,第四章 采场矿山压力显现基本规律.ppt

4 采场矿山压力显现基本规律 4.1 概 述 4.2 老顶的初次来压 4.3 老顶的周期来压 4.4 顶板压力的估算 4.5 回采工作面前后支承压力分布 4.6 影响采场矿山压力显现的主要因素 4.7 本章小结 4.1 概 述 图4-1 工作面顶底板移近曲线1—顶板绝对下沉曲线；2—顶底板相对移近量曲线；3—底板鼓起曲线 实际测定时常常是在工作面煤壁刚悬露的顶板处设置测杆，随着工作面的推进，测得由煤壁到采空区放顶线处的顶底板移近量。一般以s表示。有时为了对比，常常把这个指标换算为单位采高、单位推进度的顶板下沉量， ? 即 (L为控顶距，M为采高)，以 每米采高、每米推进度下沉多少毫米表示。 支柱变形与折损 随着顶板下沉，回采工作面支柱受载也逐渐增加，一般可以用肉眼观察到木柱帽的变形，剧烈时可以观察到支柱的折损。 顶板破碎情况 常以单位面积中冒落面积所占的百分比来表示顶板破碎情况，常用来衡量顶板管理好坏的质量标准之一。 局部冒顶 这是指回采工作面顶板形成局部塌落，影响回采工作的正常进行。 (6) 工作面顶板沿煤壁切落(或称大面积冒顶) 这是指采面由于顶板来压而导致顶板沿工作面切落，它常严重影响工作面的生产。 4.2 老顶的初次来压 当老顶悬露达到极限跨距时，老顶断裂形成三铰拱式的平衡，同时发生已破断的岩块回转失稳(变形失稳)，有时可能伴随滑落失稳(顶板的台阶下沉)，如图4-3所示，从而导致工作面顶板的急剧下沉。此时，工作面支架呈现受力普遍加大现象，即称为老顶的初次来压。 ? 老顶岩层初次破断后，老顶破断岩块回转下沉引起工作面顶板急剧下沉、支架受力普遍加大、煤壁片帮的现象。 由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。一般情况下，老顶的初次来压步距与老顶初次断裂的极限跨距相当。 当老顶岩块失稳时，形成了岩块滑落，对工作面安全造成严重威胁。图4-4即表示两个滑落失稳的实例。 图4-4 老顶岩块滑落失稳的两个实例 由于支架反力（支撑力）P形成的反力矩难以平衡由老顶初次来压载荷Q2所形成的力矩，因而老顶岩块的回转在一定程度上是不可避免的，工作面顶板必然随之发生下沉。只有当老顶岩块在采空区触矸形成反力后，其回转下沉才会缓和和停止。为了不使老顶沿工作面切落，支架工作阻力应等于Q1与Q2之和。 由此可知，由于老顶破断岩块回转的影响，工作面顶板必然发生下沉。这种现象也是不可避免的，是回采工作空间的地下结构物与其它构筑物的重要区别之一。 初次来压前，由于上覆岩层结构中有“梁”或“拱”式结构存在，因此整个采空区周围的岩体可以视为一个结构系统。这个系统的顶部是老顶岩层，四周则是直接顶和煤柱。回采工作面就处在这样的结构系统保护之下，其四周岩层的应力分布，沿走向及倾斜方向分别如图4-6所示。 老顶来压前，回采工作面的顶板压力并不大，但煤壁内的支承压力却达到了最大值。所以，煤帮的变形与塌落(片帮)，常常是预示工作面顶板来压的一个重要标志。 老顶初次来压比较突然，初次来压时，老顶跨距比较大，影响的范围也比较广。 初次来压一般要持续2～3 d。由于老顶初次来压对工作面的影响较大，因此必须掌握初次来压步距的大小，以便及时采取对策。在来压期间，必须加强支架的支撑力，尤其要加强支架的稳定性。一般可以采用木垛、斜撑、抬棚等特种支架加强回采工作空间的支护。 据大量实测资料统计，我国现有的生产工作面中，初次来压步距为10～30 m的约占54%，30～55 m的约占37.5%，其余为大于55 m的情况。有的可达到160 m左右，如大同矿务局的砾岩及砂砾岩顶板。 但是，一定条件下，即使老顶初次来压步距并不十分大，回采工作面来压显现却很剧烈，甚至造成工作面支架被压死的现象。如我国神府风积沙浅埋煤层及华东部分矿井在开采浅部煤层时曾遇到这种情况。 图4-7表示了这个变化过程。由图中(a)进入(b)，A岩块将由稳定状态进入断裂状态。此时，按结构的自由度计算，结构将进入不稳定状态。同样取A岩块作受力分析也可证明这一点，如图4-8所示。 在图4-8中，形成了A岩块的回转与B岩块的反向回转。此时A岩块的前咬合点O有一向上运动的趋势，这种趋势使A岩块前咬合处的局部范围受拉应力。这种情况很易使A岩块的前端点破碎，导致结构的失稳。 当Ａ岩块与B岩块回转成一体时，如图4-7(c)所示，A