4矿山压力及其控制(第四章).pptVIP

根据实验及力学分析，若破断岩块较多，则成拱的条件主要取决于原岩应力及岩块转动过程中所形成的水平挤压力的大小。水平挤压力较大时，仍然能使多个岩块挤压在一起，呈悬露状态。因此，并不是老顶岩梁刚达到断裂极限跨距，即发生垮落，它还决定于以下平衡条件。 （1）结构的滑落失稳 咬合处摩擦力的大小，即水平挤压力与该处摩擦系数的乘积，此力的作用方向与岩块滑落的方向相反，因而起防止岩块间相互滑落的作用。 若考虑到老顶岩层断裂时，断裂面与垂直面成一断裂角θ，则咬合点的关系见下图。 （2）结构的变形失稳 这是指在岩块的回转过程中，由于挤压处局部应力集中，致使该处进入塑性状态，甚至局部受拉而使咬合处破坏造成岩块回转进一步加剧，从而导致整个结构失稳。见下图表示的岩块回转状态。 由此可求得在岩梁破断后互相咬合中间下沉量达时，即形成了岩块结构的变形失稳。 由上述分析可知，岩梁在破断成岩块后，只要有一定的条件，它仍能形成外形如梁，实质是拱的平衡结构，保持着回采空间，使其不受上覆岩层的全部载荷。 4.5 直接顶的稳定性 直接顶是工作面直接维护的对象，直接顶经常处于破断状态，且无水平力的挤压作用，因而它难以形成结构，它的重量全由工作面支架来承担。从岩体形成结构的观点来分析，对于老顶形成的大结构，支架是通过直接顶对其起支撑作用。因此，直接顶的完整情况，将首先影响到工作面生产的安全，同时也是保证支护能否全部发挥其性能的重要保证。 从顶板事故的现场统计看，许多顶板事故是由于直接顶与老顶产生离层，然后由直接顶引起推垮型事故（单体柱），因此应研究直接顶与老顶间形成离层的条件。 4.5.1 直接顶岩块离层原因分析 （1）节理、裂隙的切割：一旦支护工作出现疏忽，均可导致直接顶局部冒落。 （2）岩性原因：初次放顶前，由于直接顶的挠度大于老顶,此时老顶处于板的悬露状态。直接顶强度较弱，岩层较薄，而产生二者离层。 （3）采用单体支护时，第一排支柱刚支设时，初撑力较低，液压支架时，由于无支护空间较宽，又由于前梁的支撑力较小，因而常常形成机道上方顶板离层。 （4）工作面较短时，老顶常处于悬露状态，挠度甚小，直接顶的挠度常大于老顶而形成离层。类似于初次放顶前。 （5）分层开采工作面，第一分层采出后，冒落的顶板将重新压实。根据采空区内垂直应力重新分布的规律，在采空区四周将形成减压区，从而在采下分层时，此减压区内将形成直接顶岩层的离散状态。 4.5.2 初次放顶前直接顶的离层与断裂 粗略地讲，当直接顶厚度小于老顶厚度，均易形成这种离层。当然这种离层分析的条件：直接顶必须有一定强度，并不是随开切眼推进而冒落，其次是冒落后的直接顶不能填满采空区。这样直接顶岩块间无水平力联系，从而形不成结构。这些均是形成直接顶初次放顶时失稳的条件。 考虑到初次放顶前支架支撑力的作用，则不致于形成离层的条件改为： 式中 p为支架单位面积的支撑力。 通过类似前述的推导，有： 即支架支撑力达到上述条件可保证直接顶与老顶不离层 4.6 回采工作面上覆岩层移动概况 老顶垮落后，采空区上方的岩层一般都要产生移动,见下图为典型的地表岩层移动图。 认为，断裂面上任意一点C所处的应力状态均为极限应力状态。 岩层移动主要是研究开采后引起的地表变形与破坏规律。由于煤层开采后形成的采空区大多数为长方形，而老顶岩层的破坏因长方形的角效应影响而呈椭圆形，因而地表移动盆地均为椭圆形，且比采空区面积要大。 地下采空区 地表移动边界线 ‘开采水平或近水平煤层时，移动盆地位于采空区正上方，而且盆地中心对应着采空区中心，即中心点是垂直下落的。对于倾斜煤层，见下图。最大下沉点有下滑落趋势。 地表移动曲线 采空区 β0 λ0 采空区面积相当大时，盆地形成平底“盆状”，盆地内最大下沉处不是一条线而是一个面。当采空区宽度导致地表最大下沉处由线变为面的临界值称为开采的临界宽度，此时地表得到了充分采动。反之，如果开采面积不够大，盆地呈尖底“碗状”。此时说明地表没有得到充分采动。随着开采宽度增加，地表下沉值还将继续增加。 随着开采宽度增加，地表下沉值会相应增加。见下图。 1 2 3 1’ 2’ 3’ 回采工作面矿山压力显现主要研究开采后煤层上方顶板的活动规律。通过钻孔观测，可了解到回采工作面上覆岩层的破坏与移动情况。通常将上覆岩层按破坏和移动的情况分为冒落带、裂隙带和弯曲下沉带。见下图所示。 冒落带：破断后的岩块呈不规则垮落，排列极不整齐，松散系数比较大，一般可达1.3～1.5。但经重新压实后，碎胀系数可降到1.03左右，很多情况下为直接顶岩层