矿山压力与岩层控制 第3章课件.ppt

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1、第3章采场顶板活动规律伍永平教授Pro.WuYongping主讲教师：Xi’anUniversityofScience&Technology矿山压力与岩层控制MiningPressureandStrataControl第3章采场顶板活动规律第一节几个概念第二节有关采场上覆岩层“大结构”的假说第三节直接顶的垮落第四节老顶的断裂形式第五节老顶的初次断裂步距第六节老顶断裂后的“砌体梁”结构及其S-R稳定第七节老顶断裂时在岩体内引起的扰动第一节几个概念回采工作面（采场）顶板底板采空区采空区处理方法伪顶直接顶老顶采空区处理方法:(a)刀柱(留煤柱);(b)顶板缓慢下沉法;(c)

2、充填法;(d)全部垮落法根据实测，回采工作面支架所承受的力仅为上覆岩层重量的百分之几。这是因为上覆岩层形成了“大结构”，这种大结构能够承担上覆岩层重量，从而起到对回采工作面的保护作用。第二节有关采场上覆岩层“大结构”的假说在采空区内已垮落的矸石上或采空区充填体上。在前后拱脚间形成了一个减压区，回采工作面的支架只承受压力拱内岩石的重量。一、压力拱假说该假说认为，由于岩层自然平衡的结果而形成一个前拱脚（支撑点）在工作面前方煤体，后拱脚（支撑点）此假说认为，工作面和采空区顶板可视为一端固定于煤壁前方岩体内，另一端处于悬伸状态的梁，悬臂梁弯曲下沉后，受到已垮落岩石的支撑，当悬

3、伸长度很大时，发生有规律的周期性折断，从而引起周期来压。二、悬臂梁假说挤压力的联系，从而相互铰合而形成一条多环节的铰链。该假说认为，工作面支架存在两种工作状态：给定载荷状态；给定变形状态。三、铰接岩块假说此假说认为，采场上覆岩层分为垮落带和裂隙带，二者的差别在于，裂隙带岩块间存在有规律的水平此假说认为，在采场周围存在应力降低区，应力增高区和采动影响区，并随工作面推进而向前移动。采动岩体形成各种裂隙，从而形成假塑性梁。四、预成裂隙假说“砌体梁”结构是基于采动岩体移动的如下特征而提出的：五、砌体梁假说1.采动上覆岩层的岩体结构的骨架是覆岩中的坚硬岩层，可将上覆岩层划分为若

4、干组，每组以坚硬岩层为底层，其上部的软弱岩层可视为直接作用于骨架上的载荷，同时也是更上层坚硬岩层与下部骨架联结的垫层。2.随着工作面的推进，采空区上方坚硬岩层在裂缝带内将断裂成排列整齐的岩块，岩块间将受水平推力作用而形成铰接关系。岩层移动曲线的形态经实测呈开始为下凹、而后随工作面的推进逐渐恢复水平状态的过程，由此决定了断裂岩块间铰接点的位置。若曲线下凹，则铰接点位置在岩块断裂面的偏下部；反之，则在偏上部。如果在回采空间以及邻近的采空区上方出现明显的离层区，说明该区内断裂的岩块可以形成悬露结构。由于垫层传递剪切力的能力较弱，因而两层骨架间的联结能用可缩性支杆代替。当

5、骨架层的断裂岩块回转恢复到近水平位置时，岩块间的剪切力趋近于零，此时的铰接关系可转化为水平连杆联结关系。最上层为表土冲积层，可将其视为均布载荷作用于岩体结构上，而骨架层各岩块上的载荷将随垫层的压实程度而变化。第三节直接顶的垮落2、直接顶初次垮落距1、直接顶初次垮落3、直接顶垮落后的碎胀特性形成充满采空区所需直接顶厚度为：4、直接顶初次垮落前的离层直接顶最大扰度老顶最大扰度不离层条件4、直接顶初次垮落前的离层粗略地讲，当直接顶厚度小于或等于老顶厚度时，均易于形成直接顶与老顶间离层。为了防止直接顶因离层产生推跨事故必须保证支架具有一定的初撑力：第四节老顶的断裂

6、形式一、老顶的梁式断裂老顶两端固支梁受力分析二、老顶的板破断一般老顶岩层可视为薄板，按薄板的Marcus简算法对板的破断进行分析。第五节老顶的初次断裂步距两端固支梁极限跨距：老顶达到初次断裂时的跨距称为初次断裂步距。按材料力学方法可求得老顶梁式断裂步距。一、梁式断裂时的极限跨距两端固支梁极限跨距：按抗拉强度：按抗剪强度：两端简支梁极限跨距：按抗拉强度：举例：设h＝4，Rs=33Mpa，RT=7Mpa，q=174Kpa按抗拉：按抗剪：固支梁破断距为36m破断距为1005m简支梁破断距为29m弯矩形成的极限跨距比剪切力形成的极限跨距小；简支梁的抗弯极限跨距比固支梁的小；老

7、顶承受载荷计算二老顶板断裂的极限跨距老顶板断裂步距与边界支撑条件有关。lm老顶的步距准数ω边－长系数对四周固支板支撑条件对断裂步距影响：b工作面长度2工作面长度对断裂步距影响：以四边固支为例，b>3lm时，a≈lm。说明工作面长度对破断步距影响甚微。3lm≥b>√2lm时，则lm√2lm>b。初次破断步距大于工作面长度，老顶呈竖“o－x”型破断。b