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1、第3章采場(chǎng)頂板活動(dòng)規(guī)律伍永平教授Pro.WuYongping主講教師：Xi’anUniversityofScience&Technology礦山壓力與巖層控制MiningPressureandStrataControl第3章采場(chǎng)頂板活動(dòng)規(guī)律第一節(jié)幾個(gè)概念第二節(jié)有關(guān)采場(chǎng)上覆巖層“大結(jié)構(gòu)”的假說(shuō)第三節(jié)直接頂?shù)目迓涞谒墓?jié)老頂?shù)臄嗔研问降谖骞?jié)老頂?shù)某醮螖嗔巡骄嗟诹?jié)老頂斷裂后的“砌體梁”結(jié)構(gòu)及其S-R穩(wěn)定第七節(jié)老頂斷裂時(shí)在巖體內(nèi)引起的擾動(dòng)第一節(jié)幾個(gè)概念回采工作面（采場(chǎng)）頂板底板采空區(qū)采空區(qū)處理方法偽頂直接頂老頂采空區(qū)處理方法:(a)刀柱(留煤柱);(b)頂板緩慢下沉法;(c)
2、充填法;(d)全部垮落法根據(jù)實(shí)測(cè)，回采工作面支架所承受的力僅為上覆巖層重量的百分之幾。這是因?yàn)樯细矌r層形成了“大結(jié)構(gòu)”，這種大結(jié)構(gòu)能夠承擔(dān)上覆巖層重量，從而起到對(duì)回采工作面的保護(hù)作用。第二節(jié)有關(guān)采場(chǎng)上覆巖層“大結(jié)構(gòu)”的假說(shuō)在采空區(qū)內(nèi)已垮落的矸石上或采空區(qū)充填體上。在前后拱腳間形成了一個(gè)減壓區(qū)，回采工作面的支架只承受壓力拱內(nèi)巖石的重量。一、壓力拱假說(shuō)該假說(shuō)認(rèn)為，由于巖層自然平衡的結(jié)果而形成一個(gè)前拱腳（支撐點(diǎn)）在工作面前方煤體，后拱腳（支撐點(diǎn)）此假說(shuō)認(rèn)為，工作面和采空區(qū)頂板可視為一端固定于煤壁前方巖體內(nèi)，另一端處于懸伸狀態(tài)的梁，懸臂梁彎曲下沉后，受到已垮落巖石的支撐，當(dāng)懸
3、伸長(zhǎng)度很大時(shí)，發(fā)生有規(guī)律的周期性折斷，從而引起周期來(lái)壓。二、懸臂梁假說(shuō)擠壓力的聯(lián)系，從而相互鉸合而形成一條多環(huán)節(jié)的鉸鏈。該假說(shuō)認(rèn)為，工作面支架存在兩種工作狀態(tài)：給定載荷狀態(tài)；給定變形狀態(tài)。三、鉸接巖塊假說(shuō)此假說(shuō)認(rèn)為，采場(chǎng)上覆巖層分為垮落帶和裂隙帶，二者的差別在于，裂隙帶巖塊間存在有規(guī)律的水平此假說(shuō)認(rèn)為，在采場(chǎng)周?chē)嬖趹?yīng)力降低區(qū)，應(yīng)力增高區(qū)和采動(dòng)影響區(qū)，并隨工作面推進(jìn)而向前移動(dòng)。采動(dòng)巖體形成各種裂隙，從而形成假塑性梁。四、預(yù)成裂隙假說(shuō)“砌體梁”結(jié)構(gòu)是基于采動(dòng)巖體移動(dòng)的如下特征而提出的：五、砌體梁假說(shuō)1.采動(dòng)上覆巖層的巖體結(jié)構(gòu)的骨架是覆巖中的堅(jiān)硬巖層，可將上覆巖層劃分為若
4、干組，每組以堅(jiān)硬巖層為底層，其上部的軟弱巖層可視為直接作用于骨架上的載荷，同時(shí)也是更上層堅(jiān)硬巖層與下部骨架聯(lián)結(jié)的墊層。2.隨著工作面的推進(jìn)，采空區(qū)上方堅(jiān)硬巖層在裂縫帶內(nèi)將斷裂成排列整齊的巖塊，巖塊間將受水平推力作用而形成鉸接關(guān)系。巖層移動(dòng)曲線的形態(tài)經(jīng)實(shí)測(cè)呈開(kāi)始為下凹、而后隨工作面的推進(jìn)逐漸恢復(fù)水平狀態(tài)的過(guò)程，由此決定了斷裂巖塊間鉸接點(diǎn)的位置。若曲線下凹，則鉸接點(diǎn)位置在巖塊斷裂面的偏下部；反之，則在偏上部。如果在回采空間以及鄰近的采空區(qū)上方出現(xiàn)明顯的離層區(qū)，說(shuō)明該區(qū)內(nèi)斷裂的巖塊可以形成懸露結(jié)構(gòu)。由于墊層傳遞剪切力的能力較弱，因而兩層骨架間的聯(lián)結(jié)能用可縮性支桿代替。當(dāng)
5、骨架層的斷裂巖塊回轉(zhuǎn)恢復(fù)到近水平位置時(shí)，巖塊間的剪切力趨近于零，此時(shí)的鉸接關(guān)系可轉(zhuǎn)化為水平連桿聯(lián)結(jié)關(guān)系。最上層為表土沖積層，可將其視為均布載荷作用于巖體結(jié)構(gòu)上，而骨架層各巖塊上的載荷將隨墊層的壓實(shí)程度而變化。第三節(jié)直接頂?shù)目迓?、直接頂初次垮落距1、直接頂初次垮落3、直接頂垮落后的碎脹特性形成充滿采空區(qū)所需直接頂厚度為：4、直接頂初次垮落前的離層直接頂最大擾度 老頂最大擾度 不離層條件4、直接頂初次垮落前的離層粗略地講，當(dāng)直接頂厚度小于或等于老頂厚度時(shí)，均易于形成直接頂與老頂間離層。為了防止直接頂因離層產(chǎn)生推跨事故必須保證支架具有一定的初撐力：第四節(jié)老頂?shù)臄嗔?/p>
6、形式一、老頂?shù)牧菏綌嗔牙享攦啥斯讨Я菏芰Ψ治龆?、老頂?shù)陌迤茢嘁话憷享攷r層可視為薄板，按薄板的Marcus簡(jiǎn)算法對(duì)板的破斷進(jìn)行分析。第五節(jié)老頂?shù)某醮螖嗔巡骄鄡啥斯讨Я簶O限跨距：老頂達(dá)到初次斷裂時(shí)的跨距稱為初次斷裂步距。按材料力學(xué)方法可求得老頂梁式斷裂步距。一、梁式斷裂時(shí)的極限跨距兩端固支梁極限跨距：按抗拉強(qiáng)度：按抗剪強(qiáng)度：兩端簡(jiǎn)支梁極限跨距：按抗拉強(qiáng)度：舉例：設(shè)h＝4，Rs=33Mpa，RT=7Mpa，q=174Kpa按抗拉：按抗剪：固支梁破斷距為36m破斷距為1005m簡(jiǎn)支梁破斷距為29m彎矩形成的極限跨距比剪切力形成的極限跨距?。缓?jiǎn)支梁的抗彎極限跨距比固支梁的?。焕?/p>
7、頂承受載荷計(jì)算二老頂板斷裂的極限跨距老頂板斷裂步距與邊界支撐條件有關(guān)。lm老頂?shù)牟骄鄿?zhǔn)數(shù)ω邊－長(zhǎng)系數(shù)對(duì)四周固支板支撐條件對(duì)斷裂步距影響：b工作面長(zhǎng)度2工作面長(zhǎng)度對(duì)斷裂步距影響：以四邊固支為例，b>3lm時(shí)，a≈lm。說(shuō)明工作面長(zhǎng)度對(duì)破斷步距影響甚微。3lm≥b>√2lm時(shí)，則lm√2lm>b。初次破斷步距大于工作面長(zhǎng)度，老頂呈豎“o－x”型破斷。b
