采煤工作面矿山压力基本规律[精选].ppt

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）自重应力 （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。 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 二、基本顶的初次垮落 （一）基本顶初次垮落前岩层结构 若Δ0，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。 （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 极限垮距（只考虑按弯距计算） L初： 基本顶断裂后的平衡拱结构 基本顶岩梁达到极限跨距断裂后，并不一定立即垮落，断裂岩块间由于回旋形成挤压，能形成平衡拱式的结构。 基本顶断裂后的形成平衡拱结构条件 1、咬合点处形成的压应力应小于岩块的抗压强度。 Ｆ＞ＲＴ岩石将破坏。 2、在挤压过程中要求岩石具有一定的厚度，从而保证b铰点在a、c铰接点连接之上，才能形成三角拱式的平衡。 3、拱两端点支座处，岩块与煤壁的摩擦力要大于支座反力Ｔ，即Ｔ≤fF。 三、基本顶的周期来压 （一）基本顶来压前的状态 基本顶初次垮落后，随着采煤工作面继续推进，工作面上方的基本顶岩层由两端固定梁状态转变为悬臂梁状态。如图所示： （二）基本顶周期来压及矿压显现特征 当采煤工作面继续推进，基本顶悬挂臂跨度达到极限跨度时，基本顶在其自重及上覆岩层载荷的作用下，将沿采煤工作面煤壁甚至煤壁之内发生折断和垮落。 随着采煤工作面的推进，基本顶这种“稳定－失稳－再稳定”现象，将周而复始地出现，使采煤工作面矿山压力周期性明显增大。这种基本顶的周期性破断失稳对工作面产生的周期性的来压显现，称为基本顶的周期来压。 基本顶周期来压及矿压显现特征 （三）周期来压步距的确定 （四）周期来压的分析 四、工作面上覆岩层移动规律 根据岩层移动特征，可将煤层的上覆岩层分为冒落带(Ⅰ)、裂隙带(Ⅱ)、弯曲下沉带(Ⅲ)。如图所示： 作业： 1、简述矿山压力、矿压显现的基本概念。 2、简述直接顶的初次垮落、基本顶的初次来压和周期来压的基本概念。 第三节