3采场顶板活动规律10.ppt

* 柏建彪 bjianb@163.com 若任意取岩块数，则此方程组可用下列关系式表示。 式中,｛Mi｝为力矩列阵；［Fi］为矩阵系数；｛Ri｝为力列阵 * 柏建彪 bjianb@163.com 同理，在平衡条件下，由此方程组可求得其它各个力的大小为： * 柏建彪 bjianb@163.com 此结构的特征为： ① 离层区悬露岩块的重量几乎全由前支承点承担； ② 岩块B与C间剪切力接近于零，因而此处相当于岩块咬合形成半拱的拱顶； ③ 此结构的最大剪切力发生在岩块A与B之间，等于岩块B本身的重量及其载荷； ④ 此结构中第一、二断裂岩块即B与C对结构平衡起关键作用，是结构中的关键块。 * 柏建彪 bjianb@163.com 3.6.3 “砌体梁”结构的稳定性分析 根据对岩体结构分析所得的结论，可对以下矿山压力现象做出解释： (1) 老顶岩块的滑落失稳是工作面顶板出现台阶以及有时地表下沉出现台阶的原因； (2) 煤壁上方老顶剪切力最大，是工作面顶板沿煤壁切落的原因； * 柏建彪 bjianb@163.com (3) 上覆岩层结构的存在是支架受力小于覆盖层重量的原因，并由此可以分析工作面支架工作阻力必须平衡的顶板压力大小； (4) 采高小、直接顶较厚和采用充填法处理采空区是工作面顶板压力比较小的原因； (5)工作面形成的支承压力主要集中于前拱脚的原因。 * 柏建彪 bjianb@163.com 3.7本章小结 　工作面上覆岩层有时能形成岩体内的“大结构”，这种大结构能够承担上覆岩层重量，从而对回采工作空间起保护作用。因此分析上覆岩层形成结构的可能性，研究其破断规律及其形成结构的稳定性，是这一章的主要内容。 本章首先提出直接顶、伪顶、老顶的概念和采空区的几种处理方法。 　　概述采场上覆岩层活动规律的压力拱假说、悬臂梁假说、铰接岩块假说、预成裂隙假说；详细介绍了我国学者在此基础上提出的岩体结构的“砌体梁”力学模型，发展了上述有关假说。 ? * 柏建彪 bjianb@163.com 依次分析直接顶板的离层、垮落，老顶岩层以“梁”的模式和以“板”的模式破断形式，计算老顶岩层以“梁”模式断裂的极限跨距。 老顶初次断裂后的“砌体梁”平衡状态以及结构的滑落失稳和变形失稳。 最后分析研究“砌体梁”全结构模型的受力状况和保持稳定的条件。 * 柏建彪 bjianb@163.com 老顶两端固支梁受力分析 梁的应力状态 * 柏建彪 bjianb@163.com 因为是对称梁，所以梁两端的反力R1=R2，弯矩M1=M2。取∑Fy=0，则 取岩梁内任意截面D-D′，其剪切力为： 最大剪切力发生在固定梁的两端R1与R2处，其值为： * 柏建彪 bjianb@163.com 任意截面D-D′的弯矩为： 式中M1根据材料力学的解，其值为 。 故 。 在固定梁的两端(x=0，L), ； 在梁的中部 ， 。 * 柏建彪 bjianb@163.com 两端支承的条件可能有差异。例如，当一侧的采区已采完时，隔离煤柱上方的顶板已处于自由端状态，因而此时更接近于简支梁支座。有些国家把浅部的矿井老顶按简支梁计算，认为浅部矿井岩层顶板由于两端煤体上集中压力较小，因而可视为简支梁支座，但在深部可应视为固定梁。 * 柏建彪 bjianb@163.com 由此可知，最大弯矩发生在梁的中间，即 若为简支梁，剪切力分布与图3-11相似，但弯矩则不同，即 * 柏建彪 bjianb@163.com 二、老顶的板破断 老顶岩层初次断裂。一般老顶岩层厚2～4m，按照薄板的假设，其厚度(h)与宽度(a)的比值h/a=1/7～1/15，因此，可视老顶岩层为薄板，当老顶与上部岩层形成离层后更是如此。 * 柏建彪 bjianb@163.com 根据开采条件及采区边界煤柱的大小，又可将老顶岩层假设为： (a)四周固支； (b)三边固支，一边简支； (c)两边固支，两边简支；(d)一边固支，三边简支。 * 柏建彪 bjianb@163.com 采用板的Marcus简算法，即视“板”为分条的梁，对中部来说即为交叉的条梁，按挠度相等的原则可求得板中部及边界上的弯矩及其分布图。 其中，(a) 为四边固支；(b) 为三边固支，一边简支；(c) 为两边固支，两边简支；(d) 为一边固支，三边简支。 * 柏建彪 bjianb@163.com 随着弯矩的增长，老顶岩层达到强度极限时，