采场矿山压力显现基本规律
采场矿山压力显现基本规律
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采场矿山压力显现的核心概念
矿山压力
矿山压力定义
矿山压力是采矿过程中，由于地下岩体采动而引起的应力、应变和 位移现象。
矿山压力的形成
在采矿过程中，随着岩体被逐渐采出，原本处于平衡状态的岩体应 力场被打破，导致应力重新分布，形成新的平衡状态。
矿山压力的影响
矿山压力对采矿安全、采矿效率以及采场维护具有重要影响。
特征
采场矿山压力显现具有明显的区域性 、时间性和空间性，与采矿方法、地 质条件、采场结构参数等因素密切相 关。
矿山压力显现的重要性
安全保障
矿山压力显现是采矿过程中的重要安全因素，对 采场稳定性和安全生产具有重要影响。
资源保护
矿山压力显现影响采场回采率，合理的矿山压力 控制有助于提高资源回收率。
经济价值
矿山压力显现的应急处理措施
制定应急预案
针对可能出现的矿山压力显现情况，制定应急预案，明确 应急处理流程和责任人。
加强人员培训和演练
对采场作业人员进行培训和演练，提高他们对矿山压力显 现的认识和处理能力。
配备应急物资和设备
根据应急预案需要，配备必要的应急物资和设备，如支护 材料、排水设备等，确保在紧急情况下能够迅速采取有效 措施。
力显现预测中的实际应用，并取得了良好的应用效果。
THANKS
感谢观看
矿山压力显现对采矿成本和经济效益具有直接影 响，合理的矿山压力控制有助于降低采矿成本。
矿山压力显现的历史与发展
历史回顾
矿山压力显现的研究始于20世纪初 ，随着采矿技术的发展和工程实践的 积累，人们对矿山压力显现的认识不 断深入。
发展趋势
现代采矿技术对矿山压力显现的研究 更加深入，涉及多学科交叉和多种先 进技术的应用，未来将更加注重矿山 压力显现的预测和控制。
2021《矿压》主要知识点(1)
《矿山压力与岩层控制》主要知识点第一讲绪论●基本概念：●矿山压力：由于矿山开采活动的影响，在巷硐周围岩体中形成的和作用在巷硐支护物上的力称为矿山压力。
●矿山压力显现：由于矿山压力作用使巷硐周围岩体和支护物产生的种种力学现象，称为矿山压力显现。
●矿山压力控制：所有减轻、调节、改变和利用矿山压力作用的各种方法均叫做矿山压力控制。
●采场围岩控制：●巷道围岩控制：●研究和学习矿山压力与岩层控制的意义。
第二讲采场上覆岩层结构与顶板破断规律（第三章）●基本概念：顶板●底板：●上覆岩层（覆岩）：●直接顶●基本顶（老顶）●直接底●关键层；●直接顶初次跨落、●基本顶初次破断与周期破断；●岩石碎胀系数。
●直接顶初次跨落前的离层机理及其危害。
●直接顶跨落后的碎胀特性及其对矿压影响。
●基本顶破断规律与破断距计算。
●采动覆岩“大结构”的内涵及主要假说。
● 砌体梁假说及“砌体梁”结构的失稳形式及稳定条件。
● 基本顶破断面角度对“砌体梁”结构稳定性的影响。
关键层破断后的岩块互相挤压有可能形成三铰拱式的“砌体梁”平衡结构，此结构平衡将取决于咬合点的挤压力是否超过该咬合点接触面处的强度极限，在一定条件下可能导致岩块随着回转而形成变形失稳；另外即是咬合点处的摩擦力与剪切力的相互关系，当剪切力大于摩擦力时形成滑落失稳，在工作面的表现形式为顶板的台阶下沉。
防止“砌体梁”结构的滑落失稳条件：咬合点处的摩擦力大于剪切力，ϕtan ⋅≤T R 根据“砌体梁”结构受力分析，，即，岩块长度要大于2～2.5倍岩块厚度。
防止“砌体梁”结构的变形失稳条件：回转变形形成的咬合点的挤压力小于该咬合点接触面处的抗压强度极限。
根据“砌体梁”结构受力分析，结构回转下沉量小于一定值⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅⋅-⋅=∆K K n h 311 ● 通常通过触矸来实现。
⎝⎛⋅-⋅=∆Kn h 311●基本顶弹性基础破断的反弹与压缩特征。
●岩层控制关键层理论的主要学术思想。
第三讲采场矿山压力显现基本规律（第二章、第四章）基本概念：基本顶初次来压：基本顶（老顶）悬露达到极限跨距发生初次断裂，断裂的基本顶岩块回转下沉，从而导致工作面顶板急剧下沉和支架阻力普遍增大现象，称为基本顶（老顶）初次来压。
浅析大采高综放采场矿压显现规律
浅析大采高综放采场矿压显现规律摘要:大采高综放开采技术因其特殊的优势,越来越受到人们的重视。
本文对大采高综放工作面矿压显现规律进行了简要分析,介绍了大采高综放技术的发展和现状,对煤矿的安全高效生产具有重要意义。
关键词:大采高综放矿压显现采矿技术近年来随着煤矿机械化程度的不断提高,综放技术得到快速的发展。
由于在开采厚煤层中综采放顶煤所表现出来的诸多优越性,综采放顶煤采煤法在我国迅速发展。
随着我国经济快速的发展和对煤炭资源需求量的增加,一种新的放顶煤开采技术即大采高综放技术诞生。
由于我国特厚煤层储量丰富,在开采过程中为了提高特厚煤层的采出率,越来越多的矿井采用了这一新技术。
因此,在开采特厚煤层的诸多技术路径中,大采高综放采煤法将会成为重要的技术来发展,其前景非常广阔。
1 大采高综放开采技术的发展随着大采高综放开采技术的不断成熟,该技术在实现我国特厚煤层高产高效、安全开采中起着重要的作用。
与普通综放开采技术和大采高综采技术相比,大采高综放开采有以下优点,其充分利用大采高开采技术和普通综放开采技术优势,扩展了放顶煤开采煤层厚度上限,工作面生产能力进一步增加。
由于加大了采煤高度,增加了顶煤的放出空间,有利于顶煤的充分松动和垮落,回收率提高;由于工作面断面增大,加强了工作面的通风能力,满足高产的通风要求;采煤机与运输机等大功率综采设备得到了充分的利用。
随着大采高综放开采技术在我国不断的发展,该技术的上述优点为我国开采特厚煤层开辟了一条新路。
近年来我国已经研制了适合大采高综放开采的新型放煤支架和相关的设备,综放工艺和提高采出率的相关技术得到了较大的提高。
在特殊地质条件下开采特厚煤层中,大采高综放开采技术也得到了较好的应用,经济效益有了较大幅度的提高。
特别是在我国一些地质条件相对较好的矿区,大采高综放开采技术达到了国际的领先水平。
大采高综放采(割)煤高度增大、放煤高度增大、上覆岩层破坏范围扩大导致工作面的矿山压力显现不同于普通综放工作面,目前尚无系统的实测成果;大采高综放支架既要满足大采高稳定性要求,又要适应放顶煤工艺中顶煤控制要求,大采高综放的煤壁片帮问题和支架合理工作阻力确定的问题尚未很好解决;支架—围岩关系更为复杂,目前尚无系统的理论成果指导大采高综放实践。
采场矿山压力显现基本规律
二、初次来压时矿压显现特点： 1、来压前，顶板压力无明显增大； 2、煤壁内部支承压力增高，煤壁片帮严重； 3、顶板有板炮声响； 4、顶板下沉速度急剧增加，由1mm/h 到5~20mm/h； 5、支柱载荷急剧增加； 6、顶板出现切断（直接顶沿煤壁切断）。
三、预防措施：
初次来压前无明显征兆，工作面顶板压力不大， 致使支架稳定性差，来压猛，易造成顶板事故。
第一节 矿压显现指标
一、矿压显现：
在矿山压力作用下，煤岩体及支护物所表现出的种种力 学现象。
二、矿压显现指标：
1、顶板下沉 S（mm）——煤壁到采空区边缘范围内顶、底 板间相对位 移。
顶板绝对下沉不易得到，一般以距煤壁4米处下沉量为 工作面顶板下沉量。
可以每米采高每米推进度下沉量S/L/M为比较标准。
第二节 老顶初次来压
一、初次来压的形成：
初采——初次放顶——老顶悬露跨度增大——老
顶断裂——形成平衡结构——失稳——初次来压
初次来压——老顶平衡结构第一次失稳而施加给工 作面以大型压力的过程。
初次来压步距——第一次来压时，工作面距开切眼 的距离（推进距离）。
“砌体梁”对初次来压的解释： 来压时工作面顶板切断情况
2、工序影响：
落煤引起顶板下沉速度增加； 放炮影响范围：上、下15m，剧烈区上、下5m
放顶引起顶板下沉速度增加； 影响范围：上20m下10m 剧烈范围：上15m下5m
落煤、放顶——改变顶板支 撑条件，顶板移 动加强。
注意： 加快推进速度，不能减弱工序对顶板下沉的影响（“甩”掉矿压）。
当顶板比较破碎时，加快推进速度可改善顶板状态。 落煤、放顶两工序要相距10—15m以上。
K
m P 1
mK0 K p 1
矿山压力
矿山压力：由于矿山开采活动的影响，在巷硐周围岩体中形成的和作用在巷硐支护物上的力。
矿山压力显现：这些由于矿山压力作用是使巷硐周围岩体和支护物产生种种力学现象的统称矿山压力控制：所有减轻、调节、改变、和利用矿山压力作用的各种方法直接顶：一般把直接位于煤层上方一层或几层性质相近的岩层。
伪顶：在梅层直接顶之间有时存在厚度小于0.3—0,5米、极易跨落的软弱岩层。
老顶：通常把位于直接顶之上的对采场矿山压力直接造成影响的厚而坚硬的岩层。
采空区处理办法：刀柱法，顶板缓慢下沉法，全部或局部填充法，全部跨落法。
横三区：煤避支撑区，离层区，重新压紧区；竖三带：弯曲下沉带，；裂缝带；跨落带。
直接顶初次跨落的标志：直接顶跨落高度超过1—1.5米，范围超过全功工作面长度的一半。
此时的直接顶跨距称为初次跨落距。
岩石碎胀系数：岩石破碎后，杂乱堆积，岩体的总体力学特性类似于散体。
由于由于岩层破碎后体积将产生膨胀，因此直接顶跨落后，堆积高度要大于直接顶岩层原来的厚度。
影响碎胀系数的重要因素是岩石碎后块度的大小以及其排列状态。
例如，坚硬岩层大块破断且排列整齐，因而碎胀系数较小，岩石破碎后块度较小而且排练紊乱，则碎胀系数较大。
老顶的断裂：随着弯矩的增长，老顶岩层达到强度极限时，将形成断裂。
分三张情况：1 当f<0.02时，板破断将先沿固定长边形成裂缝并延伸，在长边形成的裂缝的过程中，板中央沿Y方向将随之形成裂缝，而后导致破裂。
2 当0.02<f<0.032时，破断裂缝也沿长边延伸，短边裂缝延伸，裂缝在死角形成圆弧贯通，板中央沿Y方向裂缝延伸，板形成X型断裂。
3 f>0.032时，断裂缝也沿长边沿申，再短边裂缝延伸，再到裂缝在四角形成圆弧形贯通，四周简支的板仍然处于稳定状态，工作面继续推进导致a/b值的增加，达到简支板的极限状态，原有工作面上方板的裂缝闭合，工作面上方重新形成新的裂缝并与短边的裂缝贯穿，最终导致板的X型破断。
综放采场矿压显现规律实测与分析
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图 ２ 工 作 面 两 巷 超 前 支 护 段 测 点 布 置
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２３ 回采巷道 帮部 围岩 变形观 测仪 布置 方法 ．
在ｓ 工作面胶运平巷、 轨道平巷内， 每隔 １ ０ ｍ
布置 一个 监测 站 。该 工作 面 两巷 超前 ３ ０ｍ支护 ， 故 每个 平巷 内布 置 ３个 测 站 ， 编号 分 别 为 ａｂｅ ，、、 ｄｅｆ 、、，每个 测 站 内均 布置 帮部 围岩变 形 观测 点 ，
０ 引 言
我 国厚 煤层 储量 占总储量 的 ４ ．％，综 采放 ５６
顶 煤是进 行厚 煤层 开采 、实现 高产 高效 的主导技 术， 近年来 在 我 国得 到迅 速发 展 ［。 山压力 显现 ”矿 对 采 场 高 产 高 效 、安 全 生 产 有 重 大影 响 ，通 过
Ｋ ３ ７型矿 山压 力监 测 系统 和 回采巷 道 帮部 围岩 Ｊ２
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ｄ ｉ ０３ ６ ／ｉｓ．６ ２ ９ ４ ． １ ．５０ ０ ｏ： ． ９ｊｓｎ１ ７ － ９ ３２ ２０ ．２ １ ９ ． ０
能 源 技 术 与 管 理
２１ 第 ５ ０２年 期
综 牧 呆场 矿 压显 现 规 律宾 测与 分 析
高继龙 １ 明福 － ， 杨 ， 赵立新 胡成林 ２ ，
８ ４ ．ｔ ５ ０ ５。放煤工艺采用一刀一放， 多轮顺序不等量
的作业 方式 。初 采 １ ０ｍ不放 顶煤 ， 切 眼后可 逐 过 步 调整 放煤 量 ， 顶煤 全部 压在 尾梁上 时 ， 待 方可 正 常放煤 ， 放煤 步距 ０８ｍ， ． 放煤 做 到隔架 见矸 即止 。
采煤工作面矿山压力显现规律
二、采煤工作面矿山压力显现规律
• 总之，在采空区四周都存在着应力集中现象。 （回风巷、溜子道几乎相等，煤壁明显大于老 塘。） • ⑸由此可见：回采工作面前方的支承压力主要 是由于工作面的采空区上方岩体的重力转移所造 成的。同时，顶板岩梁弯曲下沉作用也会引起工 作面前方煤体中产生应力升高现象（平时表现不 明显，当工作面来压时就会突然地表现出来，岩 层越硬越明显）。 • ⑹当垮落岩块被压倒一定程度后，回采工作面后 方的采空区，同样会出现支承压力。
二、采煤工作面矿山压力显现规律
④两次来压间隔的天数称为来压周期，在此期 间工作面推进的距离称为周期来压步距。 • 老顶初次来压步距与老顶岩层的力学性质、厚 度、破断岩层之间互相咬合的条件有关（一般为 20—35m，个别矿可达60—70m，甚至更大）。 • 由于周期来压时老顶岩梁处于悬臂状态，与初次 来压时老顶处于双支撑状态不同。周期来压步距 比初次来压步距小得多，一般约为5—20m左右， 少数坚硬顶板可达20—30m。 •
三、掘进工作面矿山压力显现规律
如果两帮岩石节理发育、岩性较软，则 在两帮支承压力作用下，两帮岩石沿着斜 面垮落下来，这就是片帮。 • C、巷道底压。巷道产生侧压，获得新 的平衡后，新的自然平衡拱仍然把压力传 给两帮，再传给底板。当底板岩石强度较 低时，底板岩石就会向上移动，形成底膨。 •
• • 2、影响采场矿压显现的岩层组成 对采场矿压显现有明显影响的岩层，由直接顶 和老顶两部分组成。 • A、直接顶 其作用力必须由支架完全承担， 它由泥质页岩、页岩、矿质页岩等组成。 • B、老顶 由一层或几层岩层（岩梁）组成，它 对采场矿压显现有明显影响，其运动的作用力 （岩层重量）不由支架全部承担（支架承担老顶 作用力的大小，由对岩梁位态控制要求决定）， 它由砂岩、石灰岩、砂砾岩等组成。
4、5采场矿山压力显现基本规律
图4-17 W—上覆岩层重力；Q1—垂直岩层的分力；Q2—
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由于倾角增加，采空区冒落矸石不一定能 在原地滞留，很可能沿着底板滑移，从而改变 了上覆岩层的运动规律。
对不同倾角的两带(冒落带、导水裂隙带) 观测(图4-18)，也可以证明岩层移动是不均匀 的，尤其在急倾斜煤层，基本上改变了原来的 规律性。
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工作面周期来压时的特征：
阜新矿务局高德矿，北翼九层一区二段工作面，面长170 m，煤 厚为3 m，老顶为4.5 m，直接顶为3.5 m厚的细砂岩，煤层倾角 32°～35°。
来压序号 来压步距 平时支架 来压支架 动载系数 ／m 荷载/kN 荷载/kN
初次
37.4
1.95
1
17.6
596
1080
31
图4-18 1—导水裂隙带；2—冒落带
32
由于倾角增加，冒落矸石沿着底板滑移，下部充填较满，上 部形成冒空。这样必然使回采工作面支ห้องสมุดไป่ตู้受力不均匀。 图(b)表示了不同倾角时支架载荷的分布情况。
图4-19 采空区冒落矸石滑移及其造成的后果
33
4.6.5 下分层开采时矿山压力显现
下分层的矿压显现与上分层相比有以下特点： ①老顶来压步距小，强度低；
此外，来压大小与采空区冒落矸石的充满程度直接 相关。采空区冒落愈严实，老顶对工作面影响愈小； 反之，则越大。
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老顶来压时老顶控制不当，将导致垮顶现象。
图4-10 永定庄矿8411面垮顶现象
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预防老顶来压造成的事故的措施：
① 来压的预测预报； ② 加强支护； ③ 坚硬顶板－工作面与开
第四章 采场矿山压力显现基本规律
1、顶板压力估算常用方法1、经验估算法按照支架承受载荷的原则，可将工作面支架受力情况简化为如图所示。
即支架受力一是直接顶的载荷，二是老顶通过直接顶作用于支架的载荷。
其中，2、 从老顶形成结构的平衡关系估算此种估算法认为直接顶的载荷应由支架全部承受，而老顶岩层由于能形成结构，因此支架所承受的载荷仅是当老顶岩层结构失稳时所形成。
失稳的方式有两种，其一是滑落失稳，其二是变形失稳。
（1） 从老顶结构的滑落失稳估算顶板压力根据老顶的平衡规律，控制老顶滑落失稳时，作用于支架上的力为;，kN式中：——岩块A与B的重量及其载荷，kN；L i0——相当于B岩块（悬露的岩块）的长度，m；Q i0——相当于B岩块的重量及载荷，kN；H——老顶岩层厚度，m；δ——B岩块的下沉量，m；、——岩块的破断角与内摩擦角，（°）。
（2）由老顶破断岩块结构的变形失稳估算顶板压力很多学者认为，老顶的位移量与对支架形成的载荷呈双曲线关系，因而提出p与的乘积是常数的概念。
为此，老顶对支架的作用载荷为式中：Δh0——实测所得回采工作面顶板下沉量；Δh i——要求控制的回采工作面顶板下沉量；K0——顶板下沉量为Δh0时，老顶岩梁在控顶距范围内的作用力。
式中：m E为老顶岩梁厚度；γE为老顶岩梁的体积力；L E为老顶岩梁的跨度；L为控顶距；K T为支架承担岩梁重量的系数。
3、威尔逊估算法估算顶板压力时只考虑直接顶的形状与载荷，因为载荷作用力的位置与支架可能形成的最大反力的作用位置不一定一致，所以引入由于支架与围岩相互平衡而产生的附加力的概念。
式中：Q1、Q3、P——直接顶载荷、附加力、顶板压力；l P、l、r——直接顶载荷、附加力、顶板压力的力臂。
2、试述影响矿山压力显现的主要因素①煤层采高及回采工作面控顶距。
在一定的地质条件下，回采工作面顶板下沉量与采高及控顶距成正比。
采高越大，采出的空间越大，必然导致采场上覆岩层破坏越严重，从而矿山压力显现越严重；采高越低，顶板活动越缓和，煤壁也较为稳定。
煤矿开采技术——采煤工作面矿山压力基本规律
第六章采煤工作面矿山压力基本规律第一节矿山压力基本概念第二节采煤工作面围岩移动特征目的要求：1、理解矿山压力产生的根源及采煤工作面矿压显现的含义和其主要显现形式；2、了解采煤工作面围岩移动的过程及力学分析；3、掌握采煤工作面围岩移动矿压显现的特征及上覆岩层移动规律。
重点、难点和突破的方法：重点：1、采煤工作面各阶段围岩移动的矿压显现特征的原因分析；难点：１、采煤工作面围岩移动的力学分析；突破方法：1、联系采场实际，通过力学知识复习和运用相关模型直观分析讲解加以突破。
教学内容和步骤（附后）第一节矿山压力基本概念一、矿山压力的概念矿山压力就是由于井下采掘工作破坏了岩体中原岩应力平衡状态，引起应力重新分布，把存在于采掘空间周围岩体内和作用在支护物上的力称为矿山压力。
二、矿山压力来源1、自重应力2、构造应力：3、膨胀应力：遇水膨胀和温度变化与气体压力引起的应力（一）自重应力——上覆岩层重量引起的应力1、金尼克假说：σ1＝γH σ2＝σ3＝λσ1τmax＝式中:σ1——单元体所受的垂直应力 MPaσ2、σ3——单元体所受的侧向应力，MPaμ——单元体岩层的泊松比；γ——上覆岩层的平均重度，kN/m3；H——单元体距地面的深度，mλ——侧压系数τmax——单元体最大剪应力，kPa显然，μ值越大，则该单元体在垂直应力作用下产生的侧向应力也就越大。
2、海姆假说——随着开采深度的增加或由于岩性等方面的原因，使得μ＝0.5时，即：σ1＝σ2＝σ3＝γH形成所谓的静水压力状态，即岩体深部的原岩垂直应力与其上覆岩层重量成正比，侧向应力大致与垂直应力相等。
（二）构造应力——地壳构造运动在岩体内引起的内应力。
特点：1、构造引力以水平应力为主；水平应力以压应力为主；2、在构造应力场中，主应力的大小和方向可能有很大变化；两个方向的水平应力值（σ2、σ3）通常不相等；3、测定表明，水平应力大于垂直应力，即σHmax＞σHmin＞σv（4）构造应力在坚硬岩层中出现一般比较普遍。
5.(第五章)-回采工作面矿山压力显现基本规律
所以
P T tan( ) QA B 1 P QA B T tan( ) 1
若 P 0 ，说明岩块间的摩擦力足以克服岩梁下沉滑动； 1 若 T 0 ，则 P QA B 。说明规则垮落带及以下直接顶的岩石重量全部由支 1 架承担。 有些资料中，将老顶的周期来压视为悬臂梁的周期折断。
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5.3 老顶的周期来压
5.3.1 回采工作面推进对岩体结构的影响
老顶初次来压后，随着回 采工作面的继续推进，老 顶岩块所形成的裂隙体梁 将发生一系列变化：A岩 块由稳定→断裂→失稳 →O岩块稳定→断裂→失 稳。这样随着工作面向前 推进，上覆岩层的结构由 稳定→失稳→再稳定，周 而复始，其稳定的结构可 以称之为裂隙体梁结构的 稳定。
由于上覆岩层是由几层岩层组成，工作面的周期来压也是 由几层岩层共同作用的结果，每次周期来压的步距和强度都有 一定差别。 在周期来压期间，老顶的作用力通过直接顶作用到支架上， 支架的支撑力也是通过直接顶对老顶进行控制。因此直接顶的 完整性对控制老顶平衡起重要作用。若采空区冒落的矸石充满 采空区，则可缓解老顶对支架的压力。
老顶初次来压时对工作面支架受 力的影响，可以用下图表示。P为 支架反力，Q1和Q2分别为直接顶和 老顶的载荷。
老顶初次来压时，三铰拱平衡已 破坏，因此可简化为上图模型。其 中Rr是冒落矸石的支承反力。在三 铰拱失去平衡后，老顶必然会回转 至冒落矸石上方才能借助Rr力阻止 老顶岩块回转。但这过程中，工作 面顶板必然下沉，为了不使老顶沿 工作面发生切落，支架的工作阻力 应等于Q1与Q2之和。
初次来压前，由于上覆岩层结构中有“梁”或“拱”式结构存 在，因此整个采空区周围岩体可视为一个结构系统。这个系统 的顶部是老顶，四周则是直接顶加煤柱。 回采工作面就 处在这样的结 构系统保护之 下，其周围的 应力同样可分 为减压区B、增 压区A和稳压区 C。
采矿学(第16章 准备巷道矿压显现及控制)详解
图7-10 区段巷道布置方式示意图 a—煤柱护巷；b—无煤柱护巷
(二） 区段巷道矿压显现规律 （1） 煤体-煤体巷道服务期间内，围岩的 变形将经历巷道掘进影响、掘进影响稳定和 采动影响三个阶段。由于巷道在采面后方已 经废弃，巷道仅经历采面前方采动影响，围 岩变形量比采动影响阶段全过程小得多，一 般仅1/3左右。
（2）煤体-煤柱或采空区巷道服务期间，围岩 的变形同样经历巷道掘进影响、掘进影响稳定 和采动影响三个阶段。但是巷道整个服务期间 内，始终受相邻区段采空区残余支承压力的影 响，三个影响阶段的围岩变形均大于煤体-煤体 巷道。 （3）煤体-煤柱或无煤柱巷道服务期间，围岩 的变形将经历全部的五个阶段。围岩变形量远 大于无采动及一侧采动稳定后巷道。
图 7-3 采空区应力重新分布概貌 1—工作面前方超前支承压力 2、3—工作面倾斜方向残余支承压力 4—工作面后方采空区支承压力
工作面超前支承压力影响范围为40～80m，支 承压力峰值位置距煤壁一般为4～8m应力增高系数 为2～4。工作面倾斜方向固定性支承压力影响范 围一般为15～40m，支承压力峰值位置距煤壁一般 为15～20m，应力增高系数为2～3。 相邻的采空区所形成的支承压力会在某些地点 发生相互叠加，称为叠合支承压力。例如，在上 下区段之间，上区段采空区形成的残余支承压力 与下区段工作面超前支承压力叠加，在煤层向采 空区凸出的拐角，形成很高的叠合支承压力，应 力增高系数可达5～7，有时甚至更高(图7-4)。
三、构造应力对巷道稳定性的影响 （一） 构造应力 构造应力的基本特点是以水平应力为主， 具有明显的方向性和区域性。 (二） 水平应力对巷道稳定性的影响 水平应力是影响巷道顶板冒落、底板臌起、 两帮内挤的主要因素。顶板岩层在水平应力 作用下可能出现两种破坏形式：一是薄层页 岩类岩层沿层面滑移，二是厚层的砂岩类岩 层以小角度或沿小断层产生剪切，顶板失稳 冒落。
4采场矿山压力显现基本规律
第六节 影响采场矿压显现的主要因素
一、采高与控顶距 一定地质条件下：采高是上覆岩层破坏状况 最严重的因素之一。一些矿区二者成正比 关系。
小结构适应大结构，顶板下沉亦如此
结论：
Sl=ηmL 采高、控顶距的大小成正比关系 举例说明 采高↑老顶平衡↓，煤帮稳定性↓矿压显现↑ 顶板控制≤顶板估算量
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3、越是没有本领的就越加自命不凡。 20.8.24 01:48:4 201:48 Aug-20 24-Aug-20
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4、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的 错儿。 01:48:4 201:48: 4201:4 8Monday, August 24, 2020
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5、知人者智，自知者明。胜人者有力 ，自胜 者强。 20.8.24 20.8.24 01:48:4 201:48: 42Aug ust 24, 2020
五、分层开采时矿山压力显现
留煤皮 人工假顶 第一层的矿压显现 下分层矿压显现特点
老顶来压步距小 支架载荷变小 顶板下沉量大
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1、有时候读书是一种巧妙地避开思考 的方法 。20.8. 2420.8. 24Monday, August 24, 2020
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2、阅读一切好书如同和过去最杰出的 人谈话 。01:4 8:4201: 48:4201 :488/2 4/2020 1:48:42 AM
三、开采深度的影响
积聚的能量与深度的平方成正比 开采深度直接影响着原岩应力的大小，同
时对开采后巷道或工作面周围的支承压力 值。 对矿压的影响可能比较明显。 采场顶板下沉量与采深没有直接关系
四 煤层倾角度影响
煤层倾角对开采工作面矿压显现的影响很 大
力学分析图 与分层厚和采高也有一定的关系 工作面支架受力不均匀
采煤工作面矿山压力显现规律
第四章采煤工作面矿山压力显现规律第一节概述大多数情况下，矿山压力显现会给地下开采工作造成不同程度的影响。
为使矿山压力显现不至于影响正常的工作和保证生产安全，就必须采取各种技术措施加以控制。
包括对巷道及采煤工作空间进行支护、对松软煤岩体进行加固、用各种方法使巷道或采煤工作面得到卸压、用人为的方法使采空区顶板按预定要求冒落等。
此外人们对矿山压力的控制不仅在于消除和减轻对开采工作造成的危害，还包括合理地利用矿山压力的天然能量为开采工作服务。
例如，利用矿山压力的作用压酥煤体以方便落煤工作，借助采空区上覆岩层压力压实已冒落的矸石形成再生顶板等等。
所有这些人为地调节、改变和利用矿山压力作用的各种措施，叫做矿山压力控制。
简称矿压控制。
在实际生产过程中，采煤工作面常有下述一系列矿山压力现象，并习惯上用这些现象作为衡量矿山压力显现程度的指标。
（1）顶板下沉量，一般指煤壁到采空区边缘裸露的顶底板移近量。
随着工作面的推进，顶底板处于不断移近状态。
（2）顶板下沉速度，指单位时间内的顶底板移近量，以mm/h计算。
它表示顶板活动的剧烈程度。
（3）支柱变形与折损，随着顶板下沉，采煤工作面支柱受载也逐渐增加，一般可以用肉眼观察到柱帽的变形，剧烈时可以观察到支柱的折损。
（4）顶板破碎情况，常常以单位面积顶板中冒落面积所占的百分数来表示。
它是用来衡量顶板控制好坏的质量标准。
（5）局部冒顶，指采煤工作面顶板形成局部塌落，它影响采煤工作的正常进行。
（6）大面积冒顶，指采煤工作面由于顶板来压导致顶板沿工作面切落。
常常对工作面生产造成严重影响。
其它还有煤壁片帮、支柱钻底、底板臌起等一系列矿山压力现象。
第二节老顶的初次来压直接顶初次垮落后，工作面继续向前推进，由于老顶比较坚硬，在一定范围内呈悬露状态，其四周分别由煤壁及煤柱支撑。
此时可将老顶视为一个板的结构。
但是由于采煤工作面沿倾斜方向的长度，往往大于老顶沿走向方向垮落时的跨度，因此通常将老顶视为一端由煤壁而另一端由煤柱支撑的两端固定的梁。
矿山压力
1、冲击地压：积累在矿井巷道和菜场周围煤岩体中的能量突然释放，在井巷发生爆炸性事故，产生的动力将煤岩抛向巷道，同时发出强烈声响，造成煤岩体振动和破坏，支架与设备损坏、人员伤亡、部分巷道垮落破坏等。
2、原岩应力：未受开采影响的岩体内，由于岩体自重和构造运动等原因引起的应力。
主要包括自重应力、构造应力、地温应力、膨胀（收缩）应力、流体压应力3、底板比压：将支架底座对单位面积底板上所造成的压力。
4、周期来压：由于裂隙带岩层周期性失稳而引起的顶板来压现象。
5、关键层、主关键层、次关键层：对采场上覆岩层局部或直至地表的全部岩层活动起主要控制作用的岩层。
6、围岩稳定性系数：7、支撑压力：回采空间周围煤岩体内应力增高区的切向应力，分为固定支承压力、移动支承压力。
8、砌体梁：在一定条件下，能够形成外表似梁实则为半拱的结构，这种平衡结构形如砌体，故称为砌体梁。
9、矿山压力显现：由于矿山压力作用使巷硐周围岩体和支护物产生的种种力学现象。
1、采空区处理的几种方法及实质。
采空区处理方式可分为刀柱式、顶板缓慢下沉法、全部充填或局部充填法、全部垮落法。
2、影响采煤工作面矿山压力显现的主要因素。
1、采高与控顶距。
采高及控顶距越大，老顶越不稳定，矿山压力显现越明显。
2、工作面推进的速度。
在s-t图中可以发现顶板下沉量是时间的函数，但并不一定提高推进速度可减小下沉量，因为提高了推进速度就增加了工序影响的次数，也会加剧顶板的下沉速度。
3、开采深度的影响。
开采深度直接影响原岩应力大小，在软岩中开掘时，随着深度的增加，矿山压力显现将越严重。
但开采深度对采场顶板压力大小的影响并不突出，因而对矿山压力显现的影响也不明显。
4、煤层倾角的影响：随煤层倾角的增加，顶板下沉量将逐渐减小。
3、沿空留巷矿压显现的基本规律。
回采工作面推进引起的上覆岩层运动，其发展是自下而上的，上部具有明显的滞后现象，沿空留巷的顶板会在较长时间内受到老顶上覆岩层运动的影响。
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采高增大，上覆岩层活动范围大，不易形成平衡 结构；
采高增大，煤壁不稳定，矿压显现严重；
控顶距增大，顶板稳定性差。
二、工作面推进速度及工序：
1、 推进速度影响 = 时间对顶板下沉（变形）的影响。
加快推进速度 工序下沉量。
减少控顶时间
减少无
对破碎顶板，加快推进速度，可改善顶板状况。
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2、工序影响：
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第五节 影响采场矿山压力显现的主要因素
一、采高与控顶距：
图中： L——控顶距 So—顶板最终下沉量 SL—控顶范围内最大下沉量 Lo —弯曲老顶前后最大曲率点间距
有：s0m h hK 0
且：s L s 0 L L0
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故有： sLs0L L 0mhhK0L L 0
因为
h m KP 1
落煤引起顶板下沉速度增加； 放炮影响范围：上、下15m，剧烈区上、下5m
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放顶引起顶板下沉速度增加； 影响范围：上20m下10m 剧烈范围：上15m下5m
落煤、放顶——改变顶板支
件，顶板移
撑条
强。 注意：
压）。
动加
加快推进速度，不能减弱工序对顶板下沉的影响（“甩”掉矿
当顶板比较破碎时，加快推进速度可改善顶板状态。 落煤、放顶两精工品序课件要相距10—15m以上。
1、增大支撑力 2、增加稳定性 3、加强矿压观测及地质、开采资料 4、加强日常支护质量管理。
四、来压条件：
1、有老顶存在； 2、直接顶垮落后不能充填满采空区。
五、初次来压步距和来压强度影响因素
1、老顶的力学性质、厚度、破断岩块之间的相 互咬合情况；
2、地质构造。
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来压是老顶断裂（结构失 稳）施力于工作面的结果；
来压期间重点措施是：
增加支护强度；
增强支架稳定性；
片帮。
保护煤壁，减少
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第三节
老顶周期来压
一、周期来压的形成： 有初次来压必有周期来压。 初次来压——老顶悬顶跨度增大——老顶断
裂——
平衡结构——失稳——周期来压。
周期来压——老顶平衡结构周期性失稳而施加 给工
作面以大型压力的过程。
周期来压步距—精—品课两件次来压期间工作面推进距 离。
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二、初次来压时矿压显现特点： 1、来压前，顶板压力无明显增大； 2、煤壁内部支承压力增高，煤壁片帮严重； 3、顶板有板炮声响； 4、顶板下沉速度急剧增加，由1mm/h 到5~20mm/h； 5、支柱载荷急剧增加； 6、顶板出现切断（直接顶沿煤壁切断）。
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三、预防措施：
初次来压前无明显征兆，工作面顶板压力不 大，致使支架稳定性差，来压猛，易造成顶板事故。
六、放顶煤开采矿压显现：
1、放顶煤开采影响本质——采高大、厚煤顶。
2、矿压显现特点（据唐山矿观测）：
前方支承压力峰值高、距工作面远（16—24 米）；
远）
（采高大，顶板活动范围大，平衡结构高
顶、底板相对移近量大（4.4m处达1.2m）；
量大）
（采高大，老顶移动倾斜度大，顶板移动
顶煤在煤壁前方较远处开始较大位移（垂直、水
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第四节
顶板压力的估算
顶板压力是工作面支护设计的一个重要参数。
一、估算法：
1、经验估算法 ：
实质——以直接顶沿煤壁断裂、老顶平衡结构失稳时最不
利状态作为顶板压力估算的依据（最大可能载 荷）。
q1
1）直接顶载荷
：
Q 1 h L 1 h L
q1 h
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2）老顶载荷q 2
第四章 采场矿山压力显现基本规律
本章介绍：
矿压显现指标 老顶初次来压、周期来压 顶板压力估算 影响矿压显现的因素 放顶煤开采矿压显现规律
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第一节 矿压显现指标
一、矿压显现：
在矿山压力作用下，煤岩体及支护物所表现出的 种种力学现象。
二、矿压显现指标：
1、顶板下沉 S（mm）——煤壁到采空区边缘范围内顶、底 板间相对 位
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第二节
老顶初次来压
一、初次来压的形成：
—老
初采——初次放顶——老顶悬露跨度增大—
顶断裂——形成平衡结构——失稳——初次来压
初次来压——老顶平衡结构第一次失稳而施加 给工
作面以大型压力的过程。
初次来压步距——第一次来压时，工作面距开
切眼
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“砌体梁”对初次来压的解释： 来压时工作面顶板切断情况
“砌体梁”理论对周期来压的解释：
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二、周期来压时的矿压显现：
1、顶板下沉量急剧增加； 2、支柱载荷普遍增加； 3、煤壁片帮严重； 4、当支撑力不足时，工作面回出现台阶下沉； 5、如果支护参数选择不合理，会发生冒顶、切顶。
和）
（周期来压显现一般较初次来压时有所缓
三、预防措施： 同初次来压，同时加强统计观测。
移。
顶板绝对下沉不易得到，一般以距煤壁4米处下 沉量为工作面顶板下沉量。
可以每米采高每米推进度下沉量S/L/M为比较标准。
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工作面顶底板移近曲线 1—顶板绝对下沉曲线； 2—顶板相对移近量（下沉
）曲线； 3—底版臌起曲线
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2、顶板下沉速度V（mm/h）——单位时间顶板下沉量。 3、支柱变形与折损——观察喷液、下缩、压裂、折断等。 4、顶板破碎度——单位面积中顶板冒落面积所占百分比。 5、局部冒顶——小范围顶板垮落。 6、大面积冒顶——顶板沿工作面煤壁切落。 7、煤壁片帮——煤壁因支承压力作用发生的剪切坍塌破坏。 8、底臌——底板塑性变形。 9、支柱插入底板——底板松软，对顶板管理很不利。
作用力。 K 0
—— 顶h 0 板下沉量为
K0
mE E LE
KTLT
LT
时L，E 老顶的
E
mE
精品课件 （承载 系数）
3、威尔逊估算法：
实质—— 只估算
直接顶载荷，
载荷与支撑
力不同线，
从而有附加Q载3 荷
。
Q3
的大小受直接顶垮落角的影响。
所需支撑力 P 依据直接顶形状，按照力系平衡求 出。 二、实测法
冒落矸石充填方式改变矿压规律； 影响顶板“三带”形态； 俯斜开采时容易形成平衡结构。
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五、分层（网下）开采矿压显现：一次破坏 1、分 Nhomakorabea顶板特点
老顶岩块跨度小
顶板已遭受
再生顶板碎胀系数减小 平衡结构内
增大 2、矿压显现特点
距小、强度低
顶板下沉量
支架载荷减小（动载荷小） 老顶来压步
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sL m K P m 1 K m p 0 1 K L L 0 1 1 K pK 0 1 L 1 0m L
故：sL
KKppK10
1 L0
mL
即：sL mL
Kp K0 Kp 1
其L10中
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（硬由岩取sL小，软岩m取大L） 0.02~50.05
顶板下沉量与采高、控顶距成正比；
1）滑落失稳估算： 老顶载荷 = 两岩块重量 - 咬合处摩擦力
FQAB2LH i0Q i0 tan
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2）变形失稳估算：
P
实测
支撑力与顶板下沉量为双曲线关系：PEi
P EihiK0h0
K0
要求
No 即：PEi
K0
hi h0
hi h0
Image 式中： h i
——实测顶板下沉量；
h
h0
——要求控制顶板的下沉量；
： （按直接顶载荷的倍数估算）
经大量观测，最大压力时也不超过平时的2倍。
故：p q 1 q 2 n h 2 h
因h M Kp 1
Kp 1.25~1.5且
所以有：p2KM p122~4M
即：p4~8M
顶板压力相当于 4~8 倍采高岩柱重量。
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2、从老顶结构平衡关系估算： 实质：直接顶载荷全部由支架承担，老顶载荷仅当老 顶结构失稳时产生。（失稳：滑落失落、变形失稳）
三、采深：
片帮几率↑ H↑→γH↑→KγH↑
支架载荷↑ 弹性能↑
塑性增强，变形↑
采深对巷道影响很大，对回采工作面影响不明显。 巷道位于高应力场内，围岩承受高应力作用，变形增大。 原因： 工作面顶板在上覆岩层平衡结构保护之下，受力变化不大。
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四、倾角：
顶板下沉量↓ 垂直层面应力↓ 支柱载荷↓
平）；
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（煤体受压，产生塑性变形，垂直缩，水
急倾斜开采、分层 上向开采、放顶煤开采等矿 压显现规律目前资料较少， 尚需进一步探索研究。
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