1、煤礦開采方法精品課程課件第二篇 采煤方法第六章 采煤工作面礦山壓力規(guī)律,第一節(jié) 礦山壓力基本概念,一、礦山壓力 礦山壓力就是由于井下采掘工作破壞了巖體中原巖應力平衡狀態(tài)，引起應力重新分布，我們把存在于采掘空間周圍巖體內和作用在支護物上的力稱為礦山壓力。 二、礦山壓力來源 （一）自重應力 （二）構造應力 （三）膨脹應力,自重應力,三、礦山壓力顯現(xiàn),在礦山壓力作用下，圍巖和支架所表現(xiàn)出來的力學宏觀現(xiàn)象，如圍巖變形，離層，破壞和冒落，支架受力變化和折損，煤（巖）突出，充填物產生壓縮和地面塌陷等，稱為礦山壓力顯現(xiàn)，簡稱礦壓顯現(xiàn)。 采煤工作面礦壓顯現(xiàn)的主要形式：工作面頂板下沉、支架變形與折損、頂板破碎或

2、大面積冒落、煤壁片幫、支柱插入底板、底板膨脹鼓起等。,第二節(jié) 采煤工作面圍巖移動特征,采煤工作面上方的巖層頂板 下方的巖層底板 頂板分類： 偽頂：位于煤層之上隨采隨落的極不穩(wěn)定巖層，厚度 一般0.30.5m以下； 直接頂：位于偽頂或直接位于煤層之上，具有一定穩(wěn) 定性，隨移架或回柱放頂后能自行垮落的巖 層； 基本頂：位于直接頂或煤層之上，厚而堅硬難垮落的 巖層。,1、基本頂；2、直接頂；3、偽頂；4、煤層；5、底板巖層,煤層頂?shù)装鍘r層,一、 直接頂初次垮落,采煤工作面自切眼推進一段距離后，直接頂懸露達到一定跨度，就要對采空區(qū)頂板進行初次放頂，使直接頂垮落下來，這一過程稱作直接頂?shù)某醮慰迓洹?Kp

3、=V/V 直接頂巖層總厚度 ，則它冒落后堆積高度為 ，其與基本頂間可能留下的空隙：,二、基本頂?shù)某醮慰迓?（一）基本頂初次垮落前巖層結構 若0，隨直接頂初次垮落，基本頂在一定范圍內呈現(xiàn)懸露狀態(tài)，可視為“板”;由于基本頂在采煤工作面方向上的長度遠大于推進方向長度，可將其視為一端由采煤工作面煤壁支承，一端由煤柱支承的兩端支撐的梁結構。 （二）基本頂初次垮落與初次來壓 隨采煤面繼續(xù)推進，基本頂懸露跨度逐漸增大，產生彎曲，達到一定跨度時，發(fā)生垮落。基本頂?shù)谝淮慰迓浞Q為基本頂初次垮落。,（三）基本頂初次垮落步距確定,基本頂初次垮落時，其最大懸露跨度L初稱為基本頂初次垮落步距。 1、一般情況下，視基本頂為

4、兩端固定梁,視基本頂為梁時的受力分析圖,極限垮距（只考慮按彎距計算） L初：,2、淺部煤層情況下，近似視基本頂為簡支梁 極限垮距L初：,基本頂斷裂后的平衡拱結構,基本頂巖梁達到極限跨距斷裂后，并不一定立即垮落，斷裂巖塊間由于回旋形成擠壓，能形成平衡拱式的結構。,基本頂斷裂后形成的平衡拱,三、基本頂?shù)闹芷趤韷?（一）基本頂來壓前的狀態(tài) 基本頂初次垮落后，隨著采煤工作面繼續(xù)推進，工作面上方的基本頂巖層由兩端固定梁狀態(tài)轉變?yōu)閼冶哿籂顟B(tài)。如圖所示：,當采煤工作面繼續(xù)推進，基本頂懸掛臂跨度達到極限跨度時，基本頂在其自重及上覆巖層載荷的作用下，將沿采煤工作面煤壁甚至煤壁之內發(fā)生折斷和垮落。 隨著采煤工作面

5、的推進，基本頂這種“穩(wěn)定失穩(wěn)再穩(wěn)定”現(xiàn)象，將周而復始地出現(xiàn)，使采煤工作面礦山壓力周期性明顯增大。這種基本頂?shù)闹芷谛云茢嗍Х€(wěn)對工作面產生的周期性的來壓顯現(xiàn)，稱為基本頂?shù)闹芷趤韷骸?（二）基本頂周期來壓及礦壓顯現(xiàn)特征,基本頂周期來壓及礦壓顯現(xiàn)特征,1、直接頂；2、支架；3、已斷裂基本頂；4、冒落矸石,（三）周期來壓步距的確定,基本頂兩次周期來壓間隔時間稱為來壓周期。 在來壓周期內采煤工作面推進的距離稱為周期來壓步距，用L周表示。 比較上式，知 L周（0.50.25）L初。,（四）周期來壓的分析,咬合點的平衡,四、工作面上覆巖層移動規(guī)律,根據(jù)巖層移動特征，可將煤層的上覆巖層分為冒落帶()、裂縫帶()

6、、彎曲下沉帶()。如圖所示：,作業(yè)： 1、簡述礦山壓力、礦壓顯現(xiàn)的基本概念。 2、簡述直接頂?shù)某醮慰迓?、基本頂?shù)某醮蝸?壓和周期來壓的基本概念。,第三節(jié) 采煤工作面礦山壓力顯現(xiàn)規(guī)律,一、采煤工作面支承壓力顯現(xiàn)規(guī)律 支承壓力顯現(xiàn)特征可用支承壓力地、峰值的位置及應力集中系數(shù)表示。 （一）采煤工作面前后方支承壓力分布 采煤工作面前后方支承壓力分布與采空區(qū)處理方法有關，對于采用全部垮落法管理頂板的采煤工作面，其前后方支承壓力分布如下圖所示：,采煤工作面前后方支承壓力分布,a：應力增高區(qū)；b：應力降低區(qū)；c：應力穩(wěn)定區(qū),采煤工作面前后方支承壓力分布的特點,1、采煤工作面前方煤壁一端支承著工作面上方裂隙帶

7、及其上覆巖層的大部分重量，即工作面前方支承壓力遠比工作面后方大。 2、由于采煤工作面的推進，煤壁和采空區(qū)冒落帶是向前移動的，因此工作面前后方支承壓力是移動支承壓力。 3、由于裂縫帶形成了以煤壁和采空區(qū)冒落帶為前后支承點的半拱式平衡，所以采煤工作面處于減壓力范圍。,（二）采煤工作面兩側支承壓力分布,采煤工作面兩側的支承壓力是指工作面兩側煤柱或煤體上的支承壓力。,卸載帶；支承壓力帶；原巖應力帶；采后應力穩(wěn)定帶；lmax峰值位置,1、采煤工作面兩側的支承壓力劇烈影響區(qū)并不在煤體的邊緣，而是位于煤體邊緣有一定距離的地帶。 2、采煤工作面兩側煤體邊緣處于應力降低區(qū)，支承壓力低于原巖應力。 3、采煤工作面

8、兩側支承壓力從形成到向煤體深部轉移要經過一段時間過程，所以要使沿空掘巷保持穩(wěn)定，必須從時間上避開未穩(wěn)定的支承壓力作用期。,采煤工作面兩側支承壓力分布規(guī)律,二、支承壓力在底板中的傳遞,采煤工作面采動后，在工作面四周形成的支承壓力將向煤層底板進行傳遞，尤其采煤工作面兩側支承壓力的傳遞，對下部煤層開采巷道布置產生重要影響。 底板巖層內壓應力的大小與煤柱上方的支承壓力成正比。,底板巖層中的應力分布,1、2支承壓力曲線；3原巖應力曲線；4、5應力增高區(qū)邊界線；6應力降低區(qū)邊界線,煤層底板巷道位置選擇,（1）巷道與煤層底板的垂直距離不小于一定數(shù)值h。H與圍巖性質的關系見下表。,煤層底板巷道位置選擇,（2）巷道布置在煤柱向底板傳遞力的影響角以外。若巷道布置在煤柱影響角以內，即使巷道位于較穩(wěn)定的巖層內，也要受到應力升高的影響。 為使巷道布置在煤柱影響角以外，巷道離煤柱邊界的水平距離S為： 煤層傾角； 的余角； 煤柱影響角，一般在2555間。通常支承壓力越大和煤柱尺寸越小，其值越大。,煤層底板巷道位置選擇,巷道位置選擇示意圖,巷道至煤壁邊緣水平距離的計算圖,第四節(jié) 采煤工作面頂板分類,科學的分類可為頂板控制、支架選型、合理確定支護參數(shù)以及為采空區(qū)處理方法提供依據(jù)。 一、直接頂分類 強度指數(shù) D10RcC1C2 式中 Rc巖石單向抗壓