礦山壓力與巖層控制3高教書苑

1、第三章第三章 采場頂板活動規(guī)律采場頂板活動規(guī)律第一節(jié) 幾個概念第二節(jié) 有關(guān)采場上覆巖層“大結(jié)構(gòu)”的假說第三節(jié) 直接頂?shù)目迓涞谒墓?jié) 老頂?shù)臄嗔研问降谖骞?jié) 老頂?shù)某醮螖嗔巡骄嗟诹?jié) 老頂斷裂后的“砌體梁”結(jié)構(gòu)及其s-r穩(wěn)定第七節(jié) 老頂斷裂時在巖體內(nèi)引起的擾動1高級教育第一節(jié) 幾個概念回采工作面（采場）頂板底板采空區(qū)采空區(qū)處理方法偽頂直接頂老頂2高級教育采空區(qū)處理方法采空區(qū)處理方法: (a)刀柱(留煤柱); (b)頂板緩慢下沉法;(c)充填法; (d)全部垮落法3高級教育 根據(jù)實(shí)測，回采工作面支架所承受的力僅為上覆巖層重量的百分之幾。 這是因?yàn)樯细矌r層形成了“大結(jié)構(gòu)”，這種大結(jié)構(gòu)能夠承擔(dān)上覆巖層重量

2、，從而起到對回采工作面的保護(hù)作用。4高級教育第二節(jié)第二節(jié) 有關(guān)采場上覆巖層有關(guān)采場上覆巖層“大結(jié)構(gòu)大結(jié)構(gòu)”的的假說假說一、壓力拱假說5高級教育二、懸臂梁假說二、懸臂梁假說6高級教育三、鉸接巖塊假說三、鉸接巖塊假說7高級教育四、四、 預(yù)成裂隙假說預(yù)成裂隙假說8高級教育五、砌體梁假說五、砌體梁假說1.采動上覆巖層的巖體結(jié)構(gòu)的骨架是覆巖中的堅(jiān)硬巖層，可將上覆巖層劃分為若干組，每組以堅(jiān)硬巖層為底層，其上部的軟弱巖層可視為直接作用于骨架上的載荷，同時也是更上層堅(jiān)硬巖層與下部骨架聯(lián)結(jié)的墊層。9高級教育2.隨著工作面的推進(jìn)，采空區(qū)上方堅(jiān)硬巖層在裂縫帶內(nèi)將斷裂成排列整齊的巖塊，巖塊間將受水平推力作用而形成鉸接

3、關(guān)系。巖層移動曲線的形態(tài)經(jīng)實(shí)測呈開始為下凹、而后隨工作面的推進(jìn)逐漸恢復(fù)水平狀態(tài)的過程，由此決定了斷裂巖塊間鉸接點(diǎn)的位置。若曲線下凹，則鉸接點(diǎn)位置在巖塊斷裂面的偏下部；反之，則在偏上部。如果在回采空間以及鄰近的采空區(qū)上方出現(xiàn)明顯的離層區(qū)，說明該區(qū)內(nèi)斷裂的巖塊可以形成懸露結(jié)構(gòu)。10高級教育3.由于墊層傳遞剪切力的能力較弱，因而兩層骨架間的聯(lián)結(jié)能用可縮性支桿代替。4.當(dāng)骨架層的斷裂巖塊回轉(zhuǎn)恢復(fù)到近水平位置時，巖塊間的剪切力趨近于零，此時的鉸接關(guān)系可轉(zhuǎn)化為水平連桿聯(lián)結(jié)關(guān)系。5.最上層為表土沖積層，可將其視為均布載荷作用于巖體結(jié)構(gòu)上，而骨架層各巖塊上的載荷將隨墊層的壓實(shí)程度而變化。11高級教育12高級教

4、育傳遞巖梁假說 n傳遞巖梁假說于1 978 年由山東科技大學(xué)宋振騏教授根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測資料提出的。該假說首先與眾不同地建立了直接頂與老頂兩個基本概念。直接頂：在采空區(qū)已經(jīng)冒落的巖層總和，由于它們不能長久地保持向煤壁前方傳遞力的聯(lián)系，因此其作用力必須由支架全部承擔(dān)老頂：由鄰近采場的一部分傳遞巖梁組成，該部分巖梁的運(yùn)動對采場礦壓顯現(xiàn)有明顯的影響。n老頂巖梁的結(jié)構(gòu)采用了“傳遞巖梁”的概念，它包括下列含義： a ）該巖梁是由同時運(yùn)動（或近似于同時運(yùn)動）因而對礦壓顯現(xiàn)同時有明顯影響的巖層組合而成。b ）該巖梁在采場推進(jìn)過程中，無論是在相對穩(wěn)定階段，還是進(jìn)入顯著運(yùn)動的階段，都能在工作面推進(jìn)方向上始終保持傳遞力

5、的聯(lián)系，從而能將其作用力傳遞到煤壁前方和采空區(qū)已冒落的矸石之上。n由于采場不斷推進(jìn)，采場礦山壓力及其顯現(xiàn)總是在不斷發(fā)展變化之中因此宋振騏教授建議研究的重點(diǎn)不僅是某一時刻瞬間值的大小，而是礦壓的發(fā)展變化規(guī)律及其與上覆巖層運(yùn)動的關(guān)系。解決了這個問題，則能通過礦壓顯現(xiàn)推測上覆巖層的運(yùn)動，預(yù)測采場來壓的時刻和強(qiáng)度，解決開采設(shè)計(jì)，生產(chǎn)管理等問題。 13高級教育14高級教育第三節(jié)第三節(jié) 直接頂?shù)目迓渲苯禹數(shù)目迓?、直接頂初次垮落距1、直接頂初次垮落3、直接頂垮落后的碎脹特性形成充滿采空區(qū)所需直接頂厚度為：15高級教育4、直接頂初次垮落前的離層、直接頂初次垮落前的離層直接頂最大擾度老頂最大擾度不離層條件16

6、高級教育4、直接頂初次垮落前的離層、直接頂初次垮落前的離層粗略地講，當(dāng)直接頂厚度小于或等于老頂厚度時，均易于形成直接頂與老頂間離層。為了防止直接頂因離層產(chǎn)生推跨事故必須保證支架具有一定的初撐力：17高級教育第四節(jié)第四節(jié) 老頂?shù)臄嗔研问嚼享數(shù)臄嗔研问揭弧⒗享數(shù)牧菏綌嗔岩?、老頂?shù)牧菏綌嗔牙享攦啥斯讨Я菏芰Ψ治隼享攦啥斯讨Я菏芰Ψ治?8高級教育二、老頂?shù)陌迤茢喽?、老頂?shù)陌迤茢嘁话憷享攷r層可視為薄板，按薄板的marcus簡算法對板的破斷進(jìn)行分析。19高級教育老頂板的豎o-x型破斷20高級教育老頂板的橫o-x型破 斷21高級教育第五節(jié)第五節(jié) 老頂?shù)某醮螖嗔巡骄嗬享數(shù)某醮螖嗔巡骄鄡啥斯讨Я簶O限跨距：老頂達(dá)

7、到初次斷裂時的跨距稱為初次斷初次斷裂步距裂步距。按材料力學(xué)方法可求得老頂梁式斷裂步距。一、梁式斷裂時的極限跨距一、梁式斷裂時的極限跨距22高級教育巖梁上任意點(diǎn)的應(yīng)力分析23高級教育兩端固支梁極限跨距：按抗拉強(qiáng)度：按抗剪強(qiáng)度：兩端簡支梁極限跨距：按抗拉強(qiáng)度：24高級教育舉例舉例：設(shè)h4，rs=33mpa，rt=7mpa，q=174kpa按抗拉：按抗拉：按抗剪：按抗剪：固支梁 破斷距為 36m破斷距為1011.5m簡支梁 破斷距為 29m彎矩形成的極限跨距比剪切力形成的極限跨距小；簡支梁的抗彎極限跨距比固支梁的??；25高級教育老頂承受載荷計(jì)算26高級教育二、老頂板斷裂的極限跨距二、老頂板斷裂的極限

8、跨距老頂板斷裂步距與邊界支撐條件有關(guān)。almlm 老頂?shù)牟骄鄿?zhǔn)數(shù)老頂?shù)牟骄鄿?zhǔn)數(shù) 邊長系數(shù)邊長系數(shù) 對四周固支板對四周固支板1.支撐條件對斷裂步距影響：a / bb 工作面長度 1 2 3 4 3227高級教育2.工作面長度對斷裂步距影響：工作面長度對斷裂步距影響：以四邊固支為例， b3lm時，alm 。說明工作面長度對破斷步距影響甚微。3lm b2 lm時，則lm a 2 lm 。說明隨工作面長度縮短，步距顯著增大。老頂破斷呈豎“ox”型。28高級教育b2 lm時，則a2 lm b。老頂呈正“ox”破斷，即“見方垮落”。 lm b2 lm b。初次破斷步距大于工作面長度，老頂呈橫“ox”型破斷

9、。 b lm時，老頂穩(wěn)定不垮落，即形成短壁開采工作面或巷道的情形。29高級教育第六節(jié)第六節(jié) 老頂斷裂后的老頂斷裂后的“砌體梁砌體梁”結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)及其穩(wěn)定性分析及其穩(wěn)定性分析一一. 老頂初次斷裂后的老頂初次斷裂后的“砌體梁砌體梁”平平衡衡30高級教育1、結(jié)構(gòu)的滑落失穩(wěn)、結(jié)構(gòu)的滑落失穩(wěn)若三鉸拱式結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生滑落失穩(wěn)，必須滿足：可見是否產(chǎn)生滑落失穩(wěn)主要取決于老頂破斷巖塊的高長比。高長比越小，結(jié)構(gòu)抗滑落失穩(wěn)的能力越大。31高級教育32高級教育33高級教育2、結(jié)構(gòu)的變形失穩(wěn)、結(jié)構(gòu)的變形失穩(wěn)n在巖塊的回轉(zhuǎn)過程中，由于擠壓處局部應(yīng)力集中，致使該處進(jìn)入塑性狀態(tài)，甚至局部受拉而使咬合處破壞造成巖塊回轉(zhuǎn)進(jìn)一步加劇，從而導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。34高級教育二二. “砌體梁砌體梁”全結(jié)構(gòu)模型的受力分析全結(jié)構(gòu)模型的受力分析35高級教育36高級教育37高級教育si0小的含義反映了以下幾種情況：1.直接頂較厚；2.采空區(qū)采用充填法處理；3.采高較小的煤層；4.離開煤層距離較遠(yuǎn)的巖層。38高級教育39高級教育第七節(jié)第七節(jié) 老頂斷裂時在巖體內(nèi)引起的擾動老頂斷裂時在巖體內(nèi)引起的擾動n老頂巖層可視為夾持在上下軟巖層間的彈性地基梁或彈性地基板，近似滿足win