03采场顶板活动规律

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1、矿山压力与岩层控制第三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在煤层或矿床的开采过程中，（采场）直接进行采煤或采有用矿物的工作空间直接位于煤层上方的一层或几层性质相近的岩层。直接顶位于煤层和直接顶之间，厚度顶板伪顶随回柱放顶而垮落，页岩、砂小于0.3～0.5m，随采随冒。老顶位于直接顶之页上岩，等对采场矿山炭质页岩、泥质页岩等。底板压

2、力直接造成影响的厚而坚硬的岩层。砂岩、石灰岩及砂砾岩等。采空区采空区处理方法:(a)刀柱(留煤柱);(b)顶板缓慢下沉法;(c)充填法;(d)全部垮落法全部垮落法回采工作空间的变化根据实测，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”的假说前拱一、压力拱假说角该假说认为，由于岩层自然后平衡的结果而形成一个前拱拱脚（支撑点）在工作面前方角煤体，后拱脚（支撑点）在采空区内已垮落的矸石上或采

3、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。二、悬臂梁假说三、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该假说认为，工作面支挤压力的联系，从而架存在两种工作状态：给相互铰合而形成一条定载荷状态；给定变形状多环节的铰链。态。四、预成裂隙假说五、砌体梁力学模型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

4、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。u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。u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。u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。3.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。4.当骨架层的断裂岩块回转恢复到近水平位置

5、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。5.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1、直接顶初次垮落直接顶的第一次大面积垮落直接顶的垮落高度超过1～2、直接顶初次垮落距1.5m，范围超过全工作面长度的一半。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挠度老顶最大挠度不离层条件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

6、老顶间离层。为了防止直接顶因离层产生推垮事故必须保证支架具有一定的初撑力：板煤顶（3砂岩中细）泥岩泥岩炭质4煤20m10mm0.50.5m20m第四节老顶的断裂形式一、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。老顶板竖“O-X”型破断形式老顶板横“O-X”型破断形式第五节老顶的初次断裂步距初次断裂步距老顶达到初次断裂时的跨距。一、梁式断裂时的极限跨距按材料力学方法可求得老顶梁式断裂步距。两端固支梁极限跨距：两端固支梁极限跨距：按抗拉强度按抗剪

7、强度2RLhT4hRSlTqLlS3q两端简支梁极限跨距：按抗拉强度按抗剪强度R4hRSL2hTLlSlT3q3q举例：设h＝4，Rs=33Mpa，RT=7Mpa，q=174Kpa固支梁破断距为36m按抗拉：简支梁破断距为29m按抗剪：破断距为1005m老顶承受载荷q计算二、老顶板断裂的极限跨距n老顶初次破断前板的边界支撑条件：n（1）四周均为实体煤固支的板；n（2）一边采空区或断层简支、三边固支的板；n（3）两邻边简支、两邻边固支的板；n（4）三边简支、一边固支，俗称孤岛工作面条件下的板。老顶板断裂步距与边界支

8、撑条件有关。a＝lm·ω对四周固支板lm－老顶的步距准数14ω－边－长系数1121λ＝a/b1b－工作面长度1.支撑条件对断裂步距影响ω1≥ω2≥ω3≥ω4>√2/32.工作面长度对断裂步距影响以四边固支为例（1）b>3lm时，a≈lm。说明工作面长度对破断步距影响甚微。（2）3lm≥b>√2lm时，则