度的影响实测表明，顶板下沉量是时间的函数实测表明，顶板下沉量是时间的函数“既然顶板下沉量与时间有关，若加快推进速度，缩短工作面每个循环的时间，必然可使顶板下沉量减少。这样就能把顶板压力甩掉”。落煤后，增大了回采工作面的控顶距,因而破坏了煤壁前方的应力平衡，使支承压力产生一个向煤壁深处移动的过程，同时使得老顶破断岩块进一步回转，从而引起工作面顶板下沉加剧.放顶后，老顶岩层形成的结构本来由“煤壁工作面支架采空区已冒落的矸石”支撑体系所支撑.放顶过程就是撤除了靠近采空区一侧的支架支撑力,导致“支架-围岩”的力学系统发生变化，这种
10、变化将使顶板下沉量急剧增加。由上述分析可见,落煤与放顶工序时顶板下沉的影响，实质上是开采后老顶“砌体梁”结构在其前后支承压力不断推移过程中对工作面顶板所带来的影响。加快工作面推进速度只是缩短了落煤与放顶这两个主要生产过程的时间间隔,只能消除一部分平时的下沉量,但绝不能消除因落煤和放顶所造成的下沉量。所以,只有在原先的工作面推进速度比较缓慢的条件下，加快工作面推进速度才会对工作面顶板状态有所改善。当工作面推进速度提高到一定程度后，顶板下沉量的变化将逐渐减小。因而想把顶板压力“甩掉”的企图实际上是不能实现的。三、开采深度的影响三、开采深度的影响四、煤层倾角的影响四、煤层倾角的影响图4-23 采空区冒落矸石滑移及其造成的后果四、煤层倾角的影响四、煤层倾角的影响图4-24 沿倾斜方向开采时岩块的咬合关系五、下分层开采时矿山压力显现五、下分层开采时矿山压力显现老顶来压步距小，强度低老顶来压步距小，强度低支架载荷小；支架载荷小；顶板下沉量大。顶板下沉量大。分层初次来压步距/m周期来压步距/m上6039.4下33.819.4第四章作业题第四章作业题nP117 第1、2、6、11题
