矿山顶板事故防治-太原理工大学张百胜-顶板1.doc

一、基本概念： 矿山压力： 由于在地下进行采掘活动而在井巷、硐室及回采工作面周围煤、岩体中和支护物上所引起的力，就叫做矿山压力。 矿山压力显现：矿山压力显现是指在矿山压力作用下所引起的一系列力学现象。 矿山压力控制：人为地调节、改变和利用矿山压力作用的各种措施，叫做矿山压力控制，简称矿压控制。 4. 矿山压力显现基本形式：如围岩变形、顶板下沉、岩体离层、破坏和冒落、煤体压酥、片帮和突出、支架受载、变形、折断以至大规模岩层移动、“放炮”等现象，均称之为“矿山压力显现”。所以，矿山压力显现是矿山压力作用的结果和外部表现。 伪顶：在煤层与直接顶之间有时存在厚度小于0.3～0.5m、极易垮落的软弱岩层。随采随冒，一般炭质页岩、泥质页岩等。 直接顶：直接位于煤层上方的一层或几层性质相近的岩层。通常由具有一定稳定性且易于随工作面回柱放顶而垮落的页岩、砂页岩或粉砂岩等岩层组成。 老顶（基本顶）：位于直接顶 (有时直接位于煤层)之上对采场矿山压力直接造成影响的厚而硬的岩层。一般是由砂岩、石灰岩及砂砾岩等岩层组成。 孔隙度（空隙度）：指岩石中各种裂隙、孔隙的体积之和与岩石整体体积之比。 岩石视密度；岩石空隙中的液体全部被蒸发，试件中仅有固体和气体状态下，其单位体积的质量。 直接顶的初次垮落： 采煤工作面自开切眼开始推进后，直接顶岩层一般并不立即垮落。待推进一定距离后，直接顶悬露面积超过其允许值，才会大面积垮落下来，称为直接顶的初次垮落(初次放顶) 。 老顶的初次垮落（来压）步距：由开切眼到老顶初次垮落（来压）时工作面推进的距离称为老顶的初次垮落步距。 老顶的周期来压：老顶的初次来压以后，随工作面推进老顶岩层形成的裂隙体梁结构由稳定到失稳而导致回采工作面顶板压力周期性增大的现象。 周期来压（垮落）步距：相邻两次周期来压（垮落）之间回采工作面推进的距离。 煤矿冲击地压： 煤矿冲击地压是指在矿井开采过程中，井巷或采场周围岩体在其力学平衡状态破坏时，由于弹性变形能突然释放而产生的急剧、猛烈的动力现象。 岩石的单向抗压强度：岩石试件在单向压缩时，单位面积所能承受的最大应力值称为岩石的单向抗压强度。 岩石的单向抗拉强度：岩石试件在单向拉伸时能承受的最大拉应力值，称为单向抗拉强度。 岩石碎胀系数：岩破碎后与破碎前体积的比值。II。在这个阶段中，结构面和结构体的性质共同起作用，但主要是结构体开始承载和产生变形，这时弹性变形是岩体变形的主要组成部分。其特点是：随载荷增加，变形基本上按比例增长，即应力—应变曲线表现为直线型。 (3)塑性阶段。当变形继续发展到屈服点以后，就进人岩体变形的第三阶段—塑性阶段III。在这个阶段中，与结构体变形同时伴随有结构面的剪切滑移变形，且变形成分主要是沿结构面滑移，岩体的扩容现象也越来越明显。其特点是：随载荷增加，其变形增长率不断增加，即应力—应变曲线呈弯曲状。 (4)破坏阶段。当应力增加到极限强度时，使岩体沿着某些破损面滑动而导致岩体破坏，于是进入第四阶段—破坏阶段IV。 在变形全过程中，无法严格区分岩体的变形和破裂，实际上岩体在变形过程中包含着破裂的成分，破裂的出现反映着变形积累的突变。因此，变形和破裂没有明显的界限，这是岩体变形性质区别于其他材料的最主要的特点。 画图说明 影响矿山压力显现的因素 1．深度越大，巷道越难维护，但维护费用的增加并不与深度成正比。浅部巷道的矿压主要表现在顶部，深部巷道的矿压则来自四周，并有冲击地压现象。 2．岩层性质的影响 岩体内摩擦角小，结构面发育，则矿压显现显著。在缓倾斜岩层中矿山压力主要来自顶板；急倾斜岩层中矿山压力来自顶底板，在巷道中表现为两帮压力较大。在强度较大的岩体中，顶压较明显；在强度低的岩体中，四周压力较明显，底鼓影响严重。遇水膨胀的岩体最难维护。 3．地质构造的影响 在向斜轴、背斜轴、压应力断层或剪应力断层附近等应力集中区，矿山压力较大。因为构造应力的最大主应力垂直于巷道轴向，平行于这些构造走向的巷道更难维护。 4．巷道尺寸和形状的影响 巷道的矿山压力与巷道尺寸成正变关系。巷道的形状对弹性状态的周边应力影响较大，对塑性区的大小影响较小，巷道形状对支架的受力情况有较大的影响，曲线形巷道断面易于维护。 5．时间影响 由于岩石不断移动，塑性区将不断扩大，岩体强度又逐渐削弱，矿山压力也将随时间而增加。如果维护措施得当，强度较大的岩体将在短时间内趋于稳定，软弱岩体则将持续很长时间。 6. 其它采掘工程的影响 采掘工程将引起周围岩体中应力重新分布及岩体移动。凡处于这一影响范围的巷道，矿压显现将加剧。 简述采煤工作面上覆岩层移动及其破坏特征 在采用长壁采煤法时，随着采煤工作面的不断向前推进，暴露出来的上覆岩层