采煤工作面矿山压力规律课件

採煤工作面礦山壓力規律

第一節礦山壓力基本概念一、礦山壓力礦山壓力就是由於井下採掘工作破壞了岩體中原岩應力平衡狀態，引起應力重新分佈，我們把存在於採掘空間周圍岩體內和作用在支護物上的力稱為礦山壓力。二、礦山壓力來源（一）自重應力（二）構造應力（三）膨脹應力自重應力三、礦山壓力顯現在礦山壓力作用下，圍岩和支架所表現出來的力學宏觀現象，如圍岩變形，離層，破壞和冒落，支架受力變化和折損，煤（岩）突出，充填物產生壓縮和地面塌陷等，稱為礦山壓力顯現，簡稱礦壓顯現。採煤工作面礦壓顯現的主要形式：工作面頂板下沉、支架變形與折損、頂板破碎或大面積冒落、煤壁片幫、支柱插入底板、底板膨脹鼓起等。第二節採煤工作面圍岩移動特徵採煤工作面上方的岩層——頂板下方的岩層——底板頂板分類：偽頂：位於煤層之上隨采隨落的極不穩定岩層，厚度一般0.3～0.5m以下；直接頂：位於偽頂或直接位於煤層之上，具有一定穩定性，隨移架或回柱放頂後能自行垮落的岩層；基本頂：位於直接頂或煤層之上，厚而堅硬難垮落的岩層。1、基本頂；2、直接頂；3、偽頂；4、煤層；5、底板岩層煤層頂底板岩層一、

直接頂初次垮落採煤工作面自切眼推進一段距離後，直接頂懸露達到一定跨度，就要對采空區頂板進行初次放頂，使直接頂垮落下來，這一過程稱作直接頂的初次垮落。

Kp=V′/V直接頂岩層總厚度，則它冒落後堆積高度為，其與基本頂間可能留下的空隙：二、基本頂的初次垮落（一）基本頂初次垮落前岩層結構

若Δ>0，隨直接頂初次垮落，，基本頂在一定範圍內呈現懸露狀態，可視為“板”;由於基本頂在採煤工作面方向上的長度遠大於推進方向長度，可將其視為一端由採煤工作面煤壁支承，一端由煤柱支承的兩端支撐的梁結構。（二）基本頂初次垮落與初次來壓

隨採煤面繼續推進，基本頂懸露跨度逐漸增大，產生彎曲，達到一定跨度時，發生垮落。基本頂第一次垮落稱為基本頂初次垮落。（三）基本頂初次垮落步距確定基本頂初次垮落時，其最大懸露跨度L初稱為基本頂初次垮落步距。1、一般情況下，視基本頂為兩端固定梁視基本頂為梁時的受力分析圖極限垮距（只考慮按彎距計算）L初：2、淺部煤層情況下，近似視基本頂為簡支梁極限垮距L初：基本頂斷裂後的平衡拱結構基本頂岩梁達到極限跨距斷裂後，並不一定立即垮落，斷裂岩塊間由於迴旋形成擠壓，能形成平衡拱式的結構。基本頂斷裂後形成的平衡拱三、基本頂的週期來壓（一）基本頂來壓前的狀態基本頂初次垮落後，隨著採煤工作面繼續推進，工作面上方的基本頂岩層由兩端固定梁狀態轉變為懸臂梁狀態。如圖所示：當採煤工作面繼續推進，基本頂懸掛臂跨度達到極限跨度時，基本頂在其自重及上覆岩層載荷的作用下，將沿採煤工作面煤壁甚至煤壁之內發生折斷和垮落。隨著採煤工作面的推進，基本頂這種“穩定－失穩－再穩定”現象，將周而復始地出現，使採煤工作面礦山壓力週期性明顯增大。這種基本頂的週期性破斷失穩對工作面產生的週期性的來壓顯現，稱為基本頂的週期來壓。（二）基本頂週期來壓及礦壓顯現特徵基本頂週期來壓及礦壓顯現特徵1、直接頂；2、支架；3、已斷裂基本頂；4、冒落矸石（三）週期來壓步距的確定基本頂兩次週期來壓間隔時間稱為來壓週期。在來壓週期內採煤工作面推進的距離稱為週期來壓步距，用L周表示。比較上式，知L周＝（0.5～0.25）L初。（四）週期來壓的分析咬合點的平衡四、工作面上覆岩層移動規律根據岩層移動特徵，可將煤層的上覆岩層分為冒落帶(Ⅰ)、裂縫帶(Ⅱ)、彎曲下沉帶(Ⅲ)。如圖所示：作業：

1、簡述礦山壓力、礦壓顯現的基本概念。

2、簡述直接頂的初次垮落、基本頂的初次來壓和週期來壓的基本概念。第三節採煤工作面礦山壓力顯現規律一、採煤工作面支承壓力顯現規律支承壓力顯現特徵可用支承壓力地、峰值的位置及應力集中係數表示。（一）採煤工作面前後方支承壓力分佈採煤工作面前後方支承壓力分佈與采空區處理方法有關，對於採用全部垮落法管理頂板的採煤工作面，其前後方支承壓力分佈如下圖所示：採煤工作面前後方支承壓力分佈a：應力增高區；b：應力降低區；c：應力穩定區採煤工作面前後方支承壓力分佈的特點1、採煤工作面前方煤壁一端支承著工作面上方裂隙帶及其上覆岩層的大部分重量，即工作面前方支承壓力遠比工作面後方大。2、由於採煤工作面的推進，煤壁和采空區冒落帶是向前移動的，因此工作面前後方支承壓力是移動支承壓力。3、由於裂縫帶形成了以煤壁和采空區冒落帶為前後支承點的半拱式平衡，所以採煤工作面處於減壓力範圍。（二）採煤工作面兩側支承壓力分佈採煤工作面兩側的支承壓力是指工作面兩側煤柱或煤體上的支承壓力。Ⅰ－卸載帶；Ⅱ－支承壓力帶；Ⅲ－原岩應力帶；Ⅳ－采後應力穩定帶；lmax－峰值位置1、採煤工作面兩側的支承壓力劇烈影響區並不在煤體的邊緣，而是位於煤體邊緣有一定距離的地帶。2、採煤工作面兩側煤體邊緣處於應力降低區，支承壓力低於原岩應力。3、採煤工作面兩側支承壓力從形成到向煤體深部轉移要經過一段時間過程，所以要使沿空掘巷保持穩定，必須從時間上避開未穩定的支承壓力作用期。採煤工作面兩側支承壓力分佈規律二、支承壓力在底板中的傳遞採煤工作面采動後，在工作面四周形成的支承壓力將向煤層底板進行傳遞，尤其採煤工作面兩側支承壓力的傳遞，對下部煤層開採巷道佈置產生重要影響。底板岩層內壓應力的大小與煤柱上方的支承壓力成正比。底板岩層中的應力分佈1、2－支承壓力曲線；3－原岩應力曲線；4、5－應力增高區邊界線；6－應力降低區邊界線煤層底板巷道位置選擇（1）巷道與煤層底板的垂直距離不小於一定數值h。H與圍岩性質的關係見下表。巷道類型岩石種類和特性合理垂距/m圍岩穩定巷道砂岩、石灰岩、其他堅硬岩石6圍岩中等穩定的巷道粉砂岩、砂葉岩、中硬鋁土葉岩等10圍岩較鬆軟的巷道塑性較大的泥質葉岩、葉岩、煤質葉岩等15～20煤層底板巷道位置選擇（2）巷道佈置在煤柱向底板傳遞力的影響角以外。若巷道佈置在煤柱影響角以內，即使巷道位於較穩定的岩層內，也要受到應力升高的影響。為使巷道佈置在煤柱影響角以外，巷道離煤柱邊界的水準距離S為：α－煤層傾角；θ－φ的餘角；φ－煤柱影響角，一般在25～55°間。通常支承壓力越大和煤柱尺寸越小，其值越大。煤層底板巷道位置選擇巷道位置選擇示意圖巷道至煤壁邊緣水準距離的計算圖第四節採煤工作面頂板分類科學的分類可為頂板控制、支架選型、合理確定支護參數以及為采空區處理方法提供依據。一、直接頂分類

強度指數D＝10RcC1C2式中Rc－岩石單向抗壓強度，MPa；

C1－節理裂隙影響係數；

C2－分層厚度影響係數。

類別

指標ⅠⅡⅢⅣ

不穩定頂板

中等穩定頂板穩定頂板堅硬頂板主要指標強度指數D3031～7071～120>120

無直接頂。岩層厚度在2～5m以上，σ>60～80MPa，I和h大於1m的整體岩層，即基本頂。

參考指標

直接頂初次垮落步距L/m89～1819～25>25二、基本頂分級

基本頂來壓強度主要決定於直接頂厚度Σh與采高m的比值N及基本頂初次來壓步距L。根據N和L兩個指標，將基本頂分為四級。分級ⅠⅡⅢⅣ

基