采场上覆岩层垮落步距计算方法

合集下载

【doc】韩城矿区主采煤层长壁采面直接顶初次垮落步距的计算

韩城矿区主采煤层长壁采面直接顶初次垮落步距的计算韩城矿区主采煤层长壁采面直接顶初次垮落步距的计算城旷磬I忠义从我局覆板分类过程知,名矿编写的回采工作面作业规程,直接顶初次垮落步距,都是根据某某f作面直接顶初次垮落L米至L米或在回采过程中所掌握的直接顶初次垮落步距为L米,因此,得到新工作I莳直接顶初次垮落步距为L米,这敛蝌缺乏科学的依据.如象山矿2303和2304栗Jj)f作业规程写到:以3'煤回采过中知道{:谨顶初次垮落步距L一般在8～I米范围.直接顶初次垮落步距是描写采面顶板稳定性的重要指标之～,掌握直接顼静J玖埒蒋步距能为顶板分类提供科学的依据,从而对合理选择综采面自移支架架型和采面单体支架构支护型式以及保证安全生产有着重要的现实意义{{j据岩梁理论,凹采竹-面长度九j:80米的缓倾斜煤层长毽采1fIi(煤炭科学技亦,1979年),枉毫U采时,lT『将直接顶岩层视为两端分别由煤壁和煤柱支撑的双端瑚定挺(采煤学,1979年),该梁的垮度随工作的推进不断增大,当达到极限值时,由于水身自重的载荷的作用将发生断裂,失去平衡,形成垮蒗.闲此,便I导f"直接顶初次f～～垮落步距计算公式;.L.=h√一}.(煤矿采场矿压讨论会论文选编).式rL::---直接顶初次垮落步距,米rhp…直接顶岩粱加我厚度,米,血接顶岩层(体)的抗拉强度,吨/米;q直接顶岿粱所蓐赞帕均布载荷密度,对P丸分瑶的直谈顶÷层,州q=h;r_一直接顶岩J的符重,吨/米;J1一直接顶岩层的厚度,米对于有分层的:按顶按组合梁理遂次汁算:='~(r.d;i_当P<p一1时,则q:q—J式l{|hEr.直接甄各分的鹱,掸性模数干¨容量.山公:L.,:bp√一目前一些参数尚能准瓣地确定,所以川它祧难以计算出准确的采面直接顶初次垮落步距,而H计算还非常烦锁.1人家知道,直接顶:位岩(一般指煤层上方1.5～2米肿直接顶)对坝扳捂定性魁决定俺J}J.根据我局直接顶下位岩层的罐t质,为了计算力但,可假定直拉域下位芏聪各分麒度均书l 等,其值为平均允层厚度各分层的岩石力学性质相列因此,可把公jE】l(r,_1l+I:1+…1'h)qEhsl1'.…Eh简化为:q:h?式?1?h有槎顶下似平均分l:幢,米}r直接顶下位岩平均容鼙,吨/米.冉根摊岩体Ag虢拉强度与岩块的抗fE强度一个正比的关系,即口=CO"式中.岩块抗砸强度,吨/米}c一一岩体强度折算系数.所以公式:Lo=】√一=I丧】为我国若=l:煤田顶底板岩强垭试验数据.寰1l,(kg/cm2)细砂岩i1O6O～146056～l80砂岩类i中牲砂岩l7～.～们l菪l粒砂岩l680～l26o55～n0jl栅砂岩l370~G60】14～35一_÷一一—r砾岩类j砂硬岩710~124..～蚺i岩.820~9604i~120'——一————————一～___一岩黉I砂质页岩4.0～.20i40～l直岩190~400l28～65l……'l一一灰岩I石灰岩640～l510:7日～141】78～545l36～】372l26～3l072～聃d67～2Bg2【0～305160～238此外,我局各煤层直接强c下位岩层岩石窑重如袭2;从表2看出我局煤层顶板岩H均容霞为2.59克/厘米.,可取r=2.6吨/米.把r代入式;,/亲一,/_6冉代入公式:Lo=紊mo=,,丽12袅2#煤蒙jII.一●莱2-幢矿3-蛴口..景骑坪均!直接砸名杯每重r(gm.…若lⅢ.'磺针:.i0lll砂2.62粉秒}.3I粉砂j}2.55砷岩.6t橱砂岩2.58石靠石英砂岩2.78I2.59这样就综合加1而成的我局煤层直接顶韧次垮落步距计算公式为:L=,c.式中L直接顶初次垮落步距,米,h直接顶下位岩埕平均分层悼壁,米Iu直接顶下位岩的}抗姓度,吨/米zIc一岩体强度折算系数,土螫取决于岩石抗压强度和岩层裂隙发育程度,一般可取,C=0.05～O.12.对于裂隙间距l<0,4米的岩层;当o>5ooo~/米时,可取C=0.08～0.6}当Ⅱ<5ooo~t米时,可取C:0.05～0.071对J裂隙间距1>O.4米的},1取C=0.1～O.12I举实例计算;象山矿3'煤层302和304采直接顶岩石抗压强度u=4230吨/米,直接顶F位岩层平均分层厚度h=0.25米J直接顶岩层裂隙平均间距【二O.5O米I取C= 0.1OI将上面数j'代入直接顶初次垮落步距iI鳟公式;L=chu=0.1×.0.25×4230=10.3米I根据象山矿3'煤层回采过程中得知直接顶初次垮落步距8～15米,而计算值巷道底鼓的机理及防止措施L『安.院良才随着开采深度『佝加大,巷道底鼓剧题由加突出.i1[于底鼓,将引起支架发I变形,巷道必去稳定性,使得掘进速厦降低,通风系统恶化干¨运输条件变.为丫保证『I常产,必铆增jJ『l巷道的日常维护,导数矿,技术终济指标受到影响.闩前最现实的问题,要研究巷逝底鼓的帆理,从而找蹦有效的防d-.措施.一巷道鹿簟的机理软特{l开掘巷道后,破坏Ir岩J,为10.3米桐符.桑树坪'1l:《!l}层1O1,1103,1104采工f1直接顶崭石抗雎强度a=6j0011-n/ 米}肖接顶下位柑平均分J慢h=0.80米商接顶岩层裂隙平均间距I=0.70米可取C=0.10,代入计算公式}v,_×6—5—00=22.8米,根壬9}桑树坪矿"'媒赢接顶初次垮落步距为22米,而计算值22.8米水f符.擞据我局备矿州采工作I"i纳具体条件,Ⅵ按公式计算出它的直接顶初次垮落步距. 将讣算值与实测值十1j比(表3).从寝3巾可以看出,汁算值与实测值幕率柏符.}此,我尉可以应Jfj计尊公式来预寰S洲缓倾斜煤塌长采而点接顶初次埒落步距但应当指出在煤系地层这个复杂的地质条件中,}Ij于岩廛的组成部分,地质构造, 厚度,强度,埋藏深度等因素不同,致使这些岩层的运动形式,范围及活动规律就大相同.也就足矿井地质条件的多变惟致直接顶下岩层厚度和力学性质的差异,川H算公式所求得的直接顶初次垮落步距不可能是十分精确的,其使用价值有待进一步地在我肘广大工程技术人员实际工作r}l渊杏和研究.还要指出的魁在某些特殊情况,如受强烈地质构造影响,用公式计算无实际意义.'l3。

采场顶板破断模型及垮落规律分析

采场顶板破断模型及垮落规律分析薛熠;滕腾;王希贺;宋绪蕾【摘要】煤炭开采引起了上覆岩层空间结构的变化和顶板的变形破断,而采场顶板的断裂形态与采场压力密切相关,同时也对地表沉降产生较大影响.基于弹性力学薄板模型,采用位移变分法分析了顶板断裂的形成机制,根据薄板弹性理论,采用位移变分法建立了煤层顶板的力学模型,分析顶板断裂形态的形成机制,通过顶板的拉应力分布和弯矩分布得到了顶板的破坏规律.计算结果表明:顶板在初次破坏时,在顶板表面沿四周边缘出现O型破坏,继而在顶板中心处出现X型破坏,随着破坏的发展贯通,形成典型的O-X型破断.顶板在周期破坏时,随着工作的推进和角部效应的影响,形成半X型破断.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2016(016)007【总页数】6页(P156-161)【关键词】顶板;破断;弹性力学;薄板【作者】薛熠;滕腾;王希贺;宋绪蕾【作者单位】中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,徐州221116;中国矿业大学力学与建筑工程学院,徐州221116;中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,徐州221116;中国矿业大学力学与建筑工程学院,徐州221116;中国矿业大学力学与建筑工程学院,徐州221116;中国矿业大学力学与建筑工程学院,徐州221116【正文语种】中文【中图分类】TD31在地下开采过程中，采场顶板的变形及采场压力与地下水迁移和地表沉降密切相关。

同时，深部开采中，煤层的上覆岩层结构及顶板压力运动规律对煤炭开采有着重要意义[1—3]。

由于近年来顶板事故出现频率的增加，对煤层顶板变形和破坏形式的分析可以对顶板事故进行预测，并对顶板支护提供指导。

近年来，学者对顶板破坏形式开展了大量的研究。

黄庆享等[4]根据对开采过程中顶板的实测和模拟，指出了老顶初次破坏中出现的非对称现象。

张杰等[5]进行了不同覆岩条件下相似材料模拟实验，对放顶方案和初次来压步距进行了分析。

崩落采矿法

崩落采矿法
（一）单层崩落采矿法
长壁崩落法：
整层回采，工作面沿阶段倾斜全长布置。结构参数：矿块斜长等于阶段斜长，由工作面的长度确定，一般30~50米。走向长度 70~150米，有时可达 200~300米。采切：阶段运输巷，采场溜井，安全道，切割平巷，切割上山。回采：浅孔落矿，电耙出矿，人工支护顶板，随工作面推进留最小控顶距放顶。
(二)分层崩落法
采切：阶段运输巷道，天井，溜井，第一分层平巷，第一分层切割横巷。回采：单翼或双翼推进，相邻分层回采超前距离大于10米。浅孔落矿，电耙出矿。铺设木垫层假底。优缺点评述：矿石损失率贫化率低，能适应矿体形态变化。但生产能力低，木材消耗多，劳动强度大，采场通风差，易发生火灾。
(四)阶段崩Βιβλιοθήκη 法(四)阶段崩落法优缺点评述：采准量小，生产能力大，效率高，成本低。但是损失贫化大，大块产出率高，适应面小。
(四)阶段崩落法
阶段自然崩落法适用条件及特点：地表允许塌陷，急倾斜厚矿体或倾斜极厚矿体，矿石和下盘围岩中稳以上，矿石价值不高，围岩含有品位。无自燃结块性，矿体中无较大夹石。矿石大面积拉底后自然崩落。结构参数：阶段高度60~80米，矿块长40~120米，宽40~75 米。采切：运输平巷，横巷，溜井，二次破碎巷道，斗颈，行人天井，回风巷道，联络道，观察天井，水平观察巷道，切帮拉底。回采：矿石自然崩落，底部出矿，每次放出三分之一左右矿石，待矿块全部崩落后大量放矿。优缺点评述：经济效果好，生产能力较大。但是使用条件要求严格，采准量大，初期投资高。
(三)分段崩落法
采切：阶段运输巷道，穿脉运输巷道，天井，分段联络道，电耙道，溜井，堑沟和切割立槽。回采：采用中深孔或深孔挤压落矿，电耙出矿。优缺点评述：矿块生产能力大，效率高，通风条件好，适应面广，矿石破碎质量好。但是结构复杂，采准工作量大，损失与贫化大。

厚松散层浅埋煤层覆岩破断判据及跨距计算

3 i= z
m
∑E h
i=z i
m
3
i
（4 ）
荷层有关参数见表 2，其计算所需的相关参数见表 3，代入判断公式（3）可得
0 . 170 4 256 . 505 × = 0 . 515 < 1 0 . 716 0 118 . 492
1/Ez=[1/（h1+h 2+…+h n+1 ）] （5 ）（h1/ E1+ h 2/ E2 +…+ h n+1/ E n+1）
地表厚松散层浅埋煤层如满足文献[2,3]所述的判别条件式(3), 则第 1 和第 n+1 层岩层形成组合关键层。
ψ hz 2
6
=
qL z
2 2
2ψ h z
则组合关键层初次来压步距 Lz= hz
2 σ tψ qz
（7 ）
∑ ρ gh ⋅ ∑ E h
i =1 i i i = n +1 i
#43; q ) ⋅ ∑ E i hi ] ≤ 1（3）
式中
n n
（1 ）（2 ）
3
组合梁岩层数目
q1 ( x) | n = ( E1 h1
3
∑ ρ gh ) ∑ E h
i =1 i i i =1 i
i
，L1 和
固支梁最大弯矩 M=qL2/12，于是梁两端的最大拉应力
σ =
M 1 2 = qz Lz Wz 12
L2 分别为第 1 层岩层和第 n+1 层岩层的破断距。
第 23 卷第 5 期 Vol.23 No.5
文章编号：1008-0562(2004)05-0577-04
辽宁工程技术大学学报 Journal of Liaoning Technical University

4.(第四章)-回采工作面上覆岩层活动规律

采空区的处理方法 disposal method for gob
工艺中是如何实现的？
煤柱支撑法（刀柱法）:pillar propping method 缓慢下沉法:lentitude subsidence method 充填法:filling method 垮落法:caving method
其中全部垮落法具有回采率高、成本低、简单的优点，在条件适宜时，尽量采用这种方法。采用全部垮落法时，随着工作面推进，回采工作面空间形状变化见下图。
砌体梁模型与传递岩梁模型的对比
比较砌体梁模型
垮落步距采用梁假说认为岩梁可以传递水平力
传递岩梁模型
考虑成层性,假定分组一致下沉
相同点
岩块的受力与平衡梁的几何特征（双
不同点
（推断）曲线关系,实测）给定荷载与给定变给定变形与限定变形工作状态形工作状态顶板压力估算应防顶板压力取决于岩止台阶下沉梁的位态（控制）
（岩梁位态与支架无关）： A≤PT≤（A+hE·γE· A/2LK） L
位态方程式

“限定变形”工作方式：支柱与顶板的作用结果，使岩梁在图中所示的虚线位置接触。此时，支柱受力大小由限定的岩梁位态（用对应的采场顶板下沉量ΔhT表示）决定，而与支柱的刚度无关。在该方式条件下，顶板施予支架的作用力由岩梁的位态方程得出，即： PT=A+PE· T Δh PE=B/ ΔhT B=(hE· E· A/2LK) · A γ L Δh
采场矿压假说总结
前面所介绍的一些主要的矿压假说都是
第四章回采工作面上覆岩层活动规律
4.1 概述
在煤层或矿床开采过程中，一般把直接进行采煤或开采有用矿物的工作空间称为回采工作面或简称为采场coal face 。顶板：位于煤层之上的岩层称为顶板。按顶板与煤层的位置关系、冒落性能及冒时对回采工作面的影响分为：（1）直接顶（immediate roof）：直接顶位于煤层上方的一层或几层性质相近的岩层；通常由具有一定稳定性且一般随回柱放顶而垮落，由页岩或砂页岩等岩层组成。也有人认为采空区冒落带内的岩层统属于直接顶。

矿山压力及岩层控制之7.采场岩层移动与控制

矿山压力与岩层控制——采场岩层移动与控制主讲：李成伟采场岩层移动与控制C ONTENTS 第七章岩层移动引起的采动损害概述1岩层控制的关键层理论2上覆岩层移动规律3工作面底板破坏与突水4岩层移动控制技术5一、岩层移动引起的采动损害概述我国煤矿90%以上是井工垮落法开采。

垮落法采煤，开采以后必然引起岩体向采空区移动，将造成采动损害及相关问题，主要表现为：（1）形成矿山压力显现，引起采场和巷道围岩变形、垮落和来压，需对采取支护措施维护采场与巷道的生产安全。

（2）形成采动裂隙，引起周围煤岩体中的水和瓦斯的流动，导致井下瓦斯与突水事故，需要对此进行控制和利用。

1.煤层开采产生的相关问题一、岩层移动引起的采动损害概述（3）岩层移动发展到地表引起地表沉陷，导致农田、建筑设施的毁坏，当地面潜水位较高时，地表沉陷盆地内大量积水，农田无法耕种村庄被迫搬迁，引发一系列环境、经济和社会问题。

（4）由于开采对围岩的破坏，为了保护矿井生产安全，需要留设大量的煤柱，我国煤炭采出率低。

一、岩层移动引起的采动损害概述2.煤矿绿色开采理念2016年3月，国家发改委、国家能源局联合印发2016-2030能源技术革命创新行动计划；在煤炭无害化开采技术创新方面提出绿色开发与生态矿山建设，重点在绿色高效充填开采、绿色高效分选、采动损伤监测与控制、采动塌陷区治理与利用、保水开采、矿井水综合利用及深度净化处理、生态环境治理等方面开展研发与攻关。

煤炭开采岩层移动排放水地表塌陷土地与建筑物损害瓦斯事故排放瓦斯污染环境地下水资源流失与突水事故煤与瓦斯共采保水开采充填开采排放矸石煤巷支护矸石井下处理煤炭地下气化占用农田污染环境绿色开采●“高效安全、高采出率、环境协调”绿色开采技术体系膏体材料充填超高水材料充填矸石干式充填一、岩层移动引起的采动损害概述●瓦斯抽采与利用被保护层组保护层地面钻井071421283504080120160200时间/d 抽采量/m 3/m i n20406080100抽采浓度/%抽采瓦斯量抽采瓦斯浓度远距离保护层开采（100～110m ）地面钻井抽采法一、岩层移动引起的采动损害概述一、岩层移动引起的采动损害概述●瓦斯抽采与利用压缩转运✓瓦斯发电✓瓦斯罐装利用一、岩层移动引起的采动损害概述●煤炭地下气化煤炭地下气化是指其不将煤炭采出地面，而将其在地下直接气化，即将地下煤炭通过热化学反应在原地转化为可燃气体的技术。

韩城矿区主采煤层长壁采面直接顶初次垮落步距的计算

韩城矿区主采煤层长壁采面直接顶初次垮落步距的计算
李忠义
【期刊名称】《陕西煤炭技术》
【年(卷),期】1989(000)004
【摘要】从我局顶板分类过程中知、各矿编写的回采工作面作业规程,直接顶初次垮落步距,都是根据某某工作面直接顶初次垮落 L米至 L 米或在回采过程中所掌握的直接顶初次垮落步距为 L 米,因此,得到新工作面直接顶初次垮落步距为 L 米,这些数据缺乏科学的依据。

如象山矿2303和2304采面作业规程写到:以3~#煤回采过程中知道直接顶初次垮落步距 L一般在8～15米范围内。

直接顶初次垮落步距是描写采面顶板稳定性的重要指标之一,掌握直接顶初次垮落步距能为顶板分类提供科学的依据。

【总页数】3页(P11-13)
【作者】李忠义
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TD823.42
【相关文献】
1.采场上覆岩层垮落步距计算方法 [J], 刘思利
2.利用回采工作面初次垮落步距确定合理采留宽度开采“三下”煤层的技术与实践[J], 何纯耀
3.顶板初次垮落步距及影响因素分析 [J], 刘保国;刘先贵
4.坚硬顶板初次垮落步距 [J], 赵军;李风英
5.直接顶初次垮落距是综采工作面顶板分类的一项重要指标 [J], 乔福祥;侯朝炯因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

采场上覆岩层移动规律

3、显现特点
对采场产生明显的动压冲击，支架阻力不够易产生沿煤壁切下的重大冒顶事故，即使不垮也会出现台阶下沉。
必须有高初撑力，其阻力能抗衡顶板沿煤壁切下，把切断线推至控顶距之外。支架缩量按照出现台阶下沉而不能压死支架考虑。
出现台阶下沉时支架阻力与缩量分别为：
PT A m L k k G
2LK
q
Qx
Mx
综上：老顶岩梁破坏形式有两个受弯矩作用拉断受剪力作用剪断
二、梁式断裂时的极限跨距：
q
（一）固支情况 1、按弯矩计算：
M
任意点A 处正应力： My
Q
其中断面矩
JZ
Jz
1 h3 12
最大拉应力在梁的端部
max
M
max
h 2
Jz
1 ql 2 h 12 2
1 h3
ql 2 2h 2
12
当 max 时Rt，则岩梁被拉断裂。
说明：
1）先计算第一层载荷 q1 1h1
2）计算第二层对第一层的作用；计算至第三层时第一层载荷…… 3）一直计算到第n+1层时，第一层载荷反而小于第n层时的载荷为止 4）取第n层时的计算载荷为 q ，此值为计算过程中得到的最大值。
四、老顶运动规律 1）老顶的初次垮落由开切眼到老顶初次垮落时工作面推进的距离称为老顶的初次垮落步距。 2) 老顶的周期性垮落随工作面的推进将周期性地出现，称为老顶的周期性垮落。
ql 2
ql 2 M1 M 2 12
２）任意截面剪力：（Ｄ—Ｄ’）
Qx
R1
qx
ql 2
qx
ql 1 2
2x l
ql Q |x0 2
Q |xl 0 2
Q

采场上覆岩层垮落步距计算方法

采场上覆岩层垮落步距计算方法摘要：影响采场的运动岩层由直接顶和老顶组成。

本文主要利用“板”模型和“梁”模型对直接顶初次垮落步距、老顶初次来压步距和老顶周期来压步距进行推算，为工作面顶板管理提供技术支持，确保采煤工作面安全生产。

关键词：板模型；梁模型；直接顶初次垮落步距；老顶初次来压步距；老顶中期来压步距1 直接顶初次垮落步距初次运动阶段，直接顶将首先垮落。

工作面从开切眼开始推进，直接顶悬露跨度增大，当达到其极限跨度时直接顶将垮落。

直接顶初次垮落标志是：直接顶垮落长度达工作面长度一半，垮落高度达1m 以上。

直接顶初次垮落时，从开切眼到支架后排放顶线的距离叫做直接顶初次垮落步距。

直接顶初次垮落又称工作面初次放顶。

直接顶初次垮落步距是衡量顶板完整程度的重要指标。

直接顶的初次垮落现象是一种典型的矿压显现。

1．1 利用“板”模型计算将直接顶视为工作面上方的“板”，利用弹性力学理论推导得到的“板”极限破坏步距公式进行计算求解。

bL oz /23ββ-=，αγσβcos 3.14kmt =（1）式中，oz L 为直接顶初次垮落步距；t σ为岩层抗拉强度；k 为岩层的龟裂系数，k =0.25~0.75；m 为岩层厚度；b 为工作面斜长，；γ为岩层容重；α为工作面倾角。

根据具体工作面几何尺寸、直接顶厚度以及岩性，取得式中参数，计算出结果。

1．2 利用“砌体梁”结构模型计算1.2.1 按固支梁计算qR hL t21= （2）1.2.2 按简支梁计算qR hL t321= （3）1.2.3 考虑最大剪应力计算qhR L s341=（4）式中，1L 为直接顶初次垮落步距；h 为直接顶厚度；t R 为岩层抗拉强度；sR 为岩层抗剪强度；q 为直接顶所承受的载荷。

采场覆岩中的任一岩层所承受载荷除自重外，一般还受上覆临近岩层的相互作用所产生的载荷。

一般来说，采动岩层的载荷是非均匀分布的，但为了分析问题的方便，假设岩层载荷为均匀分布。

第三章采场上覆岩层运动的基本规律

2.铰接岩梁由于“拱”结构难以解释采场周期来压等现象，
现场也难以找到定量描述拱结构的参数，所以“拱” 假说只停留在对一些矿压现象的一般解释的水平上，不能很好地应用于实际，为生产服务。因此，诞生了以T· 库茨佐涅夫为代表的铰接岩块学说，这是定量 H· 地研究矿压现象的一个重大突破。库氏认为，需要控制的顶板由冒落带和其上的铰接岩梁组成，冒落带给予支架的是“给定载荷”，它的作用力必须由支架全部承担。而铰接岩块在水平推力的作用下，构成一个梁式的平衡结构，这个结构与支架之间存在“给定变形”的关系（如图所示）。
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

墩柱切顶示意图
四、老顶的基本运动规律
（一）老顶的初次来压与周期来压随着采场的继续推进，直接顶进入正常垮落阶段，老顶此刻开始发生离层、弯曲沉降、断裂，最后回转下沉，引起工作面压力的急增，这个阶段称为老顶初次来压阶段，初次来压步距用L0 表示。初次来压完成后，采场进入正常推进阶段。此阶段老顶岩梁将随跨度的不断增加而发生断裂、回转下沉和引起工作面来压，此阶段的来压称为周期来压。周期来压的强度一般较初次来压此阶段的来压称为周期来压。周期来压的强度一般较初次来压小，它由直接顶的厚度和岩梁本身的力学、几何参数决定。此阶段的一个重要参数是老顶的周期来压步距L。三个推进过程如图所示。在一般情况下，周期来压步距为初次来压步距的1/2～1/4， 1 1 L 即 ( 2 ～ 4 ) L 。

三带计算

三带计算
采用长壁垮落采煤法，当采深达到采高的25倍以上时，上覆岩层移动、变形和破坏可分为三个带。

一、垮落带及断裂带：
Hm=m/(k-1)cosa
式中：
m-----煤层厚度
k-----垮落岩石碎涨性系数
a-----煤层倾角
Hm-----垮落带高度
Hm=m-w/(k-1)cosa
式中：
w-----垮落过程中顶板下沉值
H2-----断裂带高度
H1=（1-3）Hm
式中：
H1-----断裂带高度
注：垮落带高度视岩性的不同，一般为采高的3-5倍
断裂带与垮落带的总高度一般为煤厚的9-35倍
弯曲带为位于断裂带上直至地表。

二、采煤顶板一次垮落高度：
H=m/(k1-1)
式中：
m-----煤层厚度
k1-----岩石初始碎涨系数，一般取1.3
三、充分采动和超充分采动时地表最大下沉量：
Wcm=qmcosa
式中：
m-----煤层开采厚度
a-----煤层倾角
q-----充分采动时地表下沉系数，长壁垮落采煤发q取0.6-1.0 四、地表最大水平移动值
Ucm=bWcm
式中：
b-----水平移动系数，有实测资料分析。

五、最大下沉角：
θ=90°-Ka
式中：
a-----煤层倾角
K-----开采影响的传播系数，K=0.5-0.8。

上覆岩层冒落带高度计算公式合理性分析

上覆岩层冒落带高度计算公式合理性分析上覆岩层冒落带高度计算公式合理性分析如下：
通过深入剖析传统冒落带经验计算公式,推导出利用传统冒落带高度计算公式计算得到的冒落带高度h1,具有随岩石碎胀系数k增大而减小的趋势,与实际中顶板为坚硬岩石时冒落带高度较高、顶板为软岩时冒落带高度较低的情况相悖，利用岩石碎胀系数计算公式推导出冒落带高度与岩石碎胀系数成正比关系.因此提出了冒落带高度计算修正公式,为更加准确、科学地计算冒落带高度奠定了理论基础。

初次来压步距的计算

活鸡兔井21303综采工作面顶板初次来压步距的计算神东煤炭公司生产技术部石飞摘要综采工作面在从切眼推进一段距离以后老顶初次来压自然冒落，在老顶垮落时，工作面出现程度不同的切顶，采面大部分液压支架安全阀动作，个别支架甚至压死。

同时，顶板冒落将形成较大范围的飓风，严重威胁到采面工作人员的安全。

因此，如何科学合理地确定综采工作面的初次来压步距显得尤为重要。

通过对神东公司活鸡兔井顶板岩石力学性质进行科学分析，为综采工作面初次来压步距的确定提供一定的理论依据。

关键词综采工作面初次来压步距计算根据近年来神东公司各矿井顶板情况，普遍直接顶较厚，基岩厚度较薄，一般为30～40m，综采面实行初放后，可以实现随采随冒，基本充填了采空区。

但是2004年先后出现的活鸡兔井1-2煤三盘区及榆家梁5-2煤的初次放顶，由于没有直接顶，老顶为砂岩，强度比较大，造成初次来压步距与以往工作面所测步距发生较大偏差，给安全生产造成了影响，虽经过多次放顶及采取安全措施，但是放顶期间及初次来压前的安全风险仍较大。

因此，解决直接顶薄、老顶为砂岩、强度比较大的顶板的初放是目前存在的技术难题。

通过理论分析，确定初次来压的步距范围，可对安全生产起到指导作用。

活鸡兔井是神东煤炭公司大柳塔煤矿所属的一个自然井，年设计生产能力500万t，目前生产能力突破1000万t。

活鸡兔井井田面积63km2，地质储量亿t，可采储量亿t。

21303工作面位于活鸡兔井田西北部，是三盘区的第二个综采工作面。

1 顶板岩层条件和力学模型建立由厚层整体性强的中砂岩、细砂岩和粉砂岩组成的来压强烈的坚硬顶板，最大厚度～，工作面长240m，顶板柱状图如图1所示。

煤层的埋藏深度～，平均155m；中砂岩的抗拉强度σt=10MPa，抗剪强度τ=25MPa；粉砂岩的抗拉强度σt=，抗剪强度τ=9MPa；细砂岩的抗拉强度σt=，抗剪强度τ=36MPa；覆岩容重按 =m3计算。

初次来压力学模型如图2所示。

采场上覆岩层垮落步距计算方法

采场上覆岩层垮落步距计算方法
参考文献： [1] 张欣，袁思宾，李春晓. 采场上覆岩层垮落步距计算方法[J]. 安全防护，2020(5)：41-45.
采场上覆岩层垮落步距计算是采矿工程中常用的一种测量方法，通过它可以准确计算岩层垮落步距。

该方法分为三个步骤：
1、首先，计算岩层垮落步距所需的基本数据，包括岩层厚度、岩层垮落角度、采场坡度和采场长度。

2、然后，根据岩层厚度和采场坡度，计算岩层垮落步距。

根据上述基本数据，可以采用如下公式计算：步距=岩层厚度*tan（岩层垮落角+采场坡度）
3、最后，根据计算的岩层垮落步距和采场长度，计算岩层垮落次数。

采场上覆岩层垮落步距计算方法是进行采矿工程设计和安全生产必不可少的一种方法，能够准确确定采场上覆岩层垮落步距，做到安全实用。

垮落带高度公式

厚煤层分层开采时垮落带高度计算公式
覆岩岩性（单向抗压强度及主要岩石名称）/MPa
计算公式/m
坚硬（40~80，石英砂岩、石灰岩、砂质页岩、砾岩）
Hm=
中硬（20~40，砂岩、泥质灰岩、砂质页岩、页岩）
Hm=
软弱（10~20，泥岩、泥质砂岩）
Hm=
注： ——累计采厚，单层采厚1~3m，；累计采厚不超过15m，号项为中误差。
若每层覆岩为坚硬、中硬、软弱、极软弱或其互层，采用单一薄及中厚煤层厚厚煤层分层开采时，导水断裂带高度Hli可按表2Байду номын сангаас2中公式计算。
薄及中厚煤层和厚煤层分层开采时导水断裂带高度计算公式
岩性
计算公式/m
计算公式/m
坚硬
Hli=
Hli=30
中硬
Hli=
Hli=20
软弱
Hli=
Hli=10
注： ——累计采厚，单层采厚1~3m，；累计采厚不超过15m。

采场上覆岩层移动规律

三、直接顶的初次垮落初次垮落——直接顶第一次垮落（初次放顶）
（标志：垮落高度＞1～1.5m，长度＞1/2 面长）
初次垮落步距——第一次垮落时，直接顶的跨距。
直接顶垮落距受直接顶强度、厚度、节理裂隙影响，是描述直接顶稳定性的综合指标。
直接顶垮落前，顶板完整性一般较好，支架载荷小，稳定性差，初次垮落易发生大面积顶板事故。
第三节老顶的移动规律
一、老顶梁式结构分析：
1、冒落区老顶支撑条件：
1）全部充填满回采空间
0 h M
Kp 1
2）不能充填满回采空间（老顶悬露，成梁式结构）
0
h M h KP M hKP 1
h M Kp 1
2、老顶梁式结构力学分析：（按固支）
1）支座反力：（对称）
R1
R2
二、上覆岩层运动的两种基本形式
(一) 弯拉破坏的运动形式
1、运动过程
采场推进→重力作用弯曲→一定跨度、沉降、弯曲、端部开裂→中部开裂→冒落。
2、力学条件
岩层运动呈现弯曲沉降发展到破坏的运动形式，其力学条件是岩层中的最大弯曲拉应力达到其抗拉强度。
t max [t]
3、显现特点运动由于是逐渐发展，冲击不大，相对（剪切运动）其矿压显现比较缓和。 4、控制要求为保证岩层运动时的采场安全，支架必须承担控顶区上方冒落岩层的全部岩重，并且把“假塑性岩梁”的运动控制在要求的位置上。
当不需要对“假塑性岩梁”沉降进行控制时，支撑这部分岩层的支架阻力可以为零，最大不必要超过岩梁跨度四分之一的岩重。
A PT A mEEL0
4LK
(二)剪（切）断破坏的运动形式
1、发展过程
悬露→产生不大弯曲，端部开裂→中部未开裂（或开裂很少），情况下切断塌垮。

采矿学采煤方法第十章倾斜分层下行垮落采煤法

底板— 煤层（二分层）铺假顶或形成再生顶板（下分层用）
采矿学采煤方法第十章倾斜分层下行垮落采煤法
1、人工假顶
1)竹笆、荆笆假顶竹笆：宽0.7 1.0m，长2.2 2.4m，
竹片或细竹用铁丝编成。荆笆：宽0.9 1.0m，长2.2 2.4m，用细
铁丝编成。底梁：半圆木或厚木板。
采矿学采煤方法第十章倾斜分层下行垮落采煤法
ii、从（10）每隔200 400m （一台刮板运输机有效铺设长度，当用胶带机时，联络眼间距可扩大到 400m）掘溜煤眼（12）沟通各分层机巷，最后一个（12）距采区边界约200m。
采矿学采煤方法第十章倾斜分层下行垮落采煤法
5、分层同采时集中轨道巷（9）作用
• 服务于各（顶、中、底）分层之பைடு நூலகம்助运输。 • 探清煤层走向变化，为（10）定向； • 满足顶分层超前平巷施工定向和泄水； • 利用（9）掘二、三分层超前运输机巷，
2020/12/18
采矿学采煤方法第十章倾斜分层下行垮落采煤法
采矿学采煤方法第十章倾斜分层下行垮落采煤法
假顶下回采工艺特点
4）普采面： a、采用正倒悬臂错梁直线柱布置； b、割煤后及时挂梁，支贴帮柱； c、型钢梁护顶。
采矿学采煤方法第十章倾斜分层下行垮落采煤法
型钢梁护顶
采矿学采煤方法第十章倾斜分层下行垮落采煤法
假顶下回采工艺特点
5）综采面：掩护式支架，或支撑掩护式支架。
采矿学采煤方法第十章倾斜分层下行垮落采煤法
3、顶分层采面回采巷道顶分层（14）、（15）超前采面两个（12）掘进。（14）— 开切眼—（15）顶分层工作面。
采矿学采煤方法第十章倾斜分层下行垮落采煤法

[VIP专享]采场上覆岩层垮落步距计算方法

相邻岩层分别运动则：
E
s
m
2 s
1.254
E
c
m
2 c
（7）
E
s
m
s2＜1.25
4
E
c
m
2 c
（8）
式中， E s 为下位岩层的弹性模量； ms 为下位岩层的厚度； Ec 为上位岩层
的弹性模量； mc 为下位岩层的厚度。
假设直接顶从下往上由 m1 、 m 2 、 m 3 和 m 4 四个分层组成。其中 m1 和 m 2 同时
开切眼到工作面煤壁的距离叫做老顶初次来压步距。
2．1 利用“板”模型计算
由于老顶强度较大，来压前呈悬露状态。因此，可将老顶视为悬露的薄板。
根据板结构的破损极限分析建立老顶初次来压步距的计算方法。
lm
2
3
Mp q
1 / 2
（11）
式中，lm 为老顶初次来压步距； M p 为老顶单位极限弯矩， M p
整程度的重要指标。直接顶的初次垮落现象是一种典型的矿压显现。
1．1 利用“板”模型计算
将直接顶视为工作面上方的“板”，利用弹性力学理论推导得到的“板”极
43m1m“-”J520Gm01m24“492k-Z(1)g2L3-”3060@k%3-g“/1”7mD2%BJ/Tg0d1-ZP318¬-A_2"o70)Xc0?y258z6n”217 NE)
qn
。
1
q
¡ ¡
m
n
2 1
图 1 岩层载荷计算图
显然，在同样的条件下，由简支梁计算所得直接顶初次垮落步距要比由固支梁计算所得的小。在一般情况下，由于弯矩形成的极限跨度要比剪切应力形成的极限跨度小，因此常按弯矩来计算直接顶初次垮落步距。在什么条件下应按简支梁或按固支梁计算，需根据煤层赋存深度及边界煤柱两侧采空的情况来定。

采场上覆岩层垮落步距计算方法

采场上覆岩层垮落步距计算方法摘要：影响采场的运动岩层由直接顶和老顶组成。

关键词：板模型；梁模型；直接顶初次垮落步距；老顶初次来压步距；老顶中期来压步距1 直接顶初次垮落步距初次运动阶段，直接顶将首先垮落。

工作面从开切眼开始推进，直接顶悬露跨度增大，当达到其极限跨度时直接顶将垮落。

直接顶初次垮落标志是：直接顶垮落长度达工作面长度一半，垮落高度达1m 以上。

直接顶初次垮落时，从开切眼到支架后排放顶线的距离叫做直接顶初次垮落步距。

直接顶初次垮落又称工作面初次放顶。

直接顶初次垮落步距是衡量顶板完整程度的重要指标。

直接顶的初次垮落现象是一种典型的矿压显现。

1．1 利用“板”模型计算将直接顶视为工作面上方的“板”，利用弹性力学理论推导得到的“板”极限破坏步距公式进行计算求解。

根据具体工作面几何尺寸、直接顶厚度以及岩性，取得式中参数，计算出结果。

采场覆岩中的任一岩层所承受载荷除自重外，一般还受上覆临近岩层的相互作用所产生的载荷。

一般来说，采动岩层的载荷是非均匀分布的，但为了分析问题的方便，假设岩层载荷为均匀分布。