采场上覆岩层运动规律

《采场上覆岩层运动规律》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、采场上覆岩层运动规律1．采场上覆岩层破坏的基本形式　理论与实践的研究结果表明，采场上覆岩层悬露后发展到破坏有二种运动形式：弯拉破坏和剪切破坏。弯拉破坏的发展过程是：随采场推进，上覆岩层悬露→在重力作用下弯曲→岩层悬露达一定跨度，弯曲沉降发展到一定限度后，在伸入煤壁的端部开裂→中部开裂形成“假塑性岩梁”→当其沉降值超过“假塑性岩梁”允许沉降值时，悬露岩层即自行冒落。 　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大弯曲拉应力达到其抗拉强度。悬露岩层中部拉开后，是否发展至冒落，则由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

2、间高度超过运动岩层的允许沉降值，岩层运动才会由弯曲沉降发展至冒落。否则，将保持“假塑性岩梁”状态。由此，煤层上方第n个岩层弯曲破坏发展至冒落的条件为:　岩层剪（切）断破坏的发展过程是：岩层悬露后只产生不大的弯曲，悬露岩层端部开裂→在岩层中部未开裂（或开裂很小）的情况下，整体切断塌垮。2.采场上覆岩层在纵向上的运动发展规律2.1岩层离层发生的位置和条件采场上方悬露的岩层，可视为在均布载荷作用下的多层嵌固梁。该岩梁弯曲沉降过程中，必然在平行于轴向的各层面（或接触面）上出现剪应力。随采场推进，剪应力随岩梁悬跨度和外载的增加而增加，当剪应力值

3、超过层面上（或软弱夹层的接触面上）粘结力和摩擦阻力所允许的限度时，层面或软弱夹层的接触面被剪坏。岩层的离层随即发生。因此，离层发生和力学条件为:式中：τ——层面（或软弱夹层接触面）的剪应力；      C——层面或接触面上的粘结力；     φ——层面或接触面上的磨擦角；     σn——层面或接触面上的压应力。大量理论研究和工程实践表明：（1）离层一般发生于岩层的接触面或软弱夹层上；（2）接触面的破坏，只有在相应接触面上的剪应力超限时才会发生，即悬露岩层的跨度达到极限时，离层才会发生。 （3）离层出现的位置取决于组合岩梁中各岩层的弯

4、曲刚度和各夹层的强度。当下部岩层弯曲刚度小，夹层（或接触面）强度低时，离层在下部发生；反之，离层可能在上部夹层中出现。（4）各岩层受采场推进的影响，其悬露时间、悬露跨度和所受外载由下而上是不相同的。一般来说最下部的岩层最先悬露，愈靠近上部的岩层，悬露愈晚。各岩层的悬露跨度由下而上是依次递减的。研究证明，如果下部岩层端部断裂前悬跨度为L1，则上部岩层的反弯点将由两端向采场方向移动，约从0.1L1处开始，其实际悬跨度L2将比下部岩层小0.2倍，即L2=0.8L1。（5）由于岩梁的悬露跨度由下而上依次减小，而剪应力大小又与岩梁悬露跨度成比例

5、，因此剪应力大小也是由下而上递减的。因此，即使各岩层的岩性、厚度均相同，各接触面的抗剪强度也相同，离层将从下开始往上逐步发展，故岩层的运动发展趋势是由下而上的。2.2传递岩梁形成的力学机理 “以岩层运动为中心的矿山压力理论体系”认为，采场上覆岩层中除临近煤层的采空区已冒落岩层外，其它岩层保持“假塑性”状态，两端由煤体支承，或一端由工作面前方煤体支承，一端由采空区矸石支承，在推进方向上保持传递力的联系。把每一组同时运动（或近乎同时运动）的岩层看成一个运动整体，称为“传递力的岩梁”，简称“传递岩梁”。对于相邻的两岩层，是同时运动组成一个传

6、递岩梁，还是分开运动形成两个传递岩梁，可用两岩层沉降中的最大曲率（Pmax）和最大挠度（Wmax）来判断。当ρmax上≥ρmax下或Wmax上≥Wmax下时，两岩层组合成一个传递岩梁同时运动。当ρmax上＜ρmax下或Wmax上＜Wmax下时，两岩层将形成两个传递岩梁分别单独运动。2.3上覆岩层“三带”划分 采场上覆岩层运动过程中，根据各岩层运动性质的不同可以划分为三部分（“三带”）:垮落带、裂隙带和缓沉带。如图示。垮落带：也称冒落带，该部分岩层在老塘已经垮落，在采场由支架暂时支撑，在推进方向上不能始终保持传递水平力的联系。裂隙带：该

7、部分岩层在推进方向上裂隙较发育，各岩层的裂隙浓度已扩展到（或接近扩展到）全部厚度。在采场推进过程中能够以“传递岩梁”的形式周期性断裂运动，在推进方向上能始终保持传递水平力的联系。该部分岩层也是内应力场的主要压力来源。缓沉带：缓沉带的岩层在采场推进很长一段距离后才会开始运动，其运动缓慢，运动结束后在推进方向上形成的裂隙，无论在数量上还是在深度上都比裂隙带少和小。缓沉带运动的最终结果是在地表形成沉降盆地。其中，对采场矿压显现有明显影响的是垮落带和裂隙带中的下位1-2个传递岩梁。一般情况下，我们把垮落带称为直接顶；对采场矿压显现有明显影响的

8、1-2个下位传递岩梁称为老顶，直接顶与老顶的全部岩层为采场需控岩层范围。理论研究和相似材料模拟实验的结果表明，在采场推进过程中，采场上覆岩层中会形成一个压力拱。正是由于该压力拱的存在，使得工作面支架上所受的压力大大小于采