1、采場(chǎng)礦山壓力顯現(xiàn)與上覆巖層運(yùn)動(dòng)間的關(guān)系答辯采場(chǎng)礦山壓力顯現(xiàn)與上覆巖層運(yùn)動(dòng)間的關(guān)系答辯 一、支承壓力及其顯現(xiàn) （一) 支承壓力的概念 煤（礦）層采出后，在圍巖應(yīng)力重新分布的范圍內(nèi)，作用在煤（巖）層和矸石上的垂直壓力。 支承壓力包括高于和低于原始應(yīng)力的整個(gè)區(qū)間。 支承壓力來(lái)源于重量。 在單一自重應(yīng)力場(chǎng)條件下,若煤（巖）層水平賦存，則其支承壓力的分布見(jiàn)圖所示：第一節(jié) 采場(chǎng)支承壓力分布的規(guī)律 一、支承壓力及其顯現(xiàn)第一節(jié) 采場(chǎng)支承壓力分布的采場(chǎng)礦山壓力顯現(xiàn)與上覆巖層運(yùn)動(dòng)間的關(guān)系答辯 1、支承壓力大小表達(dá)式 單位面積上承受的壓力近似看成是上覆巖層各巖梁在該處的作用力。 2、影響因素分析 （1）直接覆蓋巖層

2、的單位巖重。與總厚度成正比。 （2）直接覆蓋巖層懸跨部分重量傳遞至該處的作用力。 其中：a、巖梁數(shù)目 b、傳遞比率（與該處煤巖層強(qiáng)度和巖梁自身的強(qiáng)度及運(yùn)動(dòng)發(fā)展情況有關(guān))。c、厚度與跨度 （二）支承壓力顯現(xiàn) 概念：在支承壓力作用下，發(fā)生的煤巖層破壞壓縮，相應(yīng)部位的頂?shù)装逑鄬?duì)移動(dòng)以及支架受力等現(xiàn)象。 1、支承壓力大小表達(dá)式（三）支承壓力與支承壓力顯現(xiàn)的關(guān)系 支承壓力的存在是絕對(duì)的，顯現(xiàn)是相對(duì)的。 （支架受力、煤巖層變形） 支承壓力與其顯現(xiàn)有時(shí)不一致甚至相反的情況原因有二： 1、煤巖層不同部位的支承能力往往有很大區(qū)別。 2、作為載荷的上覆巖梁運(yùn)動(dòng)不同步。 注意：這里的不一致與某一部位壓力增量與顯現(xiàn)增

3、量的相對(duì)應(yīng)的關(guān)系是不同的。 結(jié)論：在既定開(kāi)采條件下，煤巖層上的支承壓力分布與工作面巷道中的顯現(xiàn)，以及兩者之間的關(guān)系等都是由上覆巖層的狀態(tài)和煤巖體本身各部位支承能力決定。（三）支承壓力與支承壓力顯現(xiàn)的關(guān)系二、采場(chǎng)推進(jìn)過(guò)程中支承壓力發(fā)展規(guī)律 （一）、初次運(yùn)動(dòng)階段 支承壓力分布與顯現(xiàn)變化劃分為三個(gè)階段： 第一階段：采場(chǎng)開(kāi)始推進(jìn)到煤壁支承能力改變之前。 煤體特點(diǎn)：煤體沒(méi)有破壞，彈性壓縮。 壓力分布：一條高峰在煤壁上的單調(diào)下降曲線。（負(fù)指數(shù)）。 顯現(xiàn)分布：與壓力分布曲線相同。 即煤壁沒(méi)有進(jìn)入塑性狀態(tài)，各巖梁的跨度相等，同一位置的傳遞系數(shù)相同，則壓力公式可簡(jiǎn)化為：二、采場(chǎng)推進(jìn)過(guò)程中支承壓力發(fā)展規(guī)律 （一）

4、、初次運(yùn)動(dòng)采場(chǎng)礦山壓力顯現(xiàn)與上覆巖層運(yùn)動(dòng)間的關(guān)系答辯 第二階段：從煤壁支承能力改變到老頂巖梁端部斷裂前為止。 煤體特點(diǎn)：煤體支承能力降低，老頂巖梁的離層發(fā)展，其 作為載荷與傳遞上部巖重的作用發(fā)生變化。 壓力特點(diǎn)：塑性區(qū)（包括煤體已完全破壞部分）壓力逐漸 上升。彈性區(qū)內(nèi)則單調(diào)下降，其壓力高峰在交界處。 顯現(xiàn)特點(diǎn)： 總體仍為單調(diào)下降曲線，但是具體講則是塑性 區(qū)內(nèi)與壓力分布相反，彈性區(qū)內(nèi)與壓力分布相同。 在極限平衡狀態(tài)下得到塑性區(qū)支承壓力表達(dá)式： 第二階段：從煤壁支承能力改變到老頂巖梁端部斷裂前為止采場(chǎng)礦山壓力顯現(xiàn)與上覆巖層運(yùn)動(dòng)間的關(guān)系答辯 第三階段：從老頂巖梁端部斷裂到巖梁中部觸矸為止。 特 點(diǎn)：

5、支承壓力分布與顯現(xiàn)變化劇烈，壓力分布與顯現(xiàn)總體 一致。 壓力特點(diǎn)：1、斷裂線附近應(yīng)力集中2、以斷裂線為界分為兩 個(gè)應(yīng)力場(chǎng)3、兩個(gè)應(yīng)力場(chǎng)中壓力分布背向發(fā)展。 顯現(xiàn)特點(diǎn)： 1、巖梁斷裂時(shí)，伴隨壓力的集中，該部位移近速 度突增。 2、斷裂擴(kuò)展或顯著沉降，頂?shù)装逡平霈F(xiàn)停滯甚 至反彈。 3、斷裂結(jié)束后，內(nèi)外應(yīng)力場(chǎng)中的壓力顯現(xiàn)以斷裂 線為界呈背向轉(zhuǎn)移變化。 （二）正常推進(jìn)階段 每一周期來(lái)壓過(guò)程中分為兩個(gè)過(guò)程。 1、相對(duì)穩(wěn)定過(guò)程 從上次運(yùn)動(dòng)結(jié)束到工作面推進(jìn)到巖梁端部再次斷裂前夕。 壓力分布：內(nèi)應(yīng)場(chǎng)縮小，壓力很?。煌鈶?yīng)力場(chǎng)擴(kuò)大，斷裂前夕 壓力達(dá)到最大。 顯現(xiàn)分布：壓力大小和分布平緩，顯現(xiàn)平緩。 2、顯著變化

6、的發(fā)展過(guò)程 從巖梁斷裂前夕至老頂巖梁運(yùn)動(dòng)結(jié)束止。 壓力分布：同初次運(yùn)動(dòng)階段中的第二階段。 顯現(xiàn)分布：同初次運(yùn)動(dòng)階段中的第二階段。（二）正常推進(jìn)階段 每一周期來(lái)壓過(guò)程中分為兩個(gè)過(guò)程。采場(chǎng)礦山壓力顯現(xiàn)與上覆巖層運(yùn)動(dòng)間的關(guān)系答辯三、工作面兩側(cè)支承壓力分布及顯現(xiàn)規(guī)律 實(shí)踐及理論推導(dǎo)證明： 當(dāng) 不會(huì)出現(xiàn)來(lái)壓現(xiàn)象。 當(dāng)46時(shí)，按梁計(jì)算來(lái)壓步距準(zhǔn)確，并且以其推斷的沿推進(jìn)方向的巖層運(yùn)動(dòng)和支承壓力分布發(fā)展的規(guī)律是比較接近實(shí)際的。 我們可以以“板”的理論推斷兩側(cè)支承壓力分布和發(fā)展的規(guī)律。 “巖板”運(yùn)動(dòng)及破壞的發(fā)展過(guò)程。 （一）兩側(cè)支承壓力分布發(fā)展變化規(guī)律 走向與兩側(cè)規(guī)律是同步發(fā)展的，大致也可分為三個(gè)階段。三、工作

7、面兩側(cè)支承壓力分布及顯現(xiàn)規(guī)律 實(shí)踐及理論推導(dǎo)證明： 1、第一階段：上下兩側(cè)煤壁邊緣處于彈性狀態(tài)。 兩個(gè)方向上的壓力高峰始終在煤壁上，峰值隨推進(jìn)步距增加而增加。 2、第二階段：煤壁邊緣破壞，部分進(jìn)入塑性狀態(tài)。 煤壁破壞，壓力高峰前移，壓力分布形成彈性和塑性兩個(gè)區(qū)域。（此階段塑性區(qū)的形成及擴(kuò)展都首先從推進(jìn)方向開(kāi)始，然后隨著“板”的作用力向兩側(cè)轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致兩側(cè)塑性區(qū)形成。） 3、第三階段：頂板在煤壁深部斷裂，支承壓力分布形成內(nèi)外兩個(gè)應(yīng)力場(chǎng)，隨工作面的繼續(xù)推進(jìn)，內(nèi)外應(yīng)力場(chǎng)的峰值將呈背向發(fā)展。 1、第一階段：上下兩側(cè)煤壁邊緣處于彈性狀態(tài)。（二）走向（推進(jìn)方向）與兩側(cè)支承壓力分布發(fā)展規(guī)律的關(guān)系 1、兩個(gè)方向

8、上單一彈性分布存在的時(shí)間，即塑性區(qū)及出現(xiàn)塑 性區(qū)時(shí)工作面推進(jìn)的位置都相同。 2、盡管老頂斷裂在兩個(gè)方向上略有先后，但其發(fā)展進(jìn)程和出 現(xiàn)的時(shí)間卻是同步的。（任何方向超前支承壓力顯現(xiàn)都可 以作為頂板來(lái)壓的依據(jù)） 3、與推進(jìn)方向相比的最大差距 （1）側(cè)向不存在內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)分布范圍收縮的情況，外應(yīng)力場(chǎng) 的擴(kuò)展是通過(guò)內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)擴(kuò)展和煤層再度壓縮破壞而實(shí)現(xiàn)的。 （2）老頂中每一“巖板”運(yùn)動(dòng)的影響，對(duì)于任意部位來(lái)說(shuō)都 只有一次。（有助于更準(zhǔn)確確定老頂巖梁數(shù)目及有關(guān)運(yùn)動(dòng)參數(shù)）。（二）走向（推進(jìn)方向）與兩側(cè)支承壓力分布發(fā)展規(guī)律的關(guān)系 第二節(jié) 采場(chǎng)來(lái)壓時(shí)支架與圍巖關(guān)系 支架與圍巖關(guān)系時(shí)頂板控制設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，也是檢驗(yàn)頂板控

9、制效果的依據(jù)。 一、采場(chǎng)支架的設(shè)計(jì)工作狀態(tài) （一）采場(chǎng)支架對(duì)直接頂?shù)墓ぷ鳡顟B(tài) 1、直接頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)特點(diǎn) 初次垮落后，煤壁與支架支撐，呈懸臂梁狀態(tài)，失去了傳遞力的聯(lián)系。端部斷裂則以煤壁為支點(diǎn)作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，支架完全承擔(dān)其作用力。 2、支架對(duì)直接頂?shù)墓ぷ鳡顟B(tài) 由于它在采空區(qū)內(nèi)已經(jīng)垮落，控制設(shè)計(jì)時(shí)，必須按最危險(xiǎn)狀態(tài)考慮。即按“給定載荷”考慮。第二節(jié) 采場(chǎng)來(lái)壓時(shí)支架與圍巖關(guān)系 （二）采場(chǎng)支架對(duì)老頂?shù)墓ぷ鳡顟B(tài) 1、老頂巖梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 能保持傳遞力的聯(lián)系，其作用力可傳遞到煤壁前方與矸石上。 2、支架對(duì)老頂巖梁的設(shè)計(jì)工作狀態(tài) 老頂運(yùn)動(dòng)過(guò)程中給支架的作用力，由支架對(duì)老頂巖梁運(yùn)動(dòng)抵抗程度（或?qū)r梁位態(tài)控制的要求）決定。 支架對(duì)老頂巖梁有兩種工作狀態(tài)：采場(chǎng)礦山壓力顯現(xiàn)與上覆巖層運(yùn)動(dòng)間的關(guān)系答辯 1）“給定變形”工作狀態(tài) （1）巖梁運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定時(shí)的位置狀態(tài)（即位態(tài)）由巖梁的強(qiáng)度及梁端支承情況決定。 （2）支架只能在一定范圍內(nèi)降低巖梁運(yùn)動(dòng)速度，但不能阻止巖梁運(yùn)動(dòng)。 （3）支架作用力與頂板作用力之間關(guān)系： QiRi 或 QiPiLR 其中： Ri沿傾斜每米支架阻力； Pi采場(chǎng)支架平均阻力。 二者之間沒(méi)有直接的關(guān)系方程。 此狀態(tài)下巖梁運(yùn)動(dòng)最終狀態(tài)的采場(chǎng)頂板下沉量為： 1）“給定變形”工作狀態(tài) 要求的支架縮量: 運(yùn)動(dòng)結(jié)束時(shí)采場(chǎng)支架受力由支架綜合剛度（支架力學(xué)特性）決定。 2）“限定變形”工作狀