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1、第4章采場礦山壓力顯現(xiàn)基本規(guī)律黃慶享教授Pro.HuangQingxiangXi’anUniversityofScience&Technology主講教師：礦山壓力與巖層控制MiningPressureandStrataControl第4章采場礦山壓力顯現(xiàn)基本規(guī)律第一節(jié)概述第二節(jié)老頂?shù)某醮蝸韷旱谌?jié)老頂?shù)闹芷趤韷旱谒墓?jié)頂板壓力的估算第五節(jié)回采工作面前后支承壓力分布第六節(jié)影響采場礦山壓力顯現(xiàn)的主要因素第一節(jié)概述回采工作面常見的礦山壓力現(xiàn)象：一、頂板下沉一般指頂?shù)装逑鄬σ平?。常以每米采高、每米推進(jìn)度下沉量（S/L·M）作為衡量頂板
2、狀態(tài)的一個指標(biāo)。指單位時間內(nèi)的頂?shù)装逡平?。它表示頂板活動的劇烈程度。二、頂板下沉速度三、支柱變形與折損四、頂板破碎情況常以單位面積中冒落面積所占的百分比來表示頂板破碎情況，常用來衡量頂板管理好壞的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)之一。五、局部冒頂六、大面積冒頂其它礦山壓力現(xiàn)象：煤壁片幫、支柱鉆底、底鼓等?；夭晒ぷ骺臻g是一個小結(jié)構(gòu)，它處于覆巖大結(jié)構(gòu)之中。“大結(jié)構(gòu)”的變形、失穩(wěn)將直接影響到小結(jié)構(gòu)的狀態(tài)，同時“大結(jié)構(gòu)”周圍的支承壓力分布情況也將直接影響到煤壁及底板巖層的穩(wěn)定性。第二節(jié)老頂?shù)某醮蝸韷豪享數(shù)某醮蝸韷海簣D4－1老頂斷裂成巖塊后的轉(zhuǎn)動老頂巖層初次破
3、斷后，老頂破斷巖塊回轉(zhuǎn)下沉引起工作面頂板急劇下沉、支架受力普遍加大、煤壁片幫的現(xiàn)象。塊在采空區(qū)觸矸形成反力后，其回轉(zhuǎn)下沉才會緩和和停止。為了不使老頂沿工作面切落，支架工作阻力應(yīng)等于Q1與Q2之和。圖4－2老頂初次來壓的力學(xué)模型由于支架反力（支撐力）P形成的反力矩難以平衡由老頂初次來壓載荷Q2所形成的力矩，因而老頂巖塊的回轉(zhuǎn)在一定程度上是不可避免的，工作面頂板必然隨之發(fā)生下沉。只有當(dāng)老頂巖圖4－3老頂巖塊滑落失穩(wěn)實(shí)例老頂?shù)某醮蝸韷翰骄啵号c老頂初次斷裂步距相當(dāng)動載（動壓）系數(shù)：支架來壓時載荷與平時載荷之比。老頂初次來壓步距越大，工作
4、面來壓顯現(xiàn)越劇烈，相應(yīng)的動載系數(shù)也越大。如大同礦務(wù)局堅(jiān)硬頂板條件下，動載系數(shù)達(dá)到3以上。老頂初次來壓步距是老頂巖層分類的主要依據(jù)。我國初次來壓步距10～30m占54％，30～55m占37.5％。老頂初次來壓后，隨著回采工作面的推進(jìn)，老頂巖層將發(fā)生周期性破斷，老頂破斷巖塊形成的“砌體梁”結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性將隨之發(fā)生周期性變化.一、回采工作面推進(jìn)對“砌體梁”結(jié)構(gòu)的影響第三節(jié)老頂?shù)闹芷趤韷簣D4-4回采工作面推進(jìn)中巖體結(jié)構(gòu)的變化過程圖4-5A巖塊的受力分析隨著回采工作面的推進(jìn),上覆巖層的結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了“穩(wěn)定－失穩(wěn)－再穩(wěn)定”的過程，這種變化將呈現(xiàn)周
5、而復(fù)始的過程。由于A巖塊的回轉(zhuǎn)，必然導(dǎo)致工作面頂板的不斷下沉。從管理頂板出發(fā)，支架性能必須與之相適應(yīng)，支架應(yīng)具備:①一定的可縮量;②一定的工作阻力：P＝QA＋B－T·tg(ψ-θ)對于冒落帶巖層，T＝0，P＝QA+B,即支柱阻力能承受控頂區(qū)全部巖層重量。二、老頂?shù)闹芷趤韷豪享攷r層的周期性破斷而引起“砌體梁”結(jié)構(gòu)的周期性失穩(wěn)而引起的頂板來壓現(xiàn)象稱為采場周期來壓。周期來壓的主要表現(xiàn)形式是：頂板下沉速度急劇增加，頂板的下沉量變大；支柱載荷普遍增加；有時還可能引起煤壁片幫、頂板臺階下沉、支柱折損，甚至工作面冒頂事故。根據(jù)材料力學(xué)：與老頂
6、初次斷裂時的極限跨距相比：兩端固支兩端簡支老頂?shù)闹芷趤韷翰骄嘞喈?dāng)于初次來壓步距的1/2~1/2.5。老頂周期來壓步距可近似按老頂懸臂梁折斷來確定三、老頂?shù)闹芷趤韷翰骄嗨?、老頂來壓期間的頂板控制老頂?shù)淖饔昧Χ际峭ㄟ^直接頂而作用于支架上，同樣，支架的支撐力也是通過直接頂而對老頂進(jìn)行控制。老頂來壓期間。由于煤壁前方強(qiáng)大的支承壓力，使得直接頂在煤壁前方形成剪切破斷而形成預(yù)生裂隙和直接頂?shù)钠扑?，不利于直接頂?shù)墓芾?。此外，來壓大小與直接頂在采空區(qū)冒落矸石充滿采空區(qū)的程度直接相關(guān)。采空區(qū)冒落愈嚴(yán)實(shí)，老頂對工作面影響愈?。环粗?，則越大。工作面垮
7、頂現(xiàn)象圖4-6永定莊礦8411面垮頂現(xiàn)象第四節(jié)頂板壓力的估算一、估算法1.經(jīng)驗(yàn)估算法支架受力包括兩部分：直接頂?shù)妮d荷Q1；老頂通過直接頂作用于支架的載荷Q2。圖4-7回采工作面的頂板壓力(1)直接頂載荷Q1Q1＝∑h·L1·γ∑h－直接頂厚度；L1－懸頂距；γ－容重。單位面積上載荷（支護(hù)強(qiáng)度）：q1=Q1/L當(dāng)L1＝L，q=∑h·γ(2)老頂載荷Q2采用直接頂載荷的倍數(shù)估算老頂?shù)妮d荷。P－考慮直接頂及老頂來壓時的支護(hù)強(qiáng)度，kPa；n－老頂來壓與平時壓力強(qiáng)度的比值，稱為增載系數(shù)，取2，取（M為采高，K為碎脹系數(shù)）2.從老頂形成結(jié)構(gòu)
8、的平衡關(guān)系估算(1)從老頂結(jié)構(gòu)的滑落失穩(wěn)估算頂板壓力(2)由老頂結(jié)構(gòu)的變形失穩(wěn)估算頂板壓力基于老頂?shù)奈灰屏俊鱈與對支架形成的載荷P呈雙曲線關(guān)系，提出P·△L＝常數(shù)，為此，老頂對支架作用載荷為：一、老頂初次破斷前后支承壓力分布第五節(jié)回采工作面前后支承壓力的分布在老
