全应力应变曲线.PPT

采场矿山压力概述 掌握矿山压力的必要性 ?生态环境保护：水、瓦斯、地表、矸石等。 ?保证安全和正常生产：通风、行人、生产。 ?减少资源损失：减小煤柱等。 ?改善开采技术：巷道支护、采煤方法。 ?提高社会和经济效益。 ?矿山压力：由于矿山开采活动的影响，在巷硐周围岩体中形成的和作用在巷硐支护物上的力。 ?矿山压力显现：矿山压力作用下引起的各种力学现象，以及在岩体中产生的动力现象。 ?矿山压力控制：减轻、调节、改变和利用矿山压力作用的各种方法。 采场矿山压力概述 ? 回采工作面/采场：直接进行采煤或采其它矿物的工作空间称为回采工作面或简称为采场。我国煤矿主要采用长壁采煤法，工作面煤壁长度通常150~ 200 m，推进方向1000~2000m。最长的回采工作面已经达到400m，推进度最大的已经达到11km 顶板：赋存在煤层之上的岩层称为顶板或称为上覆岩层。 ? 底板：位于煤层下方的岩层称为底板。 ? 直接顶：直接位于煤层上方的一层或几层性质相近的岩层称为直接顶。 直接顶指采空区已经冒落岩层的总合。 ? 伪顶：在煤层与直接顶之间有时存在厚度小于0.3～0.5 m、极易垮落（随采随冒）的软弱岩层，称为伪顶。 ? 基本顶：位于直接顶之上(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坚硬的岩层称为基本顶/老顶。 ? 顶板下沉：一般指煤壁到采空区边缘裸露的顶底板相对移近量。常用s表示。 有时为了对比，把顶板下沉换算为单位采高、单位推进度的顶板下沉量，以每米采高、每米推进度下沉量表示，即： 顶板下沉速度： 指单位时间内顶底板移近量 以mm/h计算，它表示顶板活 动的剧烈程度。 采场矿山压力概述 ? 局部冒顶：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。 ? 工作面顶板沿煤壁切落（或称大面积冒顶）：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。 ? 煤壁片帮：指采面运输机前面煤体在没有采煤机切割时，受支承压力作用发生破坏塌落显现。 采场矿山压力概述 煤层开采后，将首先引起直接顶的垮落。 回采工作面从开切眼开始向前推进，直接顶悬露面积增大，当达到其极限跨距时开始垮落。 直接顶第一次垮落高度超过1～1.5 m，范围超过全工作面长度的一半，叫做直接顶初次垮落，此时直接顶的跨距称为“直接顶初次垮落距”。 直接顶的垮落 采场矿山压力概述 直接顶初次垮落前，相对基本顶而言，其变形大，容易出现直接顶与老顶间的离层。对直接顶初次垮落前可以简化为“两端固支梁”式结构，其离层与变形分析如下。 直接顶 老 顶 直接顶初次垮落前的离层分析 采场矿山压力概述 回采工作面从开切开始采煤，采空区范围逐渐增大，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），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。 老顶的初次来压 采场矿山压力概述 ?老顶初次来压前，采场顶板压力并不大，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。 ?老顶初次来压前强大的前支承压力可能导致直接顶在煤壁前方剪切破坏，形成预成裂隙，不利于顶板管理。 ?老顶初次来压比较突然，易使人疏忽大意。 ?老顶初次来压对回采工作面的影响较大，必须掌握初次来压步距的大小，及时采取对策（如加强木垛、抬棚、斜撑等）。 ?老顶初次来压步距越大，工作面来压显现越剧烈。 ?老顶初次来压步距与来压强度，与老顶岩层的力学性质、厚度、破断岩块咬合条件、直接顶厚度、采高等因素有关。 采场矿山压力概述 来压的预测预报； 加强支护； 工作面与开切眼斜交，使老顶悬板呈梯形，根据顶板达极限跨度时破断的原理，老顶初次来压的破断将不致于造成工作面全面来压，而呈局部来压。让工作面呈局部来压。 预防老顶初次来压期间造成事故的主要措施 采场矿山压力概述 结论 ?老顶的初次来压步距：与老顶初次断裂步距相当。 ?动载系数：支架来压时载荷与平时载荷之比。 ?老顶初次步距越大，工作面来压显现越剧烈，相应的动载系数也越大。 ?老顶初次来压步距是老顶岩层分类的主要依据。据统计，我国煤矿现有生产工作面中，我国初次来压步距10～30m占54％，30～55m占37.5％。山西大同矿有的矿井有的老顶初次来压步距达到160 m左右。 采场矿山压力概述 随着回采工作面的推进，在老顶初次来压以后，裂隙带岩层形成的结构将始终经历“稳定—失稳—再稳定” 周而复始的变化过程。老顶岩层的周期性破断而引起“砌体梁”结构的周期性失稳而引起的顶板来压现象称为采场周期来压。