第八章采场矿山压力及其控制选编.ppt

; 第一节 采场矿山压力及其显现 ; 一、采场矿山压力的基本概念 1、原岩体： 地壳中没有受到人类工程活动（如矿井中开 掘巷道等）影响的岩体称为原岩体，简称原岩。 2、原岩应力： 地下煤、岩体未采动以前，由于自重作用在其内部引起的应力，通常称为原岩应力。 3、原岩应力场： 天然存在于原岩内而与任何人为因素无关的应力场称为原岩应力场。; 4、二次应力场： 当在煤、岩体内开掘巷道或进行开采，破坏了原来的应力平衡状态，使巷道或采场的周围岩体内应力重新分布。在应力重新分布过程中，引起巷道和回采工作面周围的煤、岩体发生变形、破坏，直到煤、岩体内部应力重新平衡为止。此时，巷道和回采工作面周围煤岩体内形成一个与原岩应力场截然不同的新的应力场，有时称为二次应力场。 ; 5、矿山压力： 在地下进行开采而在井巷、硐室及回采工作面周围煤、岩体内和各种支护场上所引起的力，称为矿山压力，简称为矿压或地压、岩压等。 6、矿压显现： 在矿山压力作用下，将引起一系列力学现象，如顶板下沉和冒落、底板鼓起、煤壁片帮、支架变形和破坏、充填物沉缩、岩层和地表移动、冲击地压等。这些由于矿山压力作用，使围岩、煤和各种支护物产生的种种力学现象，统称为矿山压力显现，简称矿压显现。 ; 7、矿压控制 为了安全有效地进行开采工作，就必须采取各种技术措施控制矿山压力，包括对巷道及回采工作空间进行支护，对采空区进行充填或人为的方法使采空区顶板按预定要求冒落等。所以这些人为地调节、改变和利用矿山压力作用的各种措施，称为矿山压力控制，简称矿压控制。 ;二、采场矿山压力显现的一般规律 （一）工作面的初次来压 1、初次垮落距 当工作面自开切眼推进一段距离后，直接顶悬露达到一定跨度。采空区的支架撤出而进行初次放顶，直接顶开始冒落，此时直接顶的跨距称为初次垮落距。常把直接顶第一次大面积垮落称为直接顶初次垮落距。 2、岩石碎胀系数 直接顶垮落时，岩层由整体到破碎引起了体积膨胀，一般称为岩石碎胀系数。 ; 3???支承压力 直接顶破碎冒落的岩块松散地填满采空区，这时在回采工作面两侧的煤壁上形成了大于原岩应力的集中应力带，这个带内的应力为支承压力。因此，支承压力就是指在岩体中开掘巷道，在煤层中进行回采时，巷道两侧或回采工作面周围煤壁形成的高于原岩应力的垂直集中应力。 4、免压带 由于直接顶冒落，老顶岩层象“梁”一样支承采空区两侧煤壁上，上覆岩层的重量由老顶传递给工作面两侧的煤壁，此时煤壁上最大的集中应力为,而采空区本身及其底板的部分岩层应力将低于原岩应力，一般称为“免压带”。 ; 5、初次来压步距 把老顶第一次失稳而产生的工作面顶板普遍来压现象称为老顶的初次来压。把从开切眼到初次来压时，工作面推进的距离称为老顶的初次来压步距。 初次来压步距与老顶岩层的强度、厚度及节理裂隙发育程度，破断岩块之间互相咬合条件等因素有关。一般为20～35m，有个别矿区可达50～70，甚至更大。;图8-1 老顶初次来压前应力分布 a-集中应力带；b－免压带;（二）老顶的周期来压 1、老顶的周期来压 老顶初次来压后，随着回采工作面继续推进，老顶岩层将形成新的稳定，这种稳定状态随工作面的不断推进可能再次被打破。由此可知，随着回采工作面的不断推进，老顶岩层将经历“稳定—失稳—再稳定”的周期性变化，这种由于裂隙带（老顶）岩层周期性失稳而导致顶板来压现象称为老顶的周期来压。 ; 周期来压的主要表现： 顶板下沉速度急剧增加，顶板下沉量大，支柱载荷普遍增加，还可引起煤壁严重片帮，支柱折损等现象。从而可能导致局部冒顶，甚至切顶等事故。 因此，预防周期来压造成事故，应准确判断周期来压的预兆，加强周期来压的预报工作，及时采取加强支护措施等。 ;（三）回采后“三带”的形成及工作面前后方的应力分布状态 1、回采后“三带”的形成 (1) 冒落带： 回采工作面初次来压后，随回采工作面的继续推进，采空区宽度不断增大，在回采后的采空区上方形成不同特征的变形带。其中，在采空区上方的最下部岩层破断后，岩块呈不规则垮落，排列极不整齐，碎胀系数较大，一般可达1.3～1.5。经压实后，碎胀系数可降到1.03左右，此带多数情况下是由冒落的直接顶岩层所形成的，称为冒落带。;（2）裂隙带： 冒落带往上的岩层虽已断裂，但岩块仍整齐排列，岩块间存在力的联系，其岩块的碎胀系数较小，一般小于1.1，一般是由老顶的岩层组成，此带称为裂隙带。 （3）下沉带： 在裂隙带之上直