矿山压力及其控制

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1、l矿山压力及其控制l第一节上煤层围岩分类l第二节工作面矿山压力的显现影响l第三节工作面支架的结构、性能和选择l复习思考题第一节煤层围岩分类l围岩的性质，尤其是它的力学性质对采掘工作面的压力显现影响最大。l岩石通常为脆性体，有些为弹塑性体，它的力学性质表现为：lσ压＞σ剪＞σ弯＞σ拉l抗拉强度远小于抗压强度，一般抗拉强度只有其抗压强度的l1/15～1/20l岩石破碎通常表现为拉性；有时也表现为剪性，如弹塑性岩石。l由于岩石为非均质体，组成的成分又不同，再加原生和次生的影响，从而形成了它的复杂的力学性质—异向性

2、。例如，岩层中具有层理、节理等弱面，沿这些弱面方向的岩石抗拉强度，远小于其它方向的抗拉强度，有些甚至完全失去抗拉能力。又如虽属同种岩石，由于构造裂隙影响，它们的力学性质，往往相差很大。第一节煤层围岩分类l对采煤工作面影响最大的围岩是煤层顶部岩层。因此，通常在研究煤层围岩性质时，重点研究煤层顶板性质，至于煤层底部岩层，只有在急倾斜煤层开采时，才具有实际意义。l根据我国岩层的实际情况，一般把直接顶分为三类：l一类直接顶（不稳定）——回采时不及时支护，很易造成局部冒顶，如页岩、煤皮、再生顶板等；l二类直接顶（中等

3、稳定）——顶板虽有裂隙，但仍比较完整，如砂质页岩；l三类直接顶（稳定）——顶板允许悬露较大面积而不垮落，直接顶完整，如砂岩或坚硬的砂质页岩。第一节煤层围岩分类l基本顶（老顶）分类尚无统一规定，现根据基本顶对工作面的压力（初次和周期来压）及初次来压的步距，把老顶分为四类介绍如下：lⅠ类基本顶——初次和周期来压不明显，来压时缓和无冲击。来压的大小相当于或小于6～8倍采高的顶板岩层重量。初次来压步距大于25m。lⅡ类基本顶——初次和周期来压很明显，来压的大小相当于8～12倍采高的顶板岩层重量。初次来压步距大于25

4、m～50m。lⅢ类基本顶——初次和周期来压强烈，来压的大小相当于12～14倍采高的顶板岩层重量。初次来压步距大于25m～50m。lⅣ类基本顶——平时顶板无压力，采空区悬露面积达几千甚至上万m2不垮落，初次和周期来压时，顶板垮落常形成狂风、巨响。初次来压步距大于50m，甚至可达100m～150m。这种顶板多为极坚硬的厚砂岩或砾岩。幻灯片6第二节工作面矿山压力的显现规律l一、支承压力l（一）支承压力的形成l当煤体未采动前，煤体内的应力处于平衡状态，煤体上所受的力为上覆岩层的重力γH（γ—岩层的容重，t/m3；H

5、—煤层距地面的深度，m）。l当在煤体内开掘切眼后，破坏了应力的平衡状态，引起应力重新分布。这时在切割眼上部顶板内形成了自然平衡“压力拱”。切眼上部岩体重量Q由两侧煤壁平均分担。因此，在切割眼两帮煤体中，产生了应力集中现象，这种集中应力称为支撑压力。它的大小为原始应力γH的1.25～2.5倍，最大值可为原始应力的2～4倍或更大。幻灯片7第二节工作面矿山压力的显现规律 煤体内开掘切割眼后应力重新分布a—切眼宽度；Q—切眼上部岩体重量；H—煤层距地面深度；γ—上覆岩层的容重幻灯片8第二节工作面矿山压力的显现规律l

6、由于“压力拱”的存在，切割眼处于减压状态。随着工作面推进，切割眼扩大了，“压力拱”破坏而消失，在工作面前方的煤体中，同样产生支承压力带，其范围自工作面前方2m～3m起直至10m～45m，有时可达近100m，最大支承压力区，约距煤壁5m～15m左右；在工作面后方，当采空区充填物压实到一定程度后，也产生支承压力带。前后两个支承压力带，随工作面推进而移动，即移动支撑压力。工作面围岩应力分布a—增压区；b—减压区；c—稳压区第二节工作面矿山压力的显现规律l从图看出，由于采动影响的结果，在工作面前方煤体中和工作面后方

7、的采空区内，根据压力分布不同可分为三个区：la——增压（支承压力）区，它的应力大于原始应力；lb——减压区，它的应力小于原始应力；lc——稳压区，它的应力等于原始应力。l在采煤工作面上下两端的区段煤柱内，也由于采煤和掘进区段平巷而形成支承压力，它的分布特征和工作面前方的支承压力基本相同。当采煤工作面推进较长距离后，区段煤柱内的支承压力，可随顶板垮落而逐渐消失。第二节工作面矿山压力的显现规律l（二）影响支承压力大小、分布的因素l支承压力的大小及其分布与顶板悬露的面积和时间、开采深度、采空区充填程度、顶底板岩性

8、、煤质软硬有关。l采空区顶板悬露面积越大，时间越长，顶板压力就越大，而支承压力的分布范围和集中程度越大。l开采深度越大，悬露顶板的重量越大，支承压力也越大。l采空区充填程度越密实，煤壁内支承压力越小。例如采用全部充填时，上部顶板下沉后，很快就会被充填物支撑，这时悬露顶板岩层的重量转移到周围煤体上的压力就小。因此，采用全部充填法处理采空区比采用全部垮落法处理采空区时，煤壁内的支承压力分布范围和大小要小得多。幻灯片1