矿山压力基本知识8学时

1、 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 图图 62煤层顶底板岩层煤层顶底板岩层 2 21 max 2 - 21 2 - 21 2 - 21 2 - 21 -1 gHr 1 32 （） 直接顶初次垮直接顶初次垮 落前顶板状态落前顶板状态 直接顶初次直接顶初次 垮落后状态垮落后状态 V V Kp hkmh P 1 pp KhmhKmh 图图 6-3直接顶初次垮落状态直接顶初次垮落状态 ）（1 P KHm 1 P K m h 图图 65 岩梁上应力分布示意图岩梁上应力分布示意图 q R hL T 2 初 q hR L s 3 4 初 q R hL

2、 T 3 2 初 qn R hL T 2 安 qn R hL T 3 2 安 q R hL T 3 周 6 1 P K m h 图 611采空区上覆岩层移动概貌示意图 冒落带；裂隙带；弯曲下沉带； 1地表塌陷区；地表塌陷区；2岩层开始移动边界线；岩层开始移动边界线；3岩层移动稳定边界线；岩层移动稳定边界线；4离层现象离层现象 谢谢 谢谢 大大 家家 ! 再再 见见! 2007年5月 第五节采煤工作面四周的支承压力及其传递第五节采煤工作面四周的支承压力及其传递 一、支承压力的概念及形成一、支承压力的概念及形成 二、采煤工作面四周的支承压力二、采煤工作面四周的支承压力 三、支承压力在底板中的传递三

3、、支承压力在底板中的传递 四、巷道布置分析四、巷道布置分析 五、影响支承压力的因素五、影响支承压力的因素 六、支承压力引起的矿压显现六、支承压力引起的矿压显现 第五节采煤工作面四周的支承压力及其传递第五节采煤工作面四周的支承压力及其传递 一、支承压力的概念及形成一、支承压力的概念及形成 1支承压力：支承压力：采动后应力重新分布所形成的应力升高区的压力。 2支承压力的形成：以开切巷后应力重新分布为例。 煤体未采动前：煤层及周围岩体处于原始应力平衡状态，煤体上所 受力为上覆岩层的重力。即：rH。 开巷后：由于巷道上方的岩重转嫁到两帮（煤体）上，破坏了应力 的平衡状态，引起应力重新分布，产生应力集中

4、。首先出现压力供1、形 成集中应力曲线2。 第五节采煤工作面四周的支承压力及其传递第五节采煤工作面四周的支承压力及其传递 2支承压力的形成支承压力的形成 因巷道周边处为自由面，岩块由三向应力状态变为双向和单向应力 状态，抗压强度降低，巷壁附近煤（岩）层产生压缩变形，max逐渐 向岩体深处转移，进而形成集中应力曲线3。 随着采煤面的推进，采空区增大，支承压力增大。 岩（煤）体深处，岩块又逐渐从单向变成三向应力状态，抗压强度 也逐渐增大。（又出现弹性条件下的变形区，原始应力区）。 煤体中开掘巷道后应力重新分布示意图煤体中开掘巷道后应力重新分布示意图 煤体中开掘巷道后应力重新分布示意图煤体中开掘巷道

5、后应力重新分布示意图 l图 （旧教案P55） 第五节采煤工作面四周的支承压力及其传递第五节采煤工作面四周的支承压力及其传递 一、支承压力的概念及形成一、支承压力的概念及形成 3支承压力显现特征的表示 支承压力分布范围； 峰值：指支承压力显现区内应力的最大值（ ）； 应力集中系数（K）：支承压力峰值与原岩应力的比值。 （ ） max Hr K max 1 max 第五节采煤工作面四周的支承压力及其传递第五节采煤工作面四周的支承压力及其传递 二、采煤工作面四周的支承压力二、采煤工作面四周的支承压力 即：采煤工作面大面积开采后，发生在工作面前后方及上下方大于原 岩应力的矿山压力。 （一）采煤工作面前

6、方支承压力（一）采煤工作面前方支承压力：图612示。 1煤壁刚裸露时：对坚硬煤层，其应力分布理论上为曲线1，即煤壁 上方垂直应力最大max，煤壁深处1逐渐减少。 2因煤壁处为自由面，煤块（壁处）由三向受力变为双向和单向应力 状态，抗压强度降低，煤壁附近的煤层产生压缩变形，max逐渐向煤 体深处转移，其应力分布如图中的曲线2及3所示。（由123） 采煤工作面前方支承压力分布示意图采煤工作面前方支承压力分布示意图 图图 612 第五节采煤工作面四周的支承压力及其传递第五节采煤工作面四周的支承压力及其传递 （一）采煤工作面前方支承压力（一）采煤工作面前方支承压力 3煤壁深处：煤块由单向受力状态逐渐过

7、渡到三向受力状态，其抗压 强度也逐渐增大。即：侧向应力由0rH，如图中曲线4。 4当工作面不推进时：垂直应力峰值max便稳定地处于煤壁深处， 侧向应力3也增至：1=rH后渐趋稳定。 5分布范围：从工作面前方13m处开始，直至3040m，甚至 100m左右即开始变形。最大应力值约距煤515m左右，应力集中系数K 值范围为1.255.0。 第五节采煤工作面四周的支承压力及其传递第五节采煤工作面四周的支承压力及其传递 （二）采煤工作面后方支承压力（二）采煤工作面后方支承压力：图613示（实测图）。 即：采煤工作面后方采空区已冒落矸石上的压力分布。 分析：由曲线3知：在工作面中部、距工作面8085m处

8、冒落矸石受 力达到rH，至125m处到高峰值1.31rH。而后又逐渐恢复到rH。 从煤层倾斜方向看：即曲线1、2、3、4中，工作面中部测点的支承 压力值（曲线3）为最大，其它各测点的压力值均未达rH。 结论：在工作面后方冒落矸石所受压力仅恢复到rH或比rH稍大一点。 采煤工作面后方（采空区）支承压力分布示意图采煤工作面后方（采空区）支承压力分布示意图 图图 613 第五节采煤工作面四周的支承压力及其传递第五节采煤工作面四周的支承压力及其传递 （三）采煤工作面前后方支承压力的特点：（三）采煤工作面前后方支承压力的特点：图414示。 1支承压力分布：支承压力分布：三个区。即：应力降低区（减压区）、

9、应力增高区 （支承压力区）、应力不变区（稳压区）。 2特点：特点：前方支承压力远比后方大。（前方煤壁一端几乎支撑着工 作面上方裂缝带及其上覆岩层的大部分重量）。 前后方支撑压力是随时间向前移动。（工作面煤壁及采空区垮落带 是随时间向前移动的，因而）。 采煤工作空间处于减压范围内。（由于裂缝带内形成了以煤壁及采 空区垮落带为前后支撑点的半供式平衡）。 采煤工作面前后方支承压力分布示意图采煤工作面前后方支承压力分布示意图 图图 614 a应力升高区（支承压力区）应力升高区（支承压力区）； b应力降低区；应力降低区； c原始应力区原始应力区 采煤工作面前后方支承压力分布示意图采煤工作面前后方支承压力

10、分布示意图 图图 614 a应力降低区；应力降低区； b应力升高区（支承压力区）；应力升高区（支承压力区）； c原始应力区原始应力区 第五节采煤工作面四周的支承压力及其传递第五节采煤工作面四周的支承压力及其传递 （四）采煤工作面采空区侧向支承压力（四）采煤工作面采空区侧向支承压力 即：工作面采空区上、下方的支承压力。图615示。 1特点：固定支承压力。（支承压力在采空区顶板岩层冒落稳定后渐 趋于固定值）。 2影响： 若煤壁或煤柱强度不足，则煤帮或煤柱会产生变形或破坏。 在此支承压力区内布置的巷道将长期受到影响。 采煤工作面采空区侧向支承压力采煤工作面采空区侧向支承压力 图图 615 采煤工作面

11、左右两侧支承压力分布采煤工作面左右两侧支承压力分布 卸载带；卸载带；支承压力带；支承压力带；原岩应力带；原岩应力带； 采后应力稳定带；采后应力稳定带； 峰值位置峰值位置 max l 采煤工作面采空区侧向支承压力采煤工作面采空区侧向支承压力 第五节采煤工作面四周的支承压力及其传递第五节采煤工作面四周的支承压力及其传递 三、支承压力在底板中的传递三、支承压力在底板中的传递图616、17示。 图616：垂直方向不同深处的压应力分布。（曲线abc、a1b1c1） 图616：与受载面积中心轴线相距y的应力分布曲线。（=0，即 煤柱中心线上的应力）。 结论：底板内各点的应力与施力点（距煤柱间距）的距离成反

12、比。 即：随底板岩层与煤柱之间的垂距增加而迅速降低。 应力以受载中心为最大，向煤柱外侧呈一定角度扩展，在边缘处迅 速减小。 底板内压应力的大小与煤柱上方的支承压力成正比。 即：煤柱两侧采动，产生支承压力叠加，引起传递深度和应力大小均 比单侧采动时大得多。 煤柱下的应力传递示意图煤柱下的应力传递示意图 图图 616 均分布载荷作用下不同深度处的压应力分布均分布载荷作用下不同深度处的压应力分布 底板岩层内的应力分布示意图底板岩层内的应力分布示意图 图图 617 底板岩层内的应力分布底板岩层内的应力分布 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应力增高区境界线；应力增

13、高区境界线；6应力降低区境界线应力降低区境界线 第五节采煤工作面四周的支承压力及其传递第五节采煤工作面四周的支承压力及其传递 三、支承压力在底板中的传递三、支承压力在底板中的传递 随煤柱宽度减小，其传递深度和应力值将显著增大。 底板岩层坚硬，则传递的应力迅速减弱，但向煤柱外侧的扩展角度 增大。松软岩层内其传递深度比坚硬岩层内大得多。 支承压力的大小与煤层倾角、厚度、埋深等密切相关。 等压线：把底板中垂直应力相同的各点连成曲线。即是。 图617中4、5、6为等压线。 曲线4、5以内为增压区，距煤柱愈近压力愈大。 曲线4、5外为不受煤柱支承压力影响的区域。 曲线6内是低于原岩应力的降低区。 第五节

14、采煤工作面四周的支承压力及其传递第五节采煤工作面四周的支承压力及其传递 四、巷道布置分析四、巷道布置分析（底板中的巷道布置分析） 为使底板中的巷道避开应力增高区，需同时控制两个因素： 1巷道距煤层底板的垂直距离：，可由46m至40m。 分析：值愈大，则巷道所受的垂直应力愈小。 影响的因素：围岩性质及地质破坏程度。 岩巷至煤层底板合理的垂距：表62示。 2巷道布置在煤柱影响角以外。图618、19示。 巷道离煤柱边界的水平距离为： 式中煤层倾解 角的余角=90 角可在2555之间变化，通常支承压力越大，煤柱尺寸越 小，则角越大，表63示。 sin sin ）（ h S 巷道位置选择示意图巷道位置选

15、择示意图 图图 618巷道位置选择示意图巷道位置选择示意图 a巷道在应力增高区；巷道在应力增高区；b巷道在应力降低区或原始应力区巷道在应力降低区或原始应力区 sin sin h S 式中式中 煤层倾角；煤层倾角； 的余角；的余角； =90； 2555； 通常支承压力越大和煤通常支承压力越大和煤 柱尺寸越小，柱尺寸越小， 角越大；角越大； 见表见表6-3。 巷道距煤壁水平距离计算示意图巷道距煤壁水平距离计算示意图 图6-19巷道至煤壁边缘水平距离的计算图 第五节采煤工作面四周的支承压力及其传递第五节采煤工作面四周的支承压力及其传递 五、影响支承压力的因素五、影响支承压力的因素 1开采深度：支承压

16、力与采深成正比。（=KrH）。 2顶板岩性：越坚硬，则分布范围越大，应力集中系数（K值）较 小。 例：（参考张希俊P88，图625）。 砂岩顶板时：工作面前方作用范围达100m（曲线1）； 松软的泥质页岩时：作用范围仅40左右（曲线2）； 顶板裂隙发育时：支承压力较集中，影响范围也较小。 底板越坚硬：支承压力影响范围大，但集中程度小。 3煤的强度： 煤质松软：变形破坏程度愈高，分布范围愈大，集中程度K愈低。 煤质坚硬：分布范围变小，集中程度变高。 第五节采煤工作面四周的支承压力及其传递第五节采煤工作面四周的支承压力及其传递 六、支承压力引起的矿压显现六、支承压力引起的矿压显现 1顶板预先下沉：

17、工作面前方尚未悬露的顶板，即开始下沉。下沉量 可达1560mm，甚至达100mm。 危害：产生裂隙，增加了工作面和工作面前方区巷道的压力。 措施：工作面前方20m内及上、下出口处加强支护，增设抬棚、斜撑 等。 2工作面煤壁变形破坏：导致煤壁破碎、片帮，其范围一般13m， 对安全不利，但有利于浅截深采煤机落煤。 3产生冲击地压：即煤和岩层在矿压作用下，急剧破碎和抛出的现 象，如：放煤炮、煤被压出、顶板下沉及断裂等现象。 措施：降低其集中程度，采用充填法，不留煤柱，避免两个面相向推 进，加快推进速度，减少顶板悬露时间，缩小控顶距等。 4煤与瓦斯突出：吸附 解吸，压力增大 突出。 采煤工作面四周的支

18、承压力及其传递采煤工作面四周的支承压力及其传递 l 课堂小结：课堂小结： l 1支承压力的概念及形成过程。 l 2工作面前后方支承压力的颁特点。 l 3支承压力在底板中的传递规律。 l 4底板中布置要考虑的二个因素。 l 5支承压力引起的矿压显现及采取的措施。 谢谢大家！谢谢大家！ 再见！再见！ 第六节采煤工作面顶板分类第六节采煤工作面顶板分类 l一、缓斜煤层工作面顶板分类一、缓斜煤层工作面顶板分类 （一）直接顶的分类（一）直接顶的分类 （二）基本顶分级（二）基本顶分级 l 二、我国曾将直接顶的稳定性分为三类二、我国曾将直接顶的稳定性分为三类 第六节采煤工作面顶板分类第六节采煤工作面顶板分类

19、一、缓斜煤层工作面顶板分类一、缓斜煤层工作面顶板分类 （一）直接顶的分类（一）直接顶的分类 1依据 （1）岩性指标）岩性指标：用岩石单向抗压强度RC、节理裂隙间距I、分层厚度 ，综合而成的强度指数D确定。 测定方法： RC：可从采空区冒落矸石或直接向顶板打钻取样（制成直径48 56mm、高径比为1.82.2的试样），在实验室测定。也可用捣碎法测 定。 捣碎法：以240N固定重量的重锤，在600mm高度自由落下，冲击试 块，根据试块在给定的冲击功作用下，被捣碎后形成的粉未数量，计算f 值，再换算为RC（ ） 100 c R f 第六节采煤工作面顶板分类第六节采煤工作面顶板分类 1依据依据 （1）

20、岩性指标）岩性指标 I：以在巷道内测定肉眼可见的最发育的一组构造裂隙为准，用测得 有代表性的1015个观测数据的平均值，作为计算指标。也可在工作面 观测，但不要把采煤造成的裂隙统计在内。 h：是不同岩性的岩层之间和同一岩层内沿层理的离层面之间的间 距。可在巷道、工作面控顶区或采空区内测定，统计有代表性的1015 个数据的平均值，作为分类的计算指标。若最下面的分层厚度大于1m， 就以该层厚度为准，否则取直接顶下位岩层1.52.0m内各分层厚度的平 均值。 第六节采煤工作面顶板分类第六节采煤工作面顶板分类 1依据依据 （1）岩性指标）岩性指标 强度指数计算： D=10 RCC1C2 式中 RC岩石

21、单向抗压强度，MPa； C1节理裂隙影响系数；从表65中查； C2分层厚度影响系数；从表66中查。 第六节采煤工作面顶板分类第六节采煤工作面顶板分类 （一）直接顶的分类（一）直接顶的分类 （2）参考指标）参考指标：直接顶初次垮落步距L。（作为检验） 测定L：以冒落高度1.01.5m以上、占工作面二分之一以上，从工 作面切顶线到开切眼煤壁之间的距离作为分类计算指标。若工作面长 度a与L之比小于3，可用等效步距： （作为分类参考指标） 2分类：以D为主要指标、l为参考指标，分四类。 即 不稳定顶板、中等稳定顶板、稳定顶板、坚硬顶板。表64示。 La La L 第六节采煤工作面顶板分类第六节采煤工作

22、面顶板分类 （二）基本顶分级（二）基本顶分级 1依据 （1）直接顶厚度与采高的比值： 测定N：根据构成基本顶的条件和地质柱状图，找出所在位置和直接 顶的厚度计算而得。 （2）基本顶初次来压步距：L。 测定L：可根据现场实测或矿压显现特征确定。 2分级：根据N、L及基本顶来压显现程度，分四级。 即即 不明显、明显、强烈、极强烈不明显、明显、强烈、极强烈。表67，图620示。 m h N 第六节采煤工作面顶板分类第六节采煤工作面顶板分类 二、我国曾将直接顶的稳定性分为三类二、我国曾将直接顶的稳定性分为三类 1破碎顶板：采煤时若不及时支护，很易造成局部冒顶。 如：页岩、煤顶、再生顶板等。 2中等稳定顶板：直接顶的强度较大，虽受一系列裂隙切割，但局部 尚完好。 如：砂页岩、粉砂岩等。 3完整顶板：允许悬露面积大，稳定性好，不易发生局部冒顶。 如：砂岩、坚硬的砂页岩等。 第七节采煤工作面矿压观测第七节采煤工作面矿压观测 （概述）（概述） 矿压观测：矿压观测：利用各种仪表工具，对采煤工作面及区段巷道各种矿压 显现进行观察、测量和记录，通过分析大量观测数据，总结