矿压课件(2采场上覆岩层运动和发展的基本规律)山科

层的坚硬顶板可能整体切断，威胁生产。同时，跨落的大块造成中底分 层假顶管理困难。为此可采用上行式开采程序。若先采底分层，一方面 坚硬岩层离采场位置较高，又有较大的残余厚度作为垫层，可防止坚硬 岩层剪断；另一方面，最后采顶分层时，坚硬岩层受重复采动影响，已 形成裂缝，突然剪断的可能性较小。
2014-5-10
Ground Pressure and Strata Control
(a)
弯拉破坏的发展过程：随采场推进，上覆岩层悬露（a）→在其重 力作用下弯曲（b）→岩层悬露达到一定跨度，弯曲沉降发展至一定限 度后，在伸入煤壁的端部开裂（c）→中部开裂形成“假塑性岩梁” (b) (a) （d）→当其沉降值超过“假塑性岩梁”允许沉降值时，悬露岩层即自 行跨落（e）。
(a)
(b)
(a)
(c)
(b)
（a）
(a)
(c)
(b) （b）
(d)
(b)
(c)
(c) （ c）
2014-5-10
(d) （d）
(e) （e）
矿业与安全工程学院-资源工程1系
4
采场上覆岩层运动和发展的基本规律
Ground Pressure and Strata Control
岩层运动由弯曲沉降发展至破坏的力学条件是岩层中的最大弯曲 拉应力达到其抗拉强度。即：
矿业与安全工程学院-资源工程1系
20
采场上覆岩层运动和发展的基本规律
Ground Pressure and Strata Control
2.1.4 岩层破坏形式的转化
岩层破坏的弯拉破坏和剪切破坏两种形式是随地质条件和采动条件 的变化而相互转化的。 （1）当工作面推至端部开裂位置附近，提高推进速度可能会使原来 呈弯拉破坏运动的岩层转变为剪断破坏。这就是在日常来压较均匀的采 场，高产后往往出现切顶事故的原因。 （2）改变开采程序。坚硬岩层覆盖的厚煤层，下行式开采时，顶分
L LG
图3.6 工作面前方构造断裂面对岩层运动形式的影响
图3-6
2014-5-10
工作面前方构造断裂面 矿业与安全工程学院-资源工程1系 对岩层运动形式的影响
22
Ground Pressure and Strata Control
采场上覆岩层运动和发展的基本规律
2.2 上覆岩层纵向运动发展的基本规律
2014-5-10
矿业与安全工程学院-资源工程1系
13
采场上覆岩层运动和发展的基本规律
Ground Pressure and Strata Control
悬露岩层由弯曲发展至破坏的力学过程和条件，可归纳为：
①工作面推进至岩梁悬跨度达极限值L0时，梁端弯矩MA为：
MA
q1 q2 L2 0
(a) L (b)
b d
n
n
m
Ⅱ
Ⅰ
1.5m
a c a' c'
b d b' d'
1.5m
Ⅲ
m
mE
Ⅲ
n
2 1
Ⅱ
Ⅰ
L
m
L
a c
¦Σ ¦Σ
n
¦Σ '
b d a' c'
n
h
b'
(d)
n
¦Σ '
d'
n
层间剪应力与离层
层间剪应力与离层矿业与安全工程学院-资源工程1系
(c)
2014-5-10
24
采场上覆岩层运动和发展的基本规律
12
(q1 q2 ) L2 0 MA q1 q2 2 12 A L0 t 2 2 m W 2m 6
2014-5-10
矿业与安全工程学院-资源工程1系
14
采场上覆岩层运动和发展的基本规律
Ground Pressure and Strata Control
2014-5-10
矿业与安全工程学院-资源工程1系
15
采场上覆岩层运动和发展的基本规律
Ground Pressure and Strata Control
2014-5-10
矿业与安全工程学院-资源工程1系
16
采场上覆岩层运动和发展的基本规律
Ground Pressure and Strata Control
（2）岩层剪坏的力学过程和条件
2.1 上覆岩层运动和破坏的基本形式
(a)
2.1.1 上覆岩层运动的两种形式
（1）弯拉破坏的运动形式
(b)
(c)
(b)
(c) (a) (a)
（a）
(d) (b) （b）
(b)
（ c） (c) 2014-5-10
(d) （d）
(c) (e) （e）
(c)
矿业与安全工程学院-资源工程1系
3
采场上覆岩层运动和发展的基本规律
Ground Pressure and Strata Control
矿山压力与岩层控制电子教案
2 采场上覆岩层运动和发展的基本规律
2.1 上覆岩层运动和破坏的基本形式
2.2 上覆岩层纵向运动发展的基本规律
2.3 上覆岩层在推进方向上的运动规律
2.4 上覆岩层运动参数确定
2014-5-10
矿业与安全工程学院-资源工程1系
2 qL o 8
B
2014-5-10
（ a ）嵌固状态 (a )嵌固状态 n q2= mir1 i=1
（b）简支状态
矿业与安全工程学院-资源工程1系
( b) 简支状态
11
采场上覆岩层运动和发展的基本规律
Ground Pressure and Strata Control
岩梁在上覆均布载荷和本身自重的作用下，岩梁中部O点开裂的条件是 其弯矩达到使拉应力超限的数值。
2
o
Lo
一端由工作面煤体支承，另一端由边界煤体支承的两端嵌固“梁”。其上覆 qL 24 岩层重量可通过该“梁”传递至两端支承点（即工作面前、后方煤体）上。
2
o
12
（a）嵌固状态
n q1= mir1
i=1 m h A 1 O B
n q2= mir1 i=1
Lo
2 qL o 12 2 qL o 24
q1=m1r1 A O
而简支梁其端部和中部弯矩则为：
端部 中部
MA 0
qL20 (q1 q 2 ) L20 M0 8 8
比较嵌固梁与简支梁的弯矩，可看出，嵌固梁端部与中部弯矩之 和正好与简支梁中部弯矩相等。梁端开裂后，端部弯矩向中部转移。 只要梁端部拉开后，支承条件迅速向简支梁转化，且中部拉开导致 弯拉破坏是必然的。
推至控顶距之外。支架缩量可按在煤壁处出现台阶下沉 而支柱又不致被压死考虑。
两种岩层破坏形式在运动发展过程，采场矿压显现特 点以及控制要求方面存在重要差别。研究这两种破坏形 式形成的力学条件及其在生产实践中的判断方法，十分 必要。
2014-5-10
矿业与安全工程学院-资源工程1系
10
采场上覆岩层运动和发展的基本规律
Ground Pressure and Strata Control
n q1= mir1
i=1
2.1.2 岩层运动发展至破坏的力学条件
（1）弯拉破坏的力学过程及其条件
m h A 1 O
B
岩层弯拉破坏的力学过程，是其支承条件由嵌固梁向简支梁发展的过程。 回采工作面的倾斜长度通常较悬露岩层的极限跨度大得多，悬露岩层简化为 qL
t max t
2014-5-10
矿业与安全工程学院-资源工程1系
5
采场上覆岩层运动和发展的基本规律
Ground Pressure and Strata Control
悬露岩层中部拉开以后，是否会发生跨落，由其下部允许运动的 空间高度决定。只有其下部允许运动的空间高度超过运动岩层的允许
2014-5-10
矿业与安全工程学院-资源工程1系
23
采场上覆岩层运动和发展的基本规律
Ground Pressure and Strata Control
2.2 上覆岩层纵向运动发展的基本规律
2.2.1 岩层运动和组合的力学分析
m/2
M+dM M q a c b d a c
¦Σ ¦Σ
n
m/2
¦Σ ¦Σ max
1
Ground Pressure and Strata Control
2.1 上覆岩层运动和破坏的基本形式
2014-5-10
矿业与安全工程学院-资源工程1系
2
采场上覆岩层运动和发展的基本规律
Ground Pressure and Strata Control
(a)
采动后，促使围岩运动的矿山压力取决于悬露岩层的面积、厚度及 压力传递情况。随采场不断推进，矿山压力的大小和分布不断动态变 化。巷道和采场支架上的受力是围岩运动的结果，受力的性质、大小 (b) (a) 和发展变化的规律与上覆岩层运动更是不可分割。
对于嵌固梁来说，其端部和中部弯矩分别为： 端部 中部
q1 q2 L2 qL2 0 0 MA 12 12
q1 q2 L2 qL2 0 0 M0 24 24
矿业与安全工程学院-资源工程1系
2014-5-10
12
采场上覆岩层运动和发展的基本规律
Ground Pressure and Strata Control
沉降值，岩层运动才会由弯曲沉降发展至跨落。否则，将保持“假塑
lk
性岩梁”状态，如图所示。
L0 (a)
lk
lkL0 (a)源自L0 (b)图岩层弯曲破坏形成“假塑性岩梁”结构