采场顶板活动规律

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1、本章重点：掌握采场顶板的基本概念；几种矿山压力假说；直接顶的垮落；老顶的初次断裂步距；砌体梁结构及其稳定性分析第三章采场顶板活动规律第一节概述采场直接顶老顶采空区顶板压力（围岩压力）上覆岩层可能的结构第二节有关采场上覆岩层活动规律的矿山压力假说采矿工程上覆岩层赋存的复杂性；原岩应力的复杂性；导致上覆岩层运动的复杂性。对采场的矿山压力现象提出不同的解释。解释矿山压力的内在联系的推测和科学的概括。矿山压力现象：周期来压，支架受力小。缓倾斜煤层工作面矿压理论假说（1）压力拱假说（2）悬臂梁（悬板）假说（3）预成（生）裂隙假说（4）铰接岩块假说（5）砌体梁假说（6）传递岩梁假说(1)压力

2、拱假说1928年，德国学者提出。压力拱假说认为：开掘在任何岩层中的巷道，由于重力作用，顶板岩层发生破坏变形，形成一稳定的卸载拱。拱承受拱面以上全部岩石的重量，并将全部载荷经压力拱的拱脚传递到巷道两帮岩石而引起巷道两帮鼓出以及底板隆起等围岩变形，巷道支架所承受的载荷是拱面以下已经破碎的有限断面内的岩石总重量。压力拱假说的评价特点：阐述了采场围岩卸载的原因，探讨了围岩平衡状态及其范围，对回采工作面前后支承压力的形成及回采工作空间处于卸压区做出了一些解释。在回采工作面，由于煤层顶底板岩性不同，顶板管理方法，支架形式及特性以及回采工艺的差异，可能形成不同的复杂的力学结构。这远非压力拱理论

3、所能概括与阐明的。压力拱假说认为：支架压力源于拱内岩石的重量，与支架特性及采深无关，这显然与实际情况不符。对坚硬的层状岩石，无论在巷道还是在采场，都不可能形成拱，这对压力拱假说是不适合的。不足之处：（2）悬臂梁假说悬臂梁假说是由德国学者施托克在1916年提出的。主要观点：地下岩体是一种层状的连续弹性介质，未采动的岩体所受的力主要是垂直应力．在煤层开采后，采空区上方悬露的顶板在初次垮落后，可以看成是一端悬伸而另一端固定在工作面前方煤体上面的悬臂梁。可以解释在靠近工作面煤壁的地方，顶板下沉量最小，因而压力最小，由工作面煤壁向采空区，顶板下沉量和压力则逐渐增加．顶板下沉量和工作面支架载

4、荷的最大值通常总是在沿采场倾斜方向的中部，这和现场实际是吻合。悬臂梁假说还可以解释工作面前方煤体中存在支承压力。解释工作面存在的周期来压现象。特点1)由于地质构造和采动的影响，顶板被许多裂隙切割破坏丧失了连续性，因此不能视其为弹性的连续岩梁．2)采场顶板实际下沉量比按悬臂梁或悬板公式计算出来的弯曲挠度要大几倍．3)未能考虑顶板岩层与采场支架间的作用关系，只是孤立地研究岩梁的变形状态，不可能反映出采场上覆岩层运动的真实规律，从而降低了假说的实用价值。4)悬臂梁假说不可能从数量上对矿山压力进行计算，这是因为该假说脱离了整个岩体而只研究了个别岩层的运动规律。不足之处（3）预成裂隙假说比

5、利时学者阿·拉巴斯，于1951年提出了预成裂隙假说。假塑性体：煤系地层为层状沉积岩，由于地质构造而形成各种层理、节理、裂隙及断层等破坏了岩体的连续性，因而属于非粘结性的不连续体，因此岩体虽然由脆性及刚性岩块组成，但它却象塑性体那样产生很大的变形，称之为“假塑性”体。回采工作周围存在应力降低区、应力升高区、采动影响区。拉巴斯的预成裂隙假说视岩体为层状非连续体，特别提出“假塑性”变形特征是具有独创性的，因此阐明了采场周围岩体内应力分布、变形及破坏等，具有一定的实际意义。支架应具有足够的初撑力和工作阻力。完整坚硬岩石往往不能形成预成裂隙梁，而极其破碎的软弱岩层又因过于破碎以至使顶板中难

6、以形成假塑性弯曲的岩梁。缺乏充分的实际资料证明其假说中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。特点及不足之处（4）铰接岩块假说前苏联学者库兹涅佐夫1954年提出在顶板垮落后，按岩石的变形特征及破碎特点可将工作面上部岩层分两个带，即直接靠近采空区的垮落带及上面的规则移动带。假说还给出了针对两种不同的情况支架强度和可缩性的计算方法。给定变形与给定载荷两种状态。铰接岩块间的平衡关系为“三铰拱式平衡”。（5）砌体梁假说1980年，中国钱鸣高教授提出砌体梁假说认为，在老顶岩梁达到断裂步距之后，随着工作面的继续推进，岩梁将会折

7、断，但断裂后的岩块由于排列整齐．在相互回转时能形成挤压，由于岩块间的水平力以及相互间形成的摩擦力的作用，在一定条件下能够形成外表似梁实则为半拱的结。这种平衡结构形如砌体，故称之为“砌体梁”。主要观点：该假说在前人研究成果及现场实测的基础上，对开采层采场上覆岩层进行了分析认为：1)在划分的岩层组中，每组中的软岩层或断裂的岩层可视为坚硬岩层上的载荷，或者传递垂直力的媒介．2)由于开采的影响，坚硬岩层已经断裂成为排列较整齐的岩块．由于离层，在离层区域内，上下岩层组之间没有垂直力的传递。