采场矿山压力显现
采场矿山压力显现基本规律
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。
精品课件
2、工序影响：
精品课件
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
精品课件
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
精品课件
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。
精品课件
来压是老顶断裂（结构失 稳）施力于工作面的结果；
EQ情商-4采场矿山压力显现基本规律 精品
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 局部来压，工作面与开切眼斜交
第四节 顶板压力的估算
实测法 估算法 经验估算法 华北矿区 p＝（4 — 8）Mγ 结构平衡关系角度计算 威尔逊估算法
第五节 回采工作面前后支承压力的分布
4.大采深并影响到地表
1.刀柱法 2.全部垮洛法或充填法 3.大采高或坚硬顶板
工作面前后支承压力分布
初次来 压前采 场周围 支承压 力的分 布状态 拱或梁 结构 保 护着回
老顶初次来压前的表现：
顶板压力不大 煤壁前的压力达到最大（发 生剪切破坏），煤壁片帮是来压的重要标 志
来压跨距大，强度大，影响范围广，易出 现事故
举例，西山矿务局 开滦某矿 持续2-3d
应采取的对策 掌握步距大小 加强支护及 其稳定性
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
另外：煤壁片帮、支柱插入底板、底板鼓 起等
回采工作面→小结构 ↓↑
上覆岩层（围岩）→大结构
4.2 老顶的初次来压
老顶断裂成岩块后的失稳转动
回转失稳（变形失稳） 滑落失稳（台阶下沉） 老顶失稳对工作面安全造成严重威胁
老顶初次来压的力学模型
老顶稳定的条件
P≥Q1+Q2
但，老顶的破断不可避免，破断后 支架的载荷可能减轻。
采场矿山压力显现基本规律
02
CATALOGUE
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。
矿山压力及矿山压力显现
二、矿山压力与矿山压力显现间的关系 矿山压力是客观的，矿山压力显现是相对的，是矿山 压力的结果。 压力显现强烈的部位不一定是压力高峰位置。 矿山压力与矿山压力显现之间存在一定对应关系，可以通 过矿山压力的显现来推断矿山压力的分布，为巷道布置提供
依据。
压力显现的变化幅度与该点压力的增减幅度是相关的，对 应的，但不一定成正比例。
非弹性变形区的应 力分布
非弹性变形区的应 力分布
第二节
矿山压力显现
一． 矿山压力显现的概念及基本形式 1、围岩运动形式 （1）两帮运动：巷道两帮的变形和移动； （2）顶板运动：巷道及工作面顶板岩层的弯曲下沉、裂断 破坏以及破碎冒落； （3）地板运动：地板岩层的臌起、隆起、层理滑移及裂断 破坏。
构造应力场——构造运动形成： 板块挤压——板块移动，挤压边界引起（横向）； 地幔热对流——地幔上下封闭对流形成； 岩浆侵入——岩浆侵入挤压、冷凝收缩（局部）
2、构造应力特点： 1）分布不均匀，在构造区域附近最大； 2）水平应力为主，浅部尤为明显； 3）具有明显的方向性； 4）坚硬岩层中明显，软岩中不明显； 5）
1
1
（静水压力理论） （弹性侧压理论） 则
金尼克：
一般 0.2 — 0.3
0.25 — 0.43
垂直应力与深 度关系
水平应力分布 规律
（二）构造应力 1、构造应力的概念 构造应力——由构造运动引起（板块、火山、升降） 构造应力 现代构造应力 难以区分 地质构造残余应力
（三）岩体膨胀应力
由于温度升高引起岩石膨胀而产生的力叫岩体的膨胀应力。
T EZ
式中：
T ——岩体的温度膨胀应力，KN/㎡；
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。
第10讲采场矿压显现规律及影响因素_矿井围岩控制与灾害防治
1、采高与控顶距
SL= mL
回采工作面的顶板下沉量与采高及控顶距的大小成正比关系。
采高越大的工作面，其矿压显现也越严重；采高越低，顶板活动趋缓和，煤壁也较为稳定；控顶距增大，顶板稳定性变差。
2、工作面推进速度的影响
加快工作面的推进速度只是缩短了落煤与放顶两个主要生产过程的时间间隔，从理论上说，其结果肯定能减小顶板下沉量，但同时必然使顶板下沉速度加剧。
二、回采工作面前后支承压力的分布
【笔注】
回采工作面前后的支承压力状态一般可绘成下图的形式，并且可将其分为应力降低区b（减压区）、应力增高区a（增压区）和应力不变区c（稳压区）。在工作面前方支承压力的峰值到煤壁为极限平衡区，向煤体内则为弹性区。
工作面前后支承压力分布
三、回采工作面矿压显现主要影响因素
【笔注】
第10讲采场矿压显现规律及影响因素
【本讲内容提纲】
1.老顶初次来压与布
3.回采工作面矿压显现主要影响因素
【重点内容详解】
一、老顶初次来压与周期来压
【笔注】
1、衡量矿山压力显现程度的指标
1）顶板下沉量
2）顶板下沉速度
3）支柱的变形和折损
4）顶板破碎情况
5）局部冒顶
6）顶板沿煤壁切落（或称大面积冒顶）
其它还有煤壁片帮、支柱插入底板、底板鼓起等一系列矿山压力现象。
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
影响回采工作面矿山压力显现的主要因素有哪些
立志当早，存高远
影响回采工作面矿山压力显现的主要因素有哪些
一、采高与控顶距在一定的地质条件下，采高是形成覆盖层破坏性影响的最根本因素。
采高越大，覆盖层破坏越严重。
并且还直接影响工作面顶板下沉量的大小。
为了求取控顶距L 处的顶板下沉量SL，可将离工作面一定距离的岩层移动曲线简化为直线图形。
回采工作面顶板下沉量与采高及控顶距的大小成正比关系。
二、工作面推进速度的影响
1.工作面顶板下沉，是一个时间的过程。
随着时间的增大，顶板下沉量也增大。
因而有人认为加快推进速度，缩短工作面每个循环的时间，必然可使顶板下沉量减少，这样就能把顶板压力甩掉。
2.国外测定资料证明，推进速度加快后，顶板下沉速度也同样增加了。
3.根据实测，落煤与放顶时顶板下沉较激烈，平时则较为缓和。
（1）落煤时，增大了回采工作面的控顶距，破坏了煤壁前方的应力平衡，支承压力就有一个向煤壁深处移动的过程；另一方面，落煤时，随着工作面的推进，使得A 岩块逐渐趋向失稳。
（2）放顶时，撤除了采空区一侧的支架，相当于撤除了一部分对上覆岩层的支撑力，以及相当于将P 向前挪一距离，即减少了值。
放顶影响范围，沿工作面上下10~20m，剧烈影响范围5~10m。
4.结论
（1）加快工作面推进速度事实上即是缩短落煤与放顶及由放顶到再次落煤的时间间隔，其结果必然能减少平时的时间影响所形成的顶板下沉量，但绝不。
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。
采煤工作面矿山压力显现规律
结论： Sl=ηmL 与采高、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↑ 采高↑老顶平衡↓，煤帮稳定性↓矿压显现↑ 顶板控制≤ 顶板控制≤顶板估算量 二、工作面推进度的影响 顶板下沉量是时间的函数，但加快推进速度能 否必然使顶板下沉量减小，并甩开矿压？
工序对顶板下沉量影响的实质：结构、前后支承压 力不断推移。 从S-t曲线看出：加快推进速度缩短了落煤与放顶 的时间间隔，虽然减小下沉量，改善顶板状况，但增加 了工序的影响次数，即缩短了工序的时间间隔，同时加 剧了顶板的下沉速度。 因此，随着工作面推进速度的加快，有可能将由于 时间影响而导致的工作面顶板下沉量、煤壁片帮等现象 “甩掉”。但无法把由于生产工序（即落煤与放顶）而 引起的顶板下沉等矿山压力现象“甩掉”。
第三节 老顶的周期来压
A A稳定 A B B C
A断裂
A B
AB相向翻转
A
B
C
回到初始位 置，周而复 始
采场的周期来压 周而复始 稳定－失稳－再稳定 周期来压
周期来压的矿压显现： ① 顶板下沉速度急剧增加 ② 顶板下沉量急剧增大 ③ 支柱载荷增大 ④ 煤壁片帮 ⑤ 支柱折损 ⑥ 顶板发生台阶下沉
4.大采深并影响到地顶板
采煤工作面刚开始割煤时， 最大支承压力在煤壁上方，如图 中（a）所示，但煤壁处是自由 面，抗压强度较小，煤壁发生变 形。支承压力逐步向深处转移。 如图中（b）所示。 采煤工作面前方煤体内，支 承压力的分布范围从工作面前方 1~3m处开始，直到30~40m，甚 至有的在距煤壁100m时开始变 形，最大应力的位置约距煤壁 5~15m。应力集中系数K为支承 压力与原岩应力的比值，变化范 围一般为1.25~5.00.
工作面前后支承压力分布
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—
30
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。
12
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。
14
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
15
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。
采场矿山压力显现
回采工作面从开切开始采煤，采空区范围逐渐增大， 当老顶悬露达到极限跨距时，老顶断裂形成三铰拱式的平 衡，同时发生已破断的岩块回转失稳（变形失稳），有时
可能伴随滑落失稳（顶板的台阶下沉），从而导致工作面
顶板的急剧下沉。此时，工作面支架呈现受力普遍加大现 象，即称为老顶的初次来压。
2.2 关键层理论
在直接顶上方存在厚度不等、强度不同的多层 岩层，其中一层至数层在采场上覆岩层活动中起主要 的控制作用。将对采场上覆岩层局部或直至地表的全 部岩层活动起控制作用的岩层称为关键层。前者称为 亚关键层，后者称为主关键层。 为了弄清岩层移动由下往上传递的动态过程， 岩层移动过程中形成的采场矿压显现、煤岩体中水与 瓦斯的流动和地表沉陷等状态的变化，关键在于弄清 关键层的变形破断及其运动规律。
控顶区全部岩层重量。
随着回采工作面的推进，在老顶初次来压以后， 裂隙带岩层形成的结构将始终经历“稳定 — 失稳 — 再 稳定” 周而复始的变化过程。老顶岩层的周期性破断 而引起“砌体梁”结构的周期性失稳而引起的顶板来 压现象称为采场周期来压。 周期来压的主要表现形式是：顶板下沉速度急剧 增加，顶板的下沉量变大；支柱载荷普遍增加；有时 还可能引起煤壁片帮、顶板台阶下沉、支柱折损，甚 至工作面冒顶事故。
砌体梁理论
（钱鸣高，1978）
砌体梁理论提出以后，很快得到煤炭系统 广泛认同，对采场支架选型设计与顶板管 理发挥了重要的理论指导作用。
理论观点一：采场围岩煤壁支承区 离层区
重新压实区
垮落带
理论观点二： 力学简化模型： 软硬岩分组性； 软岩处理； 硬岩砌体梁结构； 支护—顶板相互作用
3.1.5 几个有益的结论
老顶的初次来压步距：与老顶初次断裂步距相当。 动载系数：支架来压时载荷与平时载荷之比。 老顶初次步距越大，工作面来压显现越剧烈，相应的动 载系数也越大。
矿山压力显现名词解释
矿山压力显现名词解释矿山压力显现是指矿山矿化度、容量性质和矿体空间结构等因素受矿山内外多种压力的影响，而表现出来的一系列现象。
它影响着矿山破碎物料的性质、质量、形状等方面，也影响着矿山的经济预期和安全状况。
随着人类社会的发展，企业不断提高矿山的开采深度，矿山开采中出现的压力问题也越来越复杂，它对采矿过程极大地影响着未来的发展前景。
矿山压力显现是矿山开采中常见的一种现象。
它表现为矿山内部结构的变形及其穿透行为；矿山内部和外部的结构的缝隙、裂缝的扩大和矿山突然的膨胀及收缩；矿山内部的层状物种和体系的完全塌陷、移动或重新组合；矿山内部介质的流动；矿山的剪切变形；矿山的岩体破碎和折断；矿山的热胀冷缩；矿山的有害气体排放；矿山的液面变动；矿山的震害效应；矿山赋存温度升高；矿山地面沉降及滑坡；矿山岩石的磁特性变化等。
矿山压力显现的主要原因是外力和内力的集中作用。
外力的影响主要来自地质构造活动、气象、地表力学加载以及它们所带来的压力变化，而内力的影响则主要来自矿山内部的温度、压强及矿体塑性变形等破坏性因素。
也由于矿山压力显现常常伴随强烈的震波，因此它也可能是空间动力学加载所导致的。
为了更好控制矿山压力显现，实施有效的预防措施至关重要。
首先，矿山开采规划需要把自然因素考虑在内，分级控制矿山内外的环境，降低矿山的压力显现概率；其次，采取定向钻探、取样等技术，及时发现矿山内部的结构变化以及地质结构活动；最后，开展压力测量、动力学研究以及定向放炮等数据收集，对矿山压力显现进行精准分析，并结合采矿技术形成有针对性的治理方案。
了解和控制矿山压力显现既是矿山综合管理的重要组成部分，也是矿山安全运营的重要保证。
它不仅有效地降低了矿山破碎物料性能及质量变化带来的风险，也提高了矿山的产品价值，为矿山企业和投资者创造可观的收益。
未来，我们需要更多的研究努力，根据矿山的地质特征和施工条件，形成更有效的矿山压力显现控制系统，以创造更好的矿山采矿环境。
采煤工作面矿山压力显现规律
第六章：采煤工作面矿山压力 第3讲：采煤工作面矿山压力显现规律
支承压力的概念
支承压力：岩体中开掘巷道或进行回采后，原岩应力遭到破坏，引起应力 重新分布，这种采动后应力重新分布所形成的应力升高区的压力。
采煤工作面四周支承压力：采煤工作面大面积开采后，发生在工作面前后 方、两侧煤柱或采空区大于原岩应力的矿山压力。
围岩性质 煤的强度 开采深度
三、影响采煤工作面支承压力的主要因素
采空区残留空间 相邻工作面回采 近距离煤层开 采
影响因素
谢谢！
概念
采空区上方岩层冒落稳定 后趋于固定值
固定支 承压力
变形破 坏
两侧煤柱或煤体强度不足抵抗 支承压力时，煤体将产生变形 或破坏
二、支承压力在煤层底板的传递
支承压 应力大小与施力 点的距离成反比
02
底板岩层内的压 力值与煤柱上方 的支承压力成正 比
03
底板岩层性质 将对上部煤柱 上的支承压力 在底板内的传 递范围有很大 影响
一、采煤工作面四周支承压力
采煤工作面前后方支承压力
应力升高区
A
B
分为
三区
应力降低区
C
原始应力区
分布特点
1
前方移动支承压力远远大于 后方支承压力
2
工作面前后方支承压力是移 动支承压力
3 工作面处于减压范围内
采煤工作面采空区侧支承压力
一、采煤工作面四周支承压力
采空区侧向支承压力是指工作 面推过后，采空区两侧煤柱或 煤体上的支承压力
煤矿矿山压力显现观测方法
煤矿矿山压力显现观测方法煤矿矿山压力显现观测是个挺重要的事儿呢。
先说观测的方法吧。
一种是通过在巷道围岩安设压力传感器来观测。
这就好比给巷道围岩装上了能感受压力的小耳朵。
先得选好安设传感器的位置，一般是在顶底板或者两帮受力比较关键的地方。
选好位置后，要把传感器安装得稳稳当当的，可不能松松垮垮的，就像盖房子打地基，地基不稳房子能好吗？不可能的。
传感器安装好了之后，就要定期去读取它的数据，这数据就像矿山压力的小秘密，得好好记录下来。
还有一种是观测巷道变形的方法。
可以用钢尺去量巷道的顶底板移近量和两帮移近量。
量的时候可得仔细点，这就像给巷道做体检，你马马虎虎的能行吗？不行的。
要在巷道的不同位置多量几个点，这样才能全面了解巷道变形的情况。
在进行矿山压力显现观测过程中，安全性绝不能忽视。
煤矿井下就像一个危险的大迷宫，到处都隐藏着危险。
在安设传感器或者量测变形的时候，一定要注意头顶上有没有冒顶的危险，这要是被砸一下，那可不得了，吓死人了。
还要防止脚下滑倒，井下湿漉漉的，滑倒了多狼狈呀。
稳定性也很重要，观测的数据得是稳定可靠的，要是数据像个调皮的孩子乱蹦跶，那观测还有什么意义呢？那这种观测有什么应用场景和优势呢？在煤矿开采过程中，了解矿山压力显现情况太关键了。
就好比打仗要了解敌人的情况一样。
在采场周围进行观测，可以提前知道压力的变化，从而采取措施防止顶板事故的发生。
优势就是能够提前预警，就像天气预报能提前告诉我们天气变化一样。
有了这些观测数据，矿工们就像有了保护神，心里踏实多了。
有个煤矿，之前总是发生顶板小事故。
后来他们开始重视矿山压力显现观测。
在巷道里安设了好多压力传感器，还定期量测巷道变形。
通过对观测数据的分析，他们发现某个区域的压力在不断增大。
于是赶紧采取了加强支护的措施。
结果呢，顶板事故大大减少了，矿工们都高兴得欢呼起来，说这观测方法真是太棒了。
煤矿矿山压力显现观测方法很实用，掌握好了能让煤矿开采更安全更高效。
矿山开采矿压显现问题研究
FORUM…I追匡®⑳矿山开采矿压显现问题研究□张文雄阳煤一矿综掘一队煤炭是我国当前重要的能源，随着我国经济水平的不断发展，对煤矿资源的需求也在不断的加大，一些有技术的煤矿采集地区已经开始进入了深部的开采，但是在矿山深部开采的过程中容易出现诸多的问题，比如在矿山开采的过程中，很容易出现矿压显现的问题，为了使矿压显现问题得到合理的解决，相关技术人员应当根据矿山周围的地质条件以及动态变化情况，研究出矿山开采矿压显现的规律，并且提出合理的解决措施，保证矿山开采工作的有序进行。
1矿压显现的原因随着我国矿山开釆深度和广度的不断增加，在矿山开始进行向导开挖工作之后，破坏了原始岩体的平衡，围岩应力得到了重新的分布，导致了巷道围岩处于一种不稳定的状态。
并且随着我国矿山开采工作深度的不断增加，井下巷道围岩的稳定性会越来越差，当围岩应力超过围岩强度时，整个井巷会产生一种不稳定的状态，假如围岩强度在围岩应力之下，则整个井巷处于一种平稳的状态，但是随着矿山开釆深度和广度的不断增加，影响井巷稳定性的因素也越来越多，例如井巷的位置、围岩结构的破坏情况和地下水的作用等等，都会影响整体景象的稳定性，再加上我国当前矿山开釆的深度在不断地增加，使得像到变形急剧增犬，低压显现十分强烈，这些都严重的危害了巷道围岩的稳定性。
为了保证整体矿山开釆的安全性，需要相关人员在开采的过程中对巷道进行全面的维护，保证安全生产。
在对矿山开采进行围岩维护工作中，需要相关人员根据该地区的低压显现情况和该地区的地质情况，采用相应的支护技术，使得该地区的矿山开釆出一种稳定的状态中，也给后续的矿山开采工作提供强有力的技术支撑。
2矿山开采矿压显现的规律2.1矿压显现的特点⑴巷道变形较大在矿山开釆过程中，深井巷到矿压显现的特点之一就是产生了较大的收敛变形量，这一特点主要是取决于深井巷道围岩破裂程度而决定的，研究表明，开釆深度越大，巷道的变形量也就越大，比如 在600m的巷道中，开釆深度每增加100m,巷道变形就会平均增加10%,深部开采的巷道变形是随着开釆深度的增加而呈直线变化趋势的，与周围的强度和预应力有关。
2、4采场矿山压力显现规律-随堂测验
“采场矿山压力显现基本规律”随堂测验题一、名词解释1、矿山压力显现由于矿山压力作用，使巷道或采场周围煤岩体和支护物产生的种种力学现象，统称为矿山压力显现，如顶板下沉和底板臌起、巷道变形、煤壁片帮或煤岩体突然抛出等现象。
（需列举出2-3种具体现象，否则扣除0.5分）2、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。
3、周期来压基本顶岩层的周期性破断过程中由于“砌体梁”结构的周期性失稳而引起的顶板来压现象称为采场周期来压。
（1.5分）周期来压的主要表现形式是：顶板下沉速度急剧增加，顶板的下沉量变大；支柱载荷普遍增加；有时还可能引起煤壁片帮、顶板台阶下沉、支柱折损，甚至工作面冒顶事故。
（0.5分）4、来压动载系数基本顶来压时支架载荷与平时非来压时载荷的比值（1.5分），它反映了基本顶来压的强烈程度（0.5分）。
5、支承压力在岩体内部开掘巷道后，巷道围岩必然出现应力重新分布，一般将巷道两侧改变后的切向应力增高部分称为支承压力。
（体现出切向应力概念可得1.5分）6、支承压力集中系数支承压力峰值与原岩应力的比值称为支承压力集中系数。
二、简答题1、试分析工作面周期来压的形成原因。
在基本顶初次破断后，随工作面推进基本顶将发生周期性破断和回转下沉，引起顶板下沉的急剧增大和支架工作阻力的明显增加，破断岩块形成的“砌体梁”结构也因此将经历“稳定-失稳-再稳定”的周期性变化，这就是引起工作面周期来压的原因。
2、简述工作面前后支承压力分布规律。
一般而言，工作面前后支承压力分布规律如下图所示。
工作面前方一定范围（如30-50m）内形成超出原岩应力的支承压力，称为应力增高区（增压区），在工作面及后方一定范围内支承压力小于原岩应力，形成应力降低区（减压区），在采空区一定距离后应力逐步恢复为原岩应力，称为应力恢复区（稳压区）。
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至反弹。 3、断裂结束后，内外应力场中的压力显现以断裂
线为界呈背向转移变化。
（二）正常推进阶段
每一周期来压过程中分为两个过程。 1、相对稳定过程 从上次运动结束到工作面推进到岩梁端部再次断裂前夕。 压力分布：内应场缩小，压力很小；外应力场扩大，断裂前夕
作用在煤（岩）层和矸石上的垂直压力。
支承压力包括高于和低于原始应力的整个区间。
支承压力来源于重量。
在单一自重应力场条件下,若煤（岩）层水平赋存，则其支承 压力的分布见图所示：
1、支承压力大小表达式
n
n
y mii miiLiCix
1
1
单位面积上承受的压力近似看成是上覆岩层各岩梁在该处
的作用力。
2、影响因素分析
（1）直接覆盖岩层的单位岩重。与总厚度成正比。
（2）直接覆盖岩层悬跨部分重量传递至该处的作用力。
其中：a、岩梁数目 b、传递比率（与该处煤岩层强度和岩
梁自身的强度及运动发展情况有关)。c、厚度与跨度
（二）支承压力显现
概念：在支承压力作用下，发生的煤岩层破坏压缩，相应部位
的顶底板相对移动以及支架受力等现象。
我们可以以“板”的理论推断两侧支承压力分布和发展的 规律。 “岩板”运动及破坏的发展过程。 （一）两侧支承压力分布发展变化规律 走向与两侧规律是同一阶段：上下两侧煤壁边缘处于弹性状态。
两个方向上的压力高峰始终在煤壁上，峰值随推进步距增 加而增加。
2、第二阶段：煤壁边缘破坏，部分进入塑性状态。图中2位置。
（三）支承压力与支承压力显现的关系
支承压力的存在是绝对的，显现是相对的。
（支架受力、煤岩层变形）
支承压力与其显现有时不一致甚至相反的情况原因有二： 1、煤岩层不同部位的支承能力往往有很大区别。 2、作为载荷的上覆岩梁运动不同步。
注意：这里的不一致与某一部位压力增量与显现增量的 相对应的关系是不同的。
第五章
采场矿山压力显现 与上覆岩层运动间的关系
矿山压力研究的任务： 1、回采工作面顶板控制 2、回采工作面周围巷道控制 本章重点学习利用显现判断上覆岩层运动的方法以及
支架与围岩之间的力学关系。
第一节 采场支承压力分布的规律
一、支承压力及其显现
（一) 支承压力的概念 煤（矿）层采出后，在围岩应力重新分布的范围内，
y (c c )(1
x
2f
)
f h y0
tg 1 y0
x0
第三阶段：从老顶岩梁端部断裂到岩梁中部触矸为止。 特 点：支承压力分布与显现变化剧烈，压力分布与显现总体
一致。 压力特点：1、断裂线附近应力集中→2、以断裂线为界分为两
个应力场→3、两个应力场中压力分布背向发展。 显现特点： 1、岩梁断裂时，伴随压力的集中，该部位移近速
压力达到最大。 显现分布：压力大小和分布平缓，显现平缓。 2、显著变化的发展过程 从岩梁断裂前夕至老顶岩梁运动结束止。 压力分布：同初次运动阶段中的第二阶段。 显现分布：同初次运动阶段中的第二阶段。
三、工作面两侧支承压力分布及显现规律
实践及理论推导证明：
当 L 1 不会出现来压现象。
C0
当α>4~6时，按梁计算来压步距准确，并且以其推断的沿推进 方向的岩层运动和支承压力分布发展的规律是比较接近实际的。
煤壁破坏，压力高峰前移，压力分布形成弹性和塑性两个 区域。（此阶段塑性区的形成及扩展都首先从推进方向开始， 然后随着“板”的作用力向两侧转移，导致两侧塑性区形成。）
3、第三阶段：顶板在煤壁深部断裂，支承压力分布形成内外两 个应力场，随工作面的继续推进，内外应力场的峰值将呈背向 发展。
（二）走向（推进方向）与两侧支承压力分布发展规律的关系 1、两个方向上单一弹性分布存在的时间，即塑性区及出现塑 性区时工作面推进的位置都相同。 2、尽管老顶断裂在两个方向上略有先后，但其发展进程和出 现的时间却是同步的。（任何方向超前支承压力显现都可 以作为顶板来压的依据） 3、与推进方向相比的最大差距 （1）侧向不存在内应力场分布范围收缩的情况，外应力场
n
y mii(1 LCx) KxH
1
Kx 1 K 0 ebx
第二阶段：从煤壁支承能力改变到老顶岩梁端部断裂前为止。 煤体特点：煤体支承能力降低，老顶岩梁的离层发展，其
作为载荷与传递上部岩重的作用发生变化。 压力特点：塑性区（包括煤体已完全破坏部分）压力逐渐
上升。 弹性区内则单调下降，其压力高峰在交界处。 显现特点： 总体仍为单调下降曲线，但是具体讲则是塑性 区内与压力分布相反，弹性区内与压力分布相 同。 在极限平衡状态下得到塑性区支承压力表达式：
的扩展是通过内应力场扩展和煤层再度压缩破坏而实现的。 （2）老顶中每一“岩板”运动的影响，对于任意部位来说
都
只有一次。（有助于更准确确定老顶岩梁数目及有关运动参 数）。
四、关于两个应力场理论（略）
第二节 采场来压时支架与围岩关系
支架与围岩关系时顶板控制设计的基础，也是检验顶板控制 效果的依据。
一、采场支架的设计工作状态 （一）采场支架对直接顶的工作状态 1、直接顶的结构特点 初次垮落后，煤壁与支架支撑，呈悬臂梁状态，失去了传 递力的联系。端部断裂则以煤壁为支点作回转运动，支架完全 承担其作用力。 2、支架对直接顶的工作状态 由于它在采空区内已经垮落，控制设计时，必须按最危险 状态考虑。即按“给定载荷”考虑。
结论：在既定开采条件下，煤岩层上的支承压力分布与工 作面巷道中的显现，以及两者之间的关系等都是由上覆岩 层的状态和煤岩体本身各部位支承能力决定。
二、采场推进过程中支承压力发展规律
（一）、初次运动阶段
支承压力分布与显现变化划分为三个阶段： 第一阶段：采场开始推进到煤壁支承能力改变之前。 煤体特点：煤体没有破坏，弹性压缩。 压力分布：一条高峰在煤壁上的单调下降曲线。（负指数）。 显现分布：与压力分布曲线相同。 即煤壁没有进入塑性状态，各岩梁的跨度相等，同一位置的 传递系数相同，则压力公式可简化为：
PZ mzzfz A
fz
L2Z 2nzL2K
1 (1 LS )2 2nz LK
nz LR LK
（二）采场支架对老顶的工作状态