矿山压力及岩层控制第四章课件.ppt

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1、第五章上覆岩层运动与矿山压力及其显现关系矿山压力研究的任务：1、回采工作面顶板控制2、回采工作面周围巷道控制本章重点学习利用显现判断上覆岩层运动的方法以及支架与围岩之间的力学关系。第一节采场支承压力分布的规律一、支承压力及其显现（一)支承压力的概念煤（矿）层采出后，在围岩应力重新分布的范围内，作用在煤（岩）层和矸石上的垂直压力。支承压力包括高于和低于原始应力的整个区间。支承压力来源于重量。在单一自重应力场条件下,若煤（岩）层水平赋存，则其支承压力的分布见图所示：1、支承压力大小表达式单位面积上承受的压力近

2、似看成是上覆岩层各岩梁在该处的作用力。2、影响因素分析（1）直接覆盖岩层的单位岩重。与总厚度成正比。（2）直接覆盖岩层悬跨部分重量传递至该处的作用力。其中：a、岩梁数目b、传递比率（与该处煤岩层强度和岩梁自身的强度及运动发展情况有关)。c、厚度与跨度（二）支承压力显现概念：在支承压力作用下，发生的煤岩层破坏压缩，相应部位的顶底板相对移动以及支架受力等现象。（三）支承压力与支承压力显现的关系支承压力的存在是绝对的，显现是相对的。（支架受力、煤岩层变形）支承压力与其显现有时不一致甚至相反的情况原因有二：1、煤岩

3、层不同部位的支承能力往往有很大区别。2、作为载荷的上覆岩梁运动不同步。注意：这里的不一致与某一部位压力增量与显现增量的相对应的关系是不同的。结论：在既定开采条件下，煤岩层上的支承压力分布与工作面巷道中的显现，以及两者之间的关系等都是由上覆岩层的状态和煤岩体本身各部位支承能力决定。二、采场推进过程中支承压力发展规律（一）、初次运动阶段支承压力分布与显现变化划分为三个阶段：第一阶段：采场开始推进到煤壁支承能力改变之前。煤体特点：煤体没有破坏，弹性压缩。压力分布：一条高峰在煤壁上的单调下降曲线。（负指数）。显现分

4、布：与压力分布曲线相同。即煤壁没有进入塑性状态，各岩梁的跨度相等，同一位置的传递系数相同，则压力公式可简化为：第二阶段：从煤壁支承能力改变到老顶岩梁端部断裂前为止。煤体特点：煤体支承能力降低，老顶岩梁的离层发展，其作为载荷与传递上部岩重的作用发生变化。压力特点：塑性区（包括煤体已完全破坏部分）压力逐渐上升。弹性区内则单调下降，其压力高峰在交界处。显现特点：总体仍为单调下降曲线，但是具体讲则是塑性区内与压力分布相反，弹性区内与压力分布相同。在极限平衡状态下得到塑性区支承压力表达式：第三阶段：从老顶岩梁端部断裂

5、到岩梁中部触矸为止。特点：支承压力分布与显现变化剧烈，压力分布与显现总体一致。压力特点：1、断裂线附近应力集中→2、以断裂线为界分为两个应力场→3、两个应力场中压力分布背向发展。显现特点：1、岩梁断裂时，伴随压力的集中，该部位移近速度突增。2、断裂扩展或显著沉降，顶底板移近出现停滞甚至反弹。3、断裂结束后，内外应力场中的压力显现以断裂线为界呈背向转移变化。（二）正常推进阶段每一周期来压过程中分为两个过程。1、相对稳定过程从上次运动结束到工作面推进到岩梁端部再次断裂前夕。压力分布：内应场缩小，压力很小；外应力

6、场扩大，断裂前夕压力达到最大。显现分布：压力大小和分布平缓，显现平缓。2、显著变化的发展过程从岩梁断裂前夕至老顶岩梁运动结束止。压力分布：同初次运动阶段中的第二阶段。显现分布：同初次运动阶段中的第二阶段。三、工作面两侧支承压力分布及显现规律实践及理论推导证明：当不会出现来压现象。当α>4~6时，按梁计算来压步距准确，并且以其推断的沿推进方向的岩层运动和支承压力分布发展的规律是比较接近实际的。我们可以以“板”的理论推断两侧支承压力分布和发展的规律。“岩板”运动及破坏的发展过程。（一）两侧支承压力分布发展变化规

7、律走向与两侧规律是同步发展的，大致也可分为三个阶段。1、第一阶段：上下两侧煤壁边缘处于弹性状态。两个方向上的压力高峰始终在煤壁上，峰值随推进步距增加而增加。2、第二阶段：煤壁边缘破坏，部分进入塑性状态。图中2位置。煤壁破坏，压力高峰前移，压力分布形成弹性和塑性两个区域。（此阶段塑性区的形成及扩展都首先从推进方向开始，然后随着“板”的作用力向两侧转移，导致两侧塑性区形成。）3、第三阶段：顶板在煤壁深部断裂，支承压力分布形成内外两个应力场，随工作面的继续推进，内外应力场的峰值将呈背向发展。（二）走向（推进方向）

8、与两侧支承压力分布发展规律的关系1、两个方向上单一弹性分布存在的时间，即塑性区及出现塑性区时工作面推进的位置都相同。2、尽管老顶断裂在两个方向上略有先后，但其发展进程和出现的时间却是同步的。（任何方向超前支承压力显现都可以作为顶板来压的依据）3、与推进方向相比的最大差距（1）侧向不存在内应力场分布范围收缩的情况，外应力场的扩展是通过内应力场扩展和煤层再度压缩破坏而实现的。（2）老顶中每一“岩板”运动