采煤工作面矿山压力规律

1、采煤工作面矿山压力规律 第二篇 采煤方法 采煤工作面矿山压力规律 第一节第一节 矿山压力基本概念矿山压力基本概念 一、矿山压力一、矿山压力 矿山压力就是由于井下采掘工作破坏了矿山压力就是由于井下采掘工作破坏了 岩体中原岩应力平衡状态，引起应力重新岩体中原岩应力平衡状态，引起应力重新 分布，我们把存在于采掘空间周围岩体内分布，我们把存在于采掘空间周围岩体内 和作用在支护物上的力称为矿山压力。和作用在支护物上的力称为矿山压力。 二、矿山压力来源二、矿山压力来源 （一）自重应力（一）自重应力 （二）构造应力（二）构造应力 （三）膨胀应力（三）膨胀应力 采煤工作面矿山压力规律 原岩应力 X Y Z O

2、 z 地面 采煤工作面矿山压力规律 三、矿山压力显现三、矿山压力显现 n在矿山压力作用下，围岩和支架所表现出来的力学宏在矿山压力作用下，围岩和支架所表现出来的力学宏 观现象，如围岩变形，离层，破坏和冒落，支架受力观现象，如围岩变形，离层，破坏和冒落，支架受力 变化和折损，煤（岩）突出，充填物产生压缩和地面变化和折损，煤（岩）突出，充填物产生压缩和地面 塌陷等，称为矿山压力显现，简称矿压显现。塌陷等，称为矿山压力显现，简称矿压显现。 n采煤工作面矿压显现的主要形式：工作面顶板下沉、采煤工作面矿压显现的主要形式：工作面顶板下沉、 支架变形与折损、顶板破碎或大面积冒落、煤壁片帮、支架变形与折损、顶板

3、破碎或大面积冒落、煤壁片帮、 支柱插入底板、底板膨胀鼓起等。支柱插入底板、底板膨胀鼓起等。 采煤工作面矿山压力规律 第二节第二节 采煤工作面围岩移动特征采煤工作面围岩移动特征 采煤工作面上方的岩层采煤工作面上方的岩层顶板顶板 下方的岩层下方的岩层底板底板 顶板分类：顶板分类： 伪顶：位于煤层之上随采随落的极不稳定岩层，厚度伪顶：位于煤层之上随采随落的极不稳定岩层，厚度 一般一般0.30.5m以下；以下； 直接顶：位于伪顶或直接位于煤层之上，具有一定稳直接顶：位于伪顶或直接位于煤层之上，具有一定稳 定性，随移架或回柱放顶后能自行垮落的岩定性，随移架或回柱放顶后能自行垮落的岩 层；层； 基本顶：位

4、于直接顶或煤层之上，厚而坚硬难垮落的基本顶：位于直接顶或煤层之上，厚而坚硬难垮落的 岩层。岩层。 采煤工作面矿山压力规律 1 2 3 4 5 1、基本顶；、基本顶；2、直接顶；、直接顶；3、伪顶；、伪顶；4、煤层；、煤层；5、底板岩层、底板岩层 煤煤 层层 顶顶 底底 板板 岩岩 层层 采煤工作面矿山压力规律 一、一、 直接顶初次垮落直接顶初次垮落 n采煤工作面自切眼推进一段距离后，直接顶悬露达采煤工作面自切眼推进一段距离后，直接顶悬露达 到一定跨度，就要对采空区顶板进行初次放顶，使到一定跨度，就要对采空区顶板进行初次放顶，使 直接顶垮落下来，这一过程称作直接顶的初次垮落。直接顶垮落下来，这一

5、过程称作直接顶的初次垮落。 n K Kp p=V/V=V/V n直接顶岩层总厚度直接顶岩层总厚度 ，则它冒落后堆积高度为，则它冒落后堆积高度为 ，其与基本顶间可能留下的空隙：，其与基本顶间可能留下的空隙： ) 1( h p p Kh Kmh h hp K 采煤工作面矿山压力规律 二、基本顶的初次垮落 （一）基本顶初次垮落前岩层结构（一）基本顶初次垮落前岩层结构 若若00，随直接顶初次垮落，基本顶在一定范围内呈，随直接顶初次垮落，基本顶在一定范围内呈 现悬露状态，可视为现悬露状态，可视为“板板”;”;由于基本顶在采煤工作面由于基本顶在采煤工作面 方向上的长度远大于推进方向长度，可将其视为一端由方

6、向上的长度远大于推进方向长度，可将其视为一端由 采煤工作面煤壁支承，一端由煤柱支承的两端支撑的梁采煤工作面煤壁支承，一端由煤柱支承的两端支撑的梁 结构。结构。 （二）基本顶初次垮落与初次来压（二）基本顶初次垮落与初次来压 随采煤面继续推进，基本顶悬露跨度逐渐增大，产生弯随采煤面继续推进，基本顶悬露跨度逐渐增大，产生弯 曲，达到一定跨度时，发生垮落。基本顶第一次垮落称曲，达到一定跨度时，发生垮落。基本顶第一次垮落称 为基本顶初次垮落。为基本顶初次垮落。 采煤工作面矿山压力规律 （三）基本顶初次垮落步距确定三）基本顶初次垮落步距确定 n基本顶初次垮落时，其最大悬露跨度基本顶初次垮落时，其最大悬露跨

7、度L初 初称为基本顶 称为基本顶 初次垮落步距。初次垮落步距。 1、一般情况下，视基本顶为两端固定梁、一般情况下，视基本顶为两端固定梁 q D x D L R1R2 Qx Q图 M图 x M1 M2 x y 视基本顶为梁时的受力分析图视基本顶为梁时的受力分析图 采煤工作面矿山压力规律 极限垮距（只考虑按弯距计算）极限垮距（只考虑按弯距计算） L初： 初： q R h T 2 L 初 q L x RR MM xx xy y cc h b=1 2、浅部煤层情况下，浅部煤层情况下， 近似视基本顶为简支近似视基本顶为简支 梁梁 v极限垮距极限垮距L初 初： ： q R h T 3 2L 初 采煤工作面

8、矿山压力规律 基本顶断裂后的平衡拱结构基本顶断裂后的平衡拱结构 n基本顶岩梁达到基本顶岩梁达到 极限跨距断裂后，极限跨距断裂后， 并不一定立即垮并不一定立即垮 落，断裂岩块间落，断裂岩块间 由于回旋形成挤由于回旋形成挤 压，能形成平衡压，能形成平衡 拱式的结构。拱式的结构。 基本顶断裂后形成的平衡拱基本顶断裂后形成的平衡拱 F (qL)/2 L a b c F h L/2 L/4 采煤工作面矿山压力规律 三、基本顶的周期来压三、基本顶的周期来压 （一）基本顶来压前的状态（一）基本顶来压前的状态 基本顶初次垮落后，随着采煤工作面继续推进，工作面上方基本顶初次垮落后，随着采煤工作面继续推进，工作面

9、上方 的基本顶岩层由两端固定梁状态转变为悬臂梁状态。如图所的基本顶岩层由两端固定梁状态转变为悬臂梁状态。如图所 示：示： 采煤工作面矿山压力规律 n当采煤工作面继续推进，基本顶悬挂臂跨度达到极当采煤工作面继续推进，基本顶悬挂臂跨度达到极 限跨度时，基本顶在其自重及上覆岩层载荷的作用限跨度时，基本顶在其自重及上覆岩层载荷的作用 下，将沿采煤工作面煤壁甚至煤壁之内发生折断和下，将沿采煤工作面煤壁甚至煤壁之内发生折断和 垮落。垮落。 n随着采煤工作面的推进，基本顶这种随着采煤工作面的推进，基本顶这种“稳定失稳稳定失稳 再稳定再稳定”现象，将周而复始地出现，使采煤工作现象，将周而复始地出现，使采煤工作

10、 面矿山压力周期性明显增大。这种基本顶的周期性面矿山压力周期性明显增大。这种基本顶的周期性 破断失稳对工作面产生的周期性的来压显现，称为破断失稳对工作面产生的周期性的来压显现，称为 基本顶的周期来压。基本顶的周期来压。 （二）基本顶周期来压及矿压显现特征（二）基本顶周期来压及矿压显现特征 采煤工作面矿山压力规律 基本顶周期来压及矿压显现特征基本顶周期来压及矿压显现特征 1 2 3 4 1、直接顶；、直接顶；2、支架；、支架；3、已断裂基本顶；、已断裂基本顶；4、冒落矸石、冒落矸石 采煤工作面矿山压力规律 （三）周期来压步距的确定（三）周期来压步距的确定 基本顶两次周期来压间隔时间称为来压周期。

11、基本顶两次周期来压间隔时间称为来压周期。 在来压周期内采煤工作面推进的距离称为周期来压在来压周期内采煤工作面推进的距离称为周期来压 步距，用步距，用L周 周表示。 表示。 比较上式，知比较上式，知 L周 周（ （0.50.25）L初 初。 。 周初 周 L 6 3 L L q R h T 采煤工作面矿山压力规律 （四）周期来压的分析（四）周期来压的分析 A TT R B T N F R O (a) A TT R B T N F R O (b) O 咬合点的平衡咬合点的平衡 采煤工作面矿山压力规律 四、工作面上覆岩层移动规律四、工作面上覆岩层移动规律 n根据岩层移动特征，可将煤层的上覆岩层分为冒

12、落根据岩层移动特征，可将煤层的上覆岩层分为冒落 带带()、裂缝带、裂缝带()、弯曲下沉带、弯曲下沉带()。如图所示：。如图所示： 1 2 3 4 () () () 3 采煤工作面矿山压力规律 1 1、简述矿山压力、矿压显现的基本概、简述矿山压力、矿压显现的基本概 念。念。 2 2、简述直接顶的初次垮落、基本顶的、简述直接顶的初次垮落、基本顶的 初次来压和周期来压的基本概念。初次来压和周期来压的基本概念。 作业：作业： 采煤工作面矿山压力规律 第三节第三节 采煤工作面矿山压力显现规律采煤工作面矿山压力显现规律 一、采煤工作面支承压力显现规律一、采煤工作面支承压力显现规律 支承压力显现特征可用支承

13、压力地、峰值的支承压力显现特征可用支承压力地、峰值的 位置及应力集中系数表示。位置及应力集中系数表示。 （一）采煤工作面前后方支承压力分布（一）采煤工作面前后方支承压力分布 采煤工作面前后方支承压力分布与采空区处采煤工作面前后方支承压力分布与采空区处 理方法有关，对于采用全部垮落法管理顶板理方法有关，对于采用全部垮落法管理顶板 的采煤工作面，其前后方支承压力分布如下的采煤工作面，其前后方支承压力分布如下 图所示：图所示： 采煤工作面矿山压力规律 采煤工作面前后方支承压力分布采煤工作面前后方支承压力分布 KyH yH c abc yH a：应力增高区；：应力增高区；b：应力降低区；：应力降低区；

14、c：应力稳定区：应力稳定区 采煤工作面矿山压力规律 采煤工作面前后方支承压力分布的特点采煤工作面前后方支承压力分布的特点 1、采煤工作面前方煤壁一端支承着工作面上方、采煤工作面前方煤壁一端支承着工作面上方 裂隙带及其上覆岩层的大部分重量，即工作面裂隙带及其上覆岩层的大部分重量，即工作面 前方支承压力远比工作面后方大。前方支承压力远比工作面后方大。 2、由于采煤工作面的推进，煤壁和采空区冒落、由于采煤工作面的推进，煤壁和采空区冒落 带是向前移动的，因此工作面前后方支承压力带是向前移动的，因此工作面前后方支承压力 是移动支承压力。是移动支承压力。 3、由于裂缝带形成了以煤壁和采空区冒落带为、由于裂

15、缝带形成了以煤壁和采空区冒落带为 前后支承点的半拱式平衡，所以采煤工作面处前后支承点的半拱式平衡，所以采煤工作面处 于减压力范围。于减压力范围。 采煤工作面矿山压力规律 （二）采煤工作面两侧支承压力分布（二）采煤工作面两侧支承压力分布 n采煤工作面两侧的支承压力是指工作面两侧煤柱或采煤工作面两侧的支承压力是指工作面两侧煤柱或 煤体上的支承压力。煤体上的支承压力。 卸载带；支承压力带；原岩应力带；采后应 力稳定带；lmax峰值位置 采煤工作面矿山压力规律 1、采煤工作面两侧的支承压力剧烈影响区并不、采煤工作面两侧的支承压力剧烈影响区并不 在煤体的边缘，而是位于煤体边缘有一定距在煤体的边缘，而是位

16、于煤体边缘有一定距 离的地带。离的地带。 2、采煤工作面两侧煤体边缘处于应力降低区，、采煤工作面两侧煤体边缘处于应力降低区， 支承压力低于原岩应力。支承压力低于原岩应力。 3、采煤工作面两侧支承压力从形成到向煤体深、采煤工作面两侧支承压力从形成到向煤体深 部转移要经过一段时间过程，所以要使沿空部转移要经过一段时间过程，所以要使沿空 掘巷保持稳定，必须从时间上避开未稳定的掘巷保持稳定，必须从时间上避开未稳定的 支承压力作用期。支承压力作用期。 采煤工作面两侧支承压力分布规律采煤工作面两侧支承压力分布规律 采煤工作面矿山压力规律 二、支承压力在底板中的传递二、支承压力在底板中的传递 n采煤工作面采

17、动后，在工作面四周形成的支承压力采煤工作面采动后，在工作面四周形成的支承压力 将向煤层底板进行传递，尤其采煤工作面两侧支承将向煤层底板进行传递，尤其采煤工作面两侧支承 压力的传递，对下部煤层开采巷道布置产生重要影压力的传递，对下部煤层开采巷道布置产生重要影 响。响。 n底板岩层内压应力的大小与煤柱上方的支承压力成底板岩层内压应力的大小与煤柱上方的支承压力成 正比正比。 采煤工作面矿山压力规律 底板岩层中的应力分布底板岩层中的应力分布 GG 1 e f f d e d 1、2支承压力曲线；支承压力曲线；3原岩应力曲线；原岩应力曲线；4、5应力增高区边界线；应力增高区边界线； 6应力降低区边界线应

18、力降低区边界线 采煤工作面矿山压力规律 煤层底板巷道位置选择煤层底板巷道位置选择 （1）巷道与煤层底板的垂直距离不小于一定数值）巷道与煤层底板的垂直距离不小于一定数值h。 H与围岩性质的关系见下表。与围岩性质的关系见下表。 巷道类型巷道类型岩石种类和特性岩石种类和特性 合理垂距合理垂距 /m/m 围岩稳定围岩稳定 巷道巷道 砂岩、石灰岩、其他坚硬岩石砂岩、石灰岩、其他坚硬岩石6 6 围岩中等稳定围岩中等稳定 的巷道的巷道粉砂岩、砂页岩、中硬铝土页岩等粉砂岩、砂页岩、中硬铝土页岩等1010 围岩较松软的围岩较松软的 巷道巷道 塑性较大的泥质页岩、页岩、塑性较大的泥质页岩、页岩、 煤质页岩等煤质页

19、岩等 15152020 采煤工作面矿山压力规律 煤层底板巷道位置选择煤层底板巷道位置选择 （2）巷道布置在煤柱向底板传递力的影响角以外。若）巷道布置在煤柱向底板传递力的影响角以外。若 巷道布置在煤柱影响角以内，即使巷道位于较稳定巷道布置在煤柱影响角以内，即使巷道位于较稳定 的岩层内，也要受到应力升高的影响。的岩层内，也要受到应力升高的影响。 n为使巷道布置在煤柱影响角以外，巷道离煤柱边界为使巷道布置在煤柱影响角以外，巷道离煤柱边界 的水平距离的水平距离S为：为： n煤层倾角；煤层倾角； n 的余角；的余角； n煤柱影响角，一般在煤柱影响角，一般在25255555间。通常支承压间。通常支承压 力越大和煤柱尺寸越小，其值越大。力越大和煤柱尺寸越小，其值越大。 sin )sin( h S 采煤工作面矿山压力规律 巷道位置选择示意图巷道位置选择示意图 采煤工作面矿山压力规律 煤层底板巷道位置选择煤层底板巷道位置选择 巷道至煤壁边缘水平巷道至煤壁边缘水平 距离的计算图距离的计算图 采煤工作面矿山压力规律 第四节第四节 采煤工作面顶板分类采煤工作面顶板分类 n科学的分类可为顶板控制、支架选型、合理确定科学的分类可为顶板控制、支架选型、合理确定 支护参