5第三章采场上覆岩层运动和发展的基本规律(吴缺图)730

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1、第三章§3.1上覆岩层运动和破坏的基本形式3.1.1上覆岩层运动的两种形式3.1.2岩层运动发展至破坏的力学条件3.1.3上覆岩层破坏形式的判断3.1.4岩层破坏形式的转化§3.2上覆岩层纵向运动发展的基本规律3.2.1岩层运动和组合的力学分析3.2.2直接顶和基本顶3.2.3直接顶和基本顶的相互转化§3.3上覆岩层沿采场推进方向运动发展规律3.3.1采场上覆岩层运动的两个发展阶段3.3.2岩层运动发展过程3.3.3影响岩层运动的因素3.3.4岩层运动的基本参数§3.4上覆岩层运动参数的确定3.4.1直接顶厚度（冒高）的确定方法3.4.2基本顶厚度的确定方法采场覆

2、岩运动和破坏规律的研究是矿山压力与岩层控制研究的最主要问题。本章首先介绍了采场上覆岩层运动的两种基本形式，即岩层的拉（弯）运动和剪（切）运动，分析了各自力学条件及判断形式，进一步讨论了以直接顶和基本顶为主的影响采场矿压显现的主要岩层的组成及识别方法；考虑采场推进，讨论了直接顶和基本顶在推进方向存在初次运动和正常推进二个发展阶段，以及每个阶段内岩层运动又存在相对稳定和显著运动两个过程：研究了对采场矿压显现有明显影响的传递岩梁基本参数预计表达方式。采场上覆岩层运动和发展的基本规律采动后，促使围岩运动的矿山压力取决于蛣露岩层的面积、敁度及压力传递情况。随着采场不断推进，

3、矿山压力的大小和分布处于不断变化过程中。巷道和采场支架上的受力是围岩运动的结果，受力的性质、大小和发展变化的规律与上覆岩层运动更是不可分割，因此，摸清岩层运动与发展规律是关键。§3.1上覆岩层运动和破坏的基本形式由于采场上覆悬露岩层运动破坏的形式决定着矿山压力S现规律及其控制要求。所以，必须研宄上覆岩层运动和破坏的某木形式。3.1.1上覆岩层运动的两种形式上覆岩层悬露后变形发展到破坏，基本有两种运动形式。(1)弯拉破坏的运动形式弯拉破坏的发展过程：随采场推进，上覆岩层悬露(图3.1(〃))—在其重力作用下弯曲(图3.1(Z0)岩层蛣露达到一定跨度，弯曲沉降发展至一

4、定限度后，在伸入煤壁的端部开裂(图3.1(c))-＞中部开裂形成“假塑性岩梁”(图3.1(＜/))-＞当其沉降值超过“假塑性岩梁”允许沉降值时，悬露岩层即自行跨落(图3.1(e))。(a)(d)(e)图3.1上覆岩层弯曲破坏发展至跨落岩层运动由弯曲沉降发展至破坏的力学条件是岩层中的最人弯曲拉应力达到其抗拉强度。即：人觀=[^t](3.1)式中％max—悬露岩层中的实际最大拉应力，Pa;[a,]一悬露岩层中允许拉应力，Pa。悬露岩层中部拉开以后，是否会发生跨落，则有其下部允许运动的空间高度决定。只有其下部允许运动的空间岛度超过运动岩层的允许沉降值，岩层运动才会巾弯曲

5、沉降发展至跨落。否则，将保持“假塑性岩梁”状态，如图3.2所示。L.(b)图3.2岩层弯曲破坏形成“假塑性岩梁”结构由此，煤层上方第n个岩层弯曲破坏发展至跨落的条件可由式（3.2）表示。HSn（3.2）/=!式中Sn一悬露岩层下部允许运动空间高度，m;久一悬露岩层发展为“假塑性岩梁”的允许沉降值，h—煤层开采局度，rn;f—己跨落岩层的总厚度，m;i=lA；,—己跨落岩层的碎胀系数。反之，悬露岩层弯曲破坏后保持“假塑性岩梁”状态的条件为：S„

6、，为保证岩层运动时采场安全，支架必须能支掙跨落岩层（直接顶）在控顶区上方的全部岩重，此时必须把“假塑性岩梁”的运动控制在要求的位置上。当允许“假塑性岩梁”沉降至最终位置（即无耑控制）时，支撑“假塑性岩梁”的支架阻力可以为零。但最大不必超过岩梁跨度1/4的岩重。即支护阻力p可以表示为：A

7、岩层悬露后产生很小的弯曲变形，悬露岩层端部开裂（图3.3（6/））—在岩层中部未开裂（或开裂很少）的情况下，突发性整体切断跨落（图3.3（6））。k图33岩层剪断破坏的运动形式悬露岩层剪断的充分必要条件是：当采场推进至岩梁端部开裂位賈附近，剩余抗剪断而上的剪应力超过限度，虽其中部还未裂开，只要岩层下部有少量运动空间，岩层即被剪断。对这类破坏形式，由于岩层剪断运动迅猛，采场将受到明显的动压冲击。此时如果支架阻力不足，极易发生顶板沿煤壁切下的重大冒顶事故（图3.4（tz））。即使采场顶板不垮落，也会发生顶板台阶下沉（图3.4（/））），使支柱回撤或支架前移工作非常困难

8、。(“)图