矿山压力及其控制第九章.ppt

9.2 放顶煤开采矿山压力显现的基本规律 9.2.1 综放采场支架与围岩力学系统模型 综放开采与单一煤层开采在围岩性质方面的差异就是支架上方存在着一层破碎的、强度低的顶煤，该顶煤的存在，不仅增大了直接顶（包括顶煤）的厚度，而且改变了直接顶的整体力学特征。 第二十页，共四十一页。 老顶活动对采场及支架的影响程度取决于直接顶和顶煤的性质、顶煤破坏的发展程度以及支架的刚度。根据支架与围岩体系各组分的力学性质和作用影响程度，建立如图9-12所示的综放采场支架与围岩力学系统模型。构成综放菜场支架—围岩整体力学模型的基本单元与一般长壁开采工作面是相同的，即 ①老顶。 ②直接顶。 ③支架。 ④底板。 第二十一页，共四十一页。 在综放采场—围岩整体力学模型分析中,老顶单元和直接顶单元是关键,老顶单元作为覆岩中的第一关键层,要形成稳定的砌体梁结构,它的刚性转动量是有一定范围的,作为直接顶,即称为给定变形。 第二十二页，共四十一页。 (1)直接顶(包含顶煤)的整体力学特征 综放采场条件下,把顶煤和其上的直接顶岩层统一视为直接顶.在经历工作面前方超前支承压力作用后,该直接顶一般进入塑性状态,因此,处在采场支架上方的直接顶其力学状态是处于α—ε全程曲线的峰后区. 另一方面作为传力介质,传递老顶回转变形产生的回转变形压力。 (2)综放采场支架的工作状态 支架受力的大小及载荷分布取决于直接顶的整体力学特性以及与支架的相互作用. 第二十三页，共四十一页。 9.2.2 工作面矿压显现的基本规律 放顶煤工作面也具有单一煤层采面的一般矿压显现规律,如初次来压,周期来压等.但由于一次采高增大,煤炭开采对直接顶岩层和老顶的扰动范围增大,加之直接顶力学特征的变化,势必引起采面矿压显现的新特点. 第二十四页，共四十一页。 (1)支承压力分布 我国关于综放面的支承压力分布规律进行了许多观测和研究.所得到的基本规律是与单一煤层开采相比,在顶板以及煤层条件力学性质相同情况下,综放开采的支承压力分布范围大,峰值点前移.支承压力集中系数没有显著变化. 第二十五页，共四十一页。 .①煤层愈软,支承压力分布范围愈大,峰值点距煤壁愈远. 软煤层,峰值点为15～25m,分布范围40~50m； 对于硬煤层，峰值点为5～8m，分布范围20～30m。 第二十六页，共四十一页。 ②煤层愈厚，支承压力分布范围愈大，峰值点距煤壁愈远。放顶煤工作面支承压力峰值点前移的原因是由于顶煤强度较低引起的。 第二十七页，共四十一页。 ③如果顶煤中存在一层较厚的强度较大夹矸层，夹矸层除了影响到顶煤冒放形态外，还会影响到支承压力分布，使其显现出较硬煤层的支承压力分布特征。 第二十八页，共四十一页。 由于顶煤强度较低，因此在直接顶与老顶载荷作用下，靠近工作面的顶煤首先发生破坏，进入塑性区，破坏的顶煤刚度迅速降低，顶煤变成弹塑性介质，当载荷继续增大，大于顶煤残余强度时，顶煤不再具有抗载能力，致使顶板载荷向远处逐渐逐渐转移，煤体内形成塑性区的范围大，载荷向前方转移的距离较远。煤层强度越低，转移的距离越大，所以支承压力峰值处越远离工作面，见图9-13。 第二十九页，共四十一页。 第九章 厚煤层综放开采岩层控制 综合机械化放顶煤开采 综合机械化放顶煤开采，简称综放开采。其基本原理是在厚煤层（一般煤厚≥5m）下部布置一个纵采工作面，高2~3米，支架尾部有放煤功能，在工作面前后分别布置一台刮板输送机，采煤机组切割的煤炭有前输送机运出，工作面上方的煤炭冒落放出后，由后输送机送出。 第一页，共四十一页。 9.1 顶煤破碎机理与运移规律 放顶煤开采的实质是实现工作面煤炭和顶部煤炭的同时采出，顶部煤炭的开采是依靠矿山压力作用，使其自行破碎和冒落，且自行流动和放出。 第二页，共四十一页。 顶煤的变形与破碎是一个十分复杂的过程，在支架和顶板组成的系统中，支架通过顶煤对顶板实施控制，同时顶板的压力通过顶煤传递到支架上，顶煤在传递力的过程中也要发生移动、变形、破碎、冒落和放出，因此顶煤起到了一种媒介作用。 第三页，共四十一页。 9.1.1 顶煤的力学特征和应力场特征 （1）顶煤的力学特征 在顶煤破碎过程中，原有裂隙扩展与贯通将会起到重要作用。因此，煤体中的裂隙发育程度和分布密度对顶煤的破碎块度有很大的影响。同时，煤体所反映出来的强度与应力状态有很大关系，不同应力状态的煤体表现出不同的强度特