浅析矿山压力与控制

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1、浅析矿山压力与岩层控制0引言由于在地下煤岩中进行采掘活动而在井巷、砌室及冋采工作面周围煤、岩体小和其小的支护物上所引起的力，就叫做“矿山压力”。在矿山压力的作用下，会引起各种力学现象，如顶板下沉，底板鼓起，巷道变形后断面缩小，岩休破坏散离甚至大面积冒落，煤被压松产生片帮或突然抛出，支架严重变形或损坏，充填物受压缩，以及人量岩层移动地表发生塌陷等等，这些矿山压力显现都将严重影响矿山企业的采掘活动和经济效益。如今我国煤矿的平均开采深度已经接近千米，个别矿区开采深度达到1300多米。随着开采FI益向深部延深，矿山压力显现更加频繁。如

2、果矿山作业人员能够准确预测矿压显现的预兆，做出合理的判断及采取止确的预防措施，将会对井下人员的安全和减少矿山经济损失方面起到积极作用。下面仅就矿山压力的理论发展作简要的介绍。1矿山压力理论发展压力拱假说，又名自然平衡拱，是在1908年由M•M•普洛托雅柯诺夫提出的，它是一种岩石移动拱形说。拱形假说适用于不稳定岩休，它将岩体视为松散岩体，以散体力学为理论依据，认为如无支护，则在上部覆岩的压力下，松散的岩石将从开采空间的两帮和顶部向下冒落，两帮塌落成斜面，顶部冒落成自然平衡拱。如有支护，则作用在支护上的载荷仅只是冒落范围内的岩块重

3、量，而与开采空间的埋藏深度无关。较接岩块假说，是苏联库兹涅佐夫于1950〜1954年提出，认为工作而上覆岩层的破坏可分两带，即不规则垮落带和其上的规则移动带。假说认为工作面支架存在两种不同的工作状态：当规则移动带（和当于老顶）下部岩层变形小而不发生折断吋，不规则垮落带岩层（相当于宜接顶）和老顶间就可能发生离层，支架最多只承受直接顶折断岩层的全部重量，故称支架处于“给定载荷状态”；当直接顶受老顶移动影响折断时，支架所受载荷和变形取决于规则移动带下部岩块的相互作用，载荷和变形将随岩块的下沉不断增加，直到岩块受已垮落岩石的支承达到平

4、衡为止，这种情况称为支架的“给定变形状态。假说对支架和围岩的和互作用作了较详细的分析，但它缺乏岩块与岩块之间力的分析。预生裂隙假说是有拉巴斯在1954年提出的，他认为岩体是层状非粘结性的不连续体，即假塑性体，假塑性变形特征是具有独创性的，因此阐明了采场周围岩休内应力分布、变形及破坏等，具有一定的实际意义，比悬臂梁假说和压力拱假说都具有进一步的发展。但拉巴斯的学说并不能概括采场中的所有情况，如完整坚硬岩石往往不能形成预生裂隙梁，而极其破碎的软弱岩层又I大I为过于破碎以至是顶板中难以形成假塑性弯曲的岩梁。此外也缺乏充分的实际资料证

5、明其假说屮提出的三个区的分界线，所提出的支架载荷计算方法也由于引入了不少难以获得的修正系数而使该假说的应用受到限制。各种梁的假说：①双支梁假说认为可以把上覆岩体看成固定梁或简支梁，随着采煤工作面的不断向前推进，顶板悬SS面积加大，上覆岩层的自重也在逐渐增加，当达到一定的距离后，顶板开始断裂、跨落，其受力关系如卜•图2所示，并可利用材料力学的知识求岀极限跨距；②悬臂梁假说是由德国施托克于1916年提出的，后得到英国的费里徳，前苏联的格尔曼等的支持。此假说认为，工作面和采空区上方的顶板可视为梁，它一端固定于岩体内，另一端则处于悬伸

6、状态。当顶板由几个岩层组成时，形成组合悬臂梁。在悬臂梁弯曲卜•沉后，受到已垮落岩石的支撑，当悬伸长度很大时，发生冇规律的周期性折断，从而引起周期来压。此假说可以解释工作而近煤壁处顶板下沉量小，支架载荷也小，而距煤壁越远则两者均增大的现象，同时也可以解释工作面前方出现的支承压力及工作面出现的周期来压现象。根据上述观点，提出了各种计算方法，但出于并未查明开采后上覆岩层活动规律，因此仅凭悬臂梁本身计算所得的顶板卜•沉量和支架载荷，与实际所测和数据相茅甚远。③砌体梁假说是在前苏联学者库兹涅佐夫教授的较接岩块假说的基础上根据相似模型试验

7、和现场实测并由我国屮科院院士钱鸣高提出的。此理论运用结构力学的方法解释了采场上覆岩层的平衡一失稳的条件，其实质是“似梁实则为半拱”，如下图3所示，沿岩体走向方向上覆岩层可以划分为“横三区”：应力升高区（A）、应力降低区（B）、应力平衡区（C）；垂直于岩层方向上由于发生离层可以划分成“竖三带”:垮落带（1）、裂隙带（2）、弯曲下沉带（3）。砌体梁可分为两类［9］（twotypes）:a:长砌体梁（L/H>2,L〜长度,H〜厚度）计算时有如下两类情况:给定载荷：支架只承受固定载荷，即离层的上覆岩层重量；给定变形：顶板没有发生离层，

8、直接顶、老顶下沉，由变形施加给支护载荷;b:短砌体梁（L/H〈二0.5）顶板发生了离层，可利用关键层理论、动态观测法、块体分析等进行理论分析研究。④传递岩梁假说是1978年冇我国屮科院宋振骐院士提出的，由此把顶板分成三类：伪顶、直接顶、老顶。传递岩梁把顶板岩层看成同时运动（或