第三章采场上覆岩层运动的基本规律ppt课件.ppt

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1、第三章采场上覆岩层运动的基本规律采场中一切矿压显现的根源，是采动引起的上覆岩层的运动。由于上覆岩层的岩性、厚度、层位关系及构造情况不同，因此，它们存在着多种多样的运动规律。第一节直接顶和老顶上覆岩层，即为需控岩层，它包括直接顶和老顶。直接顶－－是指能在老塘不规则冒落、不能向煤壁前方和老塘矸石上永久传递力的、其作用力必须由支架全部承担的那部分岩层的总和。如图1-1（a）所示。老顶－－是指自身能形成平衡结构、能永久地向煤壁前方和老塘矸石上传递力的、其运动对采场有明显影响的、作用力无需支架全部承担的那部分岩层。如图1-1（b）所示。也有学者把直接顶与老顶定义为：直接在煤层上面、有一定强度、并

2、会随回柱放顶而冒落的岩层叫直接顶；常见的直接顶岩层有页岩、砂页岩等。直接在直接顶上面、强度比较大、厚度在1.5m以上，大面积暴露后才冒落的岩层叫老顶。常见的老顶岩层有砂岩、砂砾岩、石灰岩等。这是从地质角度来定义的。第二节上覆岩层的基本运动规律本节主要内容有四个方面：一、“三带”的形成二、对采场矿压有明显影响的上覆岩层范围三、直接顶运动规律四、老顶的基本运动规律五、采场顶板分类一、“三带”的形成垮落带：长壁工作面煤层采出后，煤层上的顶板要垮落一部分去充填采空区，这一部分岩层一般称为垮落带岩层（相当于直接顶）；裂隙带：在采空区，随着未垮落岩层的沉降，自由空间的高度越来越小，直到不满足垮落的

3、几何条件，此刻下位裂隙岩层带就会自身形成一种平衡结构，若该结构的运动对采场矿压有明显的影响，则该部分岩层相当于老顶，有些学派称裂隙岩层带为裂隙带（值得注意的是，裂隙带中包括老顶，但不一定全部属于老顶）。缓沉带：裂隙带往上直至地表为缓沉带，缓沉带的运动被认为对采场矿压无明显的影响。图1-2岩层移动的“三带”关系图二、对采场矿压有明显影响的上覆岩层的范围采场一般位于地下数百米乃至上千米的深度，开采实践表明，有些矿井以每平方米1～2根的单体支柱就能支护住采动空间，这个事实证明了对采场矿压有明显影响的上覆岩层范围是有限的。通过国内外的研究，特别是我国开滦矿区和大屯矿区的深孔布网研究，得到了一般

4、采场的需控岩层厚度范围，它为6～8倍的采高。三、直接顶的运动规律(一)直接顶的垮落采场从开切眼推进到一定距离后，直接顶将垮落。从开始推进到直接顶岩层初次垮落完成为止，这个阶段称为直接顶初次垮落阶段，如图所示，垮落剧烈程度用初次垮落步距Lz和直接顶厚度Mz与采高之比N间接地表示。直接顶初次垮落（二）直接顶的厚度在一般顶板条件的采场，只要采空区有自由空间，顶板就可能冒落，且冒落直接顶厚度为式中　　h—采高，m；Mz——直接顶厚度，m；kA—岩层垮落后的碎胀系数，kA=1.15～1.5，一般采场为1.25～1.35；SA—未垮落岩层在触矸处的沉降量，m；SA=(0.1～0.5)h，一般采场为

5、(0.25～0.3)h。将这些数据代入上式，可见Mz大约为(2～3)h。以上这些经验数据来源于我国北京、大同、开滦、大屯、徐州、肥城等矿区的实测结果。在坚硬顶板采场老顶初次来压前，式中的SA=0，显然公式变为：即直接顶厚度将比正常推进阶段大1.5～2倍。“传递岩梁”理论还提出了一套厚煤层及近距离煤层直接顶厚度的计算方法。（具体方法见宋振骐教授主编的《实用矿山压力控制》（三)直接顶的形态及特征我国主要矿区按组成直接顶岩层的弱面及组份情况将其形态归纳为颗粒型、膨胀型、团块型、分层裂隙共生型、双向裂隙型、单向裂隙型、上软下硬型、下软上硬型、分层型及整体性10种（见下页表）。直接顶的形态是随其

6、组成岩层的强度、弱面及其组合关系而变化的，它能从非常软弱一直发展到非常坚硬。颗粒型直接顶主要存在于顶煤松软的放顶煤工作面及顶板胶结性差的工作面（包括无顶网且胶结差的假顶）。在放顶煤工作面，顶煤由于受超前支承压力的预先破坏和支架的“重复”支撑，一般情况下将很破碎，如果机道上方护顶及护帮不及时，将出现大范围漏顶及片帮。在顶板胶结性差的采场，如护顶不及时，机道上方将出现大的“高冒”空穴，此类采场直接顶厚度一般超过2～3倍采高，确切的厚度将由颗粒型岩层的厚度决定。这种顶板现场也称为“豆腐渣”顶板（见后页图）。直接顶形态分析表“豆腐渣”顶板冒落情况团块型直接顶一般存在于泥质胶结顶板及无网但胶结尚

7、好的假顶工作面。团块尺寸有大有小，同一采场岩块的尺寸也差异较大，这类顶板的最大特点是团块无明显的压、剪断面，一般是毛糙且不规则的拉张断面。分层裂隙共生型及双向裂隙型直接顶节理裂隙较发育，特别是双向裂隙型顶板，它可能发生两种事故：一是“草帽”式滑落，在机道处伤人，二是尚未出露的、被裂隙切割的孤立块体从煤体中抽出，发生“抽芯”事故。当节理裂隙的密度较大时，这两种类型的直接顶现场称为“破碎顶板”。“豆腐渣”和“破碎顶板”采场的支护重点在“护”，及时护