回采工作面上覆岩层移动规律的分析
第三章 回采工作面上覆岩层活动规律及其分析
老顶板横“O-X”型破断形式
§3 老顶初次破断时的极限跨距
一、梁式断裂时的极限跨距
极限跨距：老顶岩梁达到断裂时的跨距。(初次断 裂步距）
图3–9 岩梁上任意点的应力分析
求解过程：
M·y Jz
梁内任一点正应力为： M—该点所在断面的弯矩； y—该点离断面中性轴的距离； Jz—对中性轴的断面矩。
此假说认为工作面和采空区顶板可此假说认为工作面和采空区顶板可视为一端固定于煤壁前方岩体内另一端视为一端固定于煤壁前方岩体内另一端处于悬伸状态的梁悬臂梁弯曲下沉后处于悬伸状态的梁悬臂梁弯曲下沉后受到已垮落岩石的支撑当悬伸长度很大受到已垮落岩石的支撑当悬伸长度很大时发生有规律的周期性折断从而引起时发生有规律的周期性折断从而引起周期来压
二、悬臂梁假说 此假说认为，工作面和采空区顶板可 视为一端固定于煤壁前方岩体内，另一端 处于悬伸状态的梁，悬臂梁弯曲下沉后， 受到已垮落岩石的支撑，当悬伸长度很大 时，发生有规律的周期性折断，从而引起 周期来压。
三、铰接岩块假说
此假说认为，采场 上覆岩层分为垮落带 和裂隙带，二者的差 别在于，裂隙带岩块 间存在有规律的水平 挤压力的联系，从而 相互铰合而形成一条 多环节的铰链。
取梁单位宽度，则
任意点A：
1 Jz＝ bh3 (b=1) 12
＝ 12 ·M·y ，（y=h/2时， 最大 ）
2 2 3 h 4y τxy＝ Qx 3 2 h 最大剪应力发生在矩形断面梁的中性轴上，
h
3
即y＝0， ∴
3Qx (τxy)max＝ 2h
① 若根据固定梁计算：
M1 x E1 J1 E1 J1 M1 x E1 J1 ; E2 J 2 M 3 x E3 J 3 M n x En J n
上覆岩层在采煤工作面推进方向上的运动发展规律-续三RTF 文件
上覆岩层在采煤工作面推进方向上的运动发展规律(续三）
三、影响岩层运动的因素
影响岩层运动的主要因素包括岩层的强度特征、采动条件和采空区处理方法。
１、岩层的强度特征由岩层的力学性质、厚度和节理裂隙情况决定的岩层强度特征，是影响岩层运动发展的内在因素。
强度高厚度大的岩梁，周期来压步距c将较大，相对稳定步距b也较大，显著运动步距a则较小（即岩梁显著运动发展迅速）。
相反，强度低、厚度小的岩梁，周期来压步距c和相对稳定步距b则较小，显著运动步距a相对而言要较前者大（即显著运动发展较慢）。
如果岩梁在推进方向上裂隙相当发育，不仅周期来压步距c小，而且有时很难找出划分岩梁处于相对稳定和显著运动的界限。
２、采动条件采高和推进速度等采动条件对岩梁的运动发展过程也会产生重要影响。
如加大采高，而工作面垮落高度不变，则岩梁显著运动的空间增加，岩梁的显著运动则会更明显。
当岩层的强度较低时，突然提高推进速度有可能导致岩梁运动步距扩大。
有些矿井在日常推进速度条件下采煤工作面来压不明显，高产后出现大面积来压现象就是这个原因。
此时如不注意加强支护，就容易发生区域性冒顶事故。
３、采空区处理方法采用强制放顶措施处理采空区，可减岩梁厚度及运动步距（包括c值和b值）。
采用充填法处理采空区，可减少岩梁运动空间，使运动不明显。
因此采空区处理方法必须根据所控制的顶板类型和需要加以选择。
有关采场上覆岩层活动规律的假说
立志当早，存高远
有关采场上覆岩层活动规律的假说
自从采用长壁工作面开采以来，上覆岩层中是否存在着大结构，以及此结构是什么形式，一直是采矿科学研究的重要课题。
是什么形式，一直是采矿科学研究的重要课题。
1.压力拱假说
它是由德国人哈克和吉里策尔于1928 年提出的。
该假说认为：
长壁采煤工作面自开切眼起就形成压力拱，此后，拱随着工作面的推进而扩大，直至拱顶达到地表为止。
在工作面前后煤体中形成的前拱脚a，后方跨落岩石则形成后拱脚b，a、b 均为应力增高区，工作面则处于应力降低区，支架承受的载荷仅为上覆压力拱内的岩石重量。
优点：能解释围岩卸载的原因；
缺点：未能说明岩层变形、移动和破坏的发展过程以及支架与围岩的相互关系。
2.悬臂梁假说
它是德国的施托克于1916 年提出的。
该假说认为：
工作面和采空区上方的顶板可视为梁，它一端固定于岩体内，另一端则处于悬伸状态，当悬伸长度很大时，发生有规律的周期性折断，从而引起周期来压，靠近煤壁处顶板下沉量最小，表现的顶板压力也小。
3.预成裂隙假说
由比利时学者A-拉巴斯于1850 年提出的。
采煤工作面上覆岩层移动规律
第三章采煤工作面上覆岩层移动规律第一节概述一、煤层顶底板岩层的构成煤层处于各种岩层的包围之中。
处于煤层之上的岩层称为煤层的顶扳；处于煤层之下的岩层称为煤层的底板。
依据顶、底板岩层离煤层的距离及对开采工作的影响程度不同，煤层的顶、底板岩层可分为：(l)伪顶。
紧贴在煤层之上，极易垮落的薄岩层称为伪顶。
通常由炭质页岩等脆弱岩层组成，厚度一般小于0.5m，随采随冒。
(2)直接顶。
位于伪顶或煤层之上，具有肯定的稳定性，移架或回柱后能自行垮落的岩层称为直接顶。
通常由泥质页岩、页岩、砂质页岩等不稳定岩层组成，具有随回柱放顶而垮落的特征。
直接顶的厚度一般相当于冒落带内的岩层的厚度。
(3)老顶。
位于直接顶或煤层之上坚硬而难垮落的岩层称为老顶。
常由砂岩、石灰岩、砂砾岩等坚硬岩石组成。
(4)直接底。
直接位于煤层下面的岩层。
如为较坚硬的岩石时，可作为采煤工作面支柱的良好支座；如为泥质页岩等松软岩层时，则常造成底臌和支柱插入底板等现象。
二、采煤工作面上覆岩层移动及其破坏在承受长壁采煤法时，随着采工作面的不断向前推动，暴露出来的上覆岩层在矿山压力的作用下，将产生变形、移动和破坏。
依据破坏状态不同，上覆岩层可划分为三个带(图3－l)。
冒落带。
指承受全部垮落法治理顶板时，采煤工作面放顶后引起的煤层直接顶的破坏范围(图3－l，Ⅰ)。
该局部岩层在采空区内已经垮落，而且越靠近煤层的岩石就越紊乱、裂开。
在采煤工作面内这局部岩层由支架临时支撑。
裂隙带。
指位于冒落带之上、弯曲带之下的岩层。
这局部岩层的特点是岩层产生垂直于层面的裂缝或断开，但仍能整齐排列(图3－l，Ⅱ)。
弯曲下沉带。
一般是指位于裂隙带之上的岩层，向上可进展到地表。
此带内的岩层将保持其整体性和层状构造(图3－l，Ⅲ)。
生产实践和争论说明，采煤工作面支架上受到的力远远小于其上覆岩层的重量。
只有接近煤层的一局部岩层的运动才会对工作面四周的支承压力和工作面支架产生明显的影响。
所谓采煤工作面矿山压力掌握，也就是对这局部岩层的掌握。
8.8m超大采高综采工作面覆岩活动规律研究
第52卷第12期煤炭工程C O A L E N G I N E E R I N G Vol. 52，No. 12doi：10.11799/ce2020120138.8m超大采高综釆工作面覆岩活动规律研究杨俊哲(国家能源集团神东煤炭集团有限责任公司，陕西神木719315)摘要：为了掌握浅埋深8.8m以上特厚煤层一次采全高开采覆岩活动规律，以上湾煤矿8.8m 超大采高综采工作面为研究对象。
利用理论计算，相似模拟以及数值模拟等方法，通过顶板位移深基点观测、微震监测、矿压监测等多种手段，将远场覆岩活动与近场矿压显现相结合，对8.8m超大采高综采工作面采场覆岩运移规律和顶板结构形式进行研究。
推演得出浅埋深8. 8m超大采出空间下覆岩垮落的结构模型，揭示了工作面远场顶板断裂与垮落时空演化规律，分析了8.8m超大采高综采工作面矿压机理及支架与围岩的力学关系，为类似条件下特厚煤层综采工作面支架选型及安全高效开采提供理论及技术指导。
关键词：浅埋煤层；超大采高；覆岩结构模型；上覆岩层；矿压显现规律；支架-围岩关系；微震监测中图分类号：TD325 文献标识码：A文章编号：167卜0959(2020) 12-0055-06Overburden activity law of 8. 8m super-high-cutting fully-mechanized working faceY A N G J u n-z h e(C H N Energy Shendong Coal Group, S h e n m u 719315, China)Abstract ：In order to grasp the overburden activity law of full-seam mining in shallow-buried extra—thick coal s e a m thicker than8. 8m,based o n the engineering background of 8. 8m super -high fully m e chanized mining face in S h a n g w a n Coal M i n e,theoretical calculation,similar simulation and numerical simulation are carried o u t,a n d through observation of roof displacement at d eep base point, microseismic monitoring, monitoring of ore pressure a n d other m e a n s,the far-field overburden activity is analyzed combining with near-field m i n e pressure behaviors, the law of overburden migration a n d roof structure is studied for the8. 8m super high cutting fully m echanized mining face. Structure mo d e l of the overlying strata caving is obtained for the shallow-buried 8. 8m s uper-high m i n e d out space, the space-time evolution law of far field roof fracturing a n d caving is revealed, the m i n e pressure m e c h a n i s m of the 8. 8m super-high-cutting fully-mechanized working face a n d the mechanical relationship between the support a n d surrounding rock are analyzed. T h e study can provide theoretical a n d technical guidance for the support selection,a n d safe a n d efficient mining in ultra-thick s e a m fully m e chanized mining face under similar conditions.K e y w o r d s：shallow d e p t h；supper - high - cutting；structure m o d e l of overlying strata；overlying strata；m i n e pressure behavior；relationship b e tween support a n d surrounding rock我国煤炭在一次能源消费中的比例达60%以上[1]。
采场上覆岩层移动规律
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
深井近距离煤层工作面上覆岩层运动规律
上覆岩层运动及矿压显现规 律 ， 对煤矿安全高效开采具有一 定指导意义 。 关键词 ： 深 井 开采 ； 高 当工作 面 ； 采动应力； 矿 压 显 现
东海 矿六 采 区 目前主 采 的 ３ ４ ＃ 上 左六 采 面开采 深 度距 地表 达 已 ４ ． １ 上顺槽超前设备安装位置。１ ＃测力仪安装在距 ＿ Ｔ作面上顺槽 经到 ８ ６ ０ ｍ， 回采过程中巷道煤柱留设根据以往回采经验， 工作面支护 １ ５ ２ ５ ｍ处外帮 （ 当回采到 １ ＃表位置时将其外撤 ，重新安装在距 面 强度参数尚缺科学依据 ， 回风巷变形破坏严重 ， 尤其工作面超前支护 １ ５ ～ ２ ５ ｍ处 ） 。２ ＃ 测力仪安装在距工作面上顺槽 １ ５ ￣ ２ ５ ｍ处 内帮（ 当回 ３ ０ ｍ的范围， 经常发生顶板支护钢带扭 曲变形 、 断裂 、 伪顶脱落 、 锚杆 采到 ２ ＃表位置时将其外撤 ， 重新安装在距面 １ ５ ２ ５ ｍ处 ） 。 变形失效 ， 在采动应力影响下 ， 巷道变形严重 ， 影响了矿井通风和运输 ４ ． ２ 应力分布特征分析。 行人， 不能满足现代矿井安全高产 、 高效的生产要求。 通过对采煤Ｔ作 ｌ ＃测力仪压力分析 面现场矿压观测 ，总结出采场上覆岩层的运动与支承压力分布规律 ， ７ 月１ ８日 １ ｝ ｝ 测力仪安装在上顺槽距工作面 ２ ４ ｍ位置；
２ ． ２ 超 前支护 压力 监测 。 Ｙ ＨＹ － ６ ０测力 仪安装在 上巷 超 前 支护距 工作 面 １ ５ ～ ２ ５ ｍ 之间两台， 监 测 超前 上 覆 岩层
可 知 ７月 １ ４ 日时 应 力
Ｏ
； ； ； 。 Ｅ ５ ； 翌 ； ｇ 《 ； 《 毒 ｇ 意
民 营科技２ ０ １ ４ 年第２ 期
科技 论 坛
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 。
上覆岩层在采煤工作面推进方向上的运动发展规律RTF 文件
上覆岩层在采煤工作面推进方向上的运动发展规律随着采煤工作面的推进，煤壁前方的支承压力及支架上显现的压力都在不断的变化，采煤工作面矿压显现的发展变化规律是由对其有影响的上覆各岩层的运动发展规律决定的，除岩层运动的纵向发展规律影响外，还受推进方向的发展规律所影响，因此必须进一步研究岩层运动在推进方向上的发展规律。
一、采煤工作面上覆岩层运动的发展阶段采煤工作面在推进过程中，由于上覆各岩层承受的矿山压力大小不同支承（约束）条件的差别，就其运动发展状态来说可分为初次运动和周期性运动阶段。
1、初次动动阶段从岩层由开切眼开始悬露，到对工作面矿山压力显现有明显影响的一两个传递岩梁初次裂断运动结束为止为初次运动阶段（图2-a、图2-b）。
其中包括直接顶岩层初次垮落和基本顶的初次来压。
该阶段岩层两端由煤壁支撑，其受力状态可视为两端嵌固梁。
采煤工作面各岩层初次运动在采煤工作面的压力显现称为初次来压。
由于任何岩层初次运动步距相对正常情况下的运动步距要大得多，因此初次来压运动来压面积大，强度高，并且可能伴随有动压冲击，在控制岩层运动和矿压显现时，一定要十分注意动压的冲击，以保证采煤工作面在初次来压期间的安全。
2、周期性运动阶段从岩层初次运动结束到工作面采完，顶板岩层按一定周期有规律的断裂运动，称为周期性运动阶段（图2-c、图2f)。
在此发展阶段，岩层的约束条件发生了根本性变化，直接顶岩层在采煤工作面里为一端固定的悬壁梁，直接顶上方各岩梁为一端由煤壁支承，另一端则为由采空区矸石支承的不等高的传递岩梁。
此时，运动步距较初次运动步距小得多。
岩层周期性运动在采煤工作面引起的矿压显现称为采煤工作面的周期来压。
这个阶段岩层的完整性比初次运动前差，运动步距又比较小，因此控制岩层运动和矿压显现和要求也不同。
当两种运动来压强度差别很大时，不仅要尽可能扩大推进方向上的距离，而且支架的选型和设计必须分别处虑。
显然，如果按初次来压设计和选择支架，周期来压阶段支架的阻力不能充分发挥，将带来较大浪费。
大采高综采工作面上覆岩层运动规律研究
破坏 程度 加 大 。顶 板 下 沉 量 随 着 采 高 的增 大 而 增 加 ， 进而 变形 量相 应增 大 。 （ ２ ） 采煤方法和顶板管理 作为影响覆岩破坏 的重要 因素之一 ， 采煤 方法被 广泛 研究 。覆 岩 被破 坏 的空 间 形态 以及 高 度 由顶 板 的 管理方式决定 。工作面上 的覆岩层会 因为实施全部垮 落法 管 理顶 板 而 形成 “ 三带” ； 覆 岩 的开 裂 性 破 坏 则 是 由于实施 充 填法 管理 顶板 所 致 ， 较 之 上 一方 法 ， 此 法 顶 板 下沉 量要 小 。此结 论也 已在 实 际工作 中得 到证 实 。 （ ３ ） 岩性 岩 性包 括岩 性 力 学 性 质 和 层 间结 构 ， 两 者 共 同影 响覆岩 的破 坏 高度 。根 据 岩层 的硬 度不 同大 体可 以分
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ８－ ０ １ ５ ５ ． ２ ０ １ ４ ． ０ ２ ． ０ ７ ９ 中图分 类号 ： Ｆ ４ ０ ３ ． ７ ； Ｔ Ｄ ３ ２ 文献标 志码 ： Ｂ 文章编号 ： １ ０ ０ ８—０ １ ５ ５ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ２— ０ １ ２ ７－ ０ １
近几 年 随 着 采 煤 技 术 的不 断 发 展 ， 大 采 高 技 术 已 经被 广泛 采 用 ， 国 内外 大批 学 者 对 此 也越 来 越 重 视 ， 这 已经成为采煤发展的主流方 向。但是伴随技术 的不断 发展 ， 相 应 的 问题 也 是 层 出不 穷 ， 如 覆 岩 运 动加 剧 、 地 表严重塌陷等。所以研究大采高覆岩运动规律就有很 强的现实指导意义。本文对上覆岩层运移及破断基本 规律 、 覆岩层运移及破断规律的主要影响因素、 工作 面 顶板岩层垮落规律理论分析 、 裂缝带 岩层 的岩体结构 分析一一进行探讨 ， 针对 这些因素找出行之有效 的解 决 措施 。 １工作面 上 覆岩层 运 移及破 断 基本 规律 采 空 区上 的覆 岩层 会 因煤 层 的开 采 而发 生 移 动 变 形， 产生三个不同的变形 带 ： 弯 曲下沉带 、 冒落带 以及 裂 缝带 。下面将 对其 分别 进行 介 绍 。 （ １ ） 弯曲下沉带一导水裂 隙带顶界 到地表 的那部 分岩层 。因此带呈整体移动 ， 所以又叫作增提移动带。 （ ２ ） 冒落带一上覆岩层在煤层开采出后失去平衡 ， 开采空间被 自直接顶冒落充满。次 区域又可分为规则 冒落带和不规则冒落带 。不则 冒落带是指层 的不规则 堆 积 于采 空 区 ， 而 规 则 冒落 带 则 指 不 连 续 覆 盖 于 不 规 则 冒落 带 之上逐 渐增 大甚 至 似层状 断 块 的岩块 。 （ ３ ） 裂缝带一因 冒落带上方岩层的受力弯 曲超过 本身的强度极 限， 导致 出现离层裂缝或是垂直裂缝 ， 最 终断裂。此过程是连续发展 的， 一直延伸到上覆岩层 ， 这部分被称作裂缝带。 ２工作 面上 覆 岩 层 运移 及 破 断 规 律 的 主 要 影 响 因 素 覆岩 的倾角 、 岩性 以及组合 的不同 ， 它的移动和破 坏规律也大不相 同。 冒落 带、 裂缝带 的高 度因为煤层 顶板覆岩的坚硬程度（ 坚硬 、 中硬 、 极软弱岩层等 ） 不 同 而有所差异。覆岩层 的破 断受多重 因素 的影 响 ， 主要 原 因如 下所 示 ： （ １ ） 采高 作 为影 响覆 岩 层 破 坏 的 根 本 因素 ， 随 着 采 高 的增 大 和采 出空 间 的增大 ， 覆 岩层 活动 高度 也就 越大 ， 导 致
大众煤矿12081工作面上覆岩层运移规律研究
大众煤矿12081工作面上覆岩层运移规律研究摘要:大众煤矿12081采场围岩运移是一个动态的过程,动态过程有两层内容,一是随着时间变化的动态过程,二是随支护力不同而变化的动态过程。
关键词:围岩运移支护控制大众煤矿12081采场围岩运移是一个动态的过程,动态过程有两层内容,一是随着时间变化的动态过程,二是随支护力不同而变化的动态过程。
如图1为合理支护条件下围岩运移状态,平衡结构下方岩层厚度为15m～19m,距离支柱较远,支柱上方顶板发生离层的可能性较小,采场处于安全状态下。
如图2所示为低支护载荷条件下围岩运移状态,支护顶板距平衡结构8m～12m,平衡结构对采场的影响较大,由于支护力过小,顶板易发生离层,支护状态差。
钻孔资料表明:二1煤直接顶板多为砂质泥岩、泥岩和少量粉砂岩及细中粒砂岩。
直接顶厚1.03m～11.81m。
直接顶之上为细、中粒砂岩老顶,局部为粉砂岩,多为浅灰色,成分以石英为主,长石、岩屑次之,厚层状,硅、钙质胶结,局部裂隙发育。
把电镜分析、力学特性测试、数值模拟结果、矿井钻孔资料相比较可见:二1煤层直接顶板多为砂质泥岩和泥岩,岩石抗压强度较高,属易管理顶板。
必须控制好支柱上方顶板8m～15m岩层,保持其稳定性,最大限度地阻止其发生离层,或者使离层的幅度及其可能性达到最小。
(如图1图2）1 生产过程顶板移动规律1.1 落煤和放顶落煤和放顶是影响12081工作面顶板动态的主要生产过程(或工序),可得采煤时顶底板移近量平均值较小,为199mm,其影响范围中下部60m。
放顶时顶底板移近量平均值较大,为270mm,其影响范围上部60m。
距煤壁4.1m处,顶底板移近量,在放顶过测点时最大平均值为430mm。
国内外单体液压柱工作面的统计资料表明:采煤时,顶板移动速度可达0.5～0.4m/h,是平时的数倍;放顶时的影响通常是采煤时的3～4倍,生产准备时的20～30倍。
因此,在放顶时,对工作面顶板的影响最大。
综采工作面上覆岩层稿动破坏规律研究
煤为研究对象进行相似模拟实验研究。 模型从 开切眼开始推进 ， 在距煤层底 板 １ 、 ｍ 煤层 中以及距煤 层顶 板分别为 ５ １ｍ、５ 、５ ４ ｍ ５ ｍ、５ 、５ ８ ｍ和 ｌＯ ｍ、５ ２ ｍ ３ ｍ、５ 、５ ６ ｍ ７ｍ、５ Ｏ ｍ的水平 位置分别布置 ｌ ～ｌ 号十 二条 监测线 ， 号 ２ 在每条监测线上每 隔 ４ ｍ布 ０ 置一个测点 。 利用应变仪监 测岩层 的变形特征 。 开采过程 中应变的变化 是 由计算机控制的 Ｙ Ｄ ７ Ｊ 一２ 静动态 电阻应变仪数控 自动巡回监测系统 采集应变信息。 首先在模 型左边开设切 眼 ， 眼宽度 ８ ｒ 工 作面在 推进过程 中 ， 切 ｅ， ａ 推进到 ４ ｍ时 ，直接顶出现很微弱 的裂隙现象 ；当工作 面推进 到 ７ ｒ ｅ ｅ ａ 时， 裂隙现象 明显 ， 并开始 出现 部分垮落 ； 当工 作面推进 １ｅ ２ｍ时 ， 直接 顶垮落完 全 ； 随着工作 面的继续推进 ， 直接顶垮落 面积增大 ， 老顶 岩层 呈 现微弱弯曲下沉趋势 ， 在岩层 内产生微纵 向裂隙 ； 并且 暴露 顶板 的面 积增大 ， 当工作面推进 ３ｅ 时 ， ４ｒ ａ 老顶岩层 出现初 次垮落 ， 初次垮 落步 距为 ３ ｅ 。随着 工作 面的继续推进 ， ４ｒ ａ 顶板呈现周期性垮落 ， 周期来压步
沉量较大 。
停采线 附近 ： 在停采线 附近 ， 经过宏观测试整个 冒落带 的发展高度 为 １． ｅ 约为采高 的 ４ 倍左右。 ３ ５ ｍ， ． ５ 通过测试 岩层 断裂 角为 ５ 。而裂 隙 ３； 带 的发育高度达 到 ５ ｅ ０ｍ，约为采 高的 ｌ ．倍 左右 。裂 隙发 育高度 为 ６ ７ ５ ｅ ，在 距煤层顶板 ０ ０ｃ ０ｍ ～５ ｍ范 围内裂 隙互相 沟通 ，在距煤 层顶板 ５ｅ ０ ｍ以上虽有裂 隙发育但互相不沟通 。 （） ２ 覆岩垂直移动规律 煤层被采 出之后 ，其顶板及上覆岩层 的原 始应 力平衡状态遭到破 坏 ，从而使岩层发生运动和变形 。由于沿走 向方向布置三条位移观测 图 ３Ｉ测线上测点下沉曲线 ｌ ｌ 由图 １ ３ 以上数据可 以得 出： 一图 及 上覆岩层移 动过程 随区域和时
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。
寺家庄煤矿15106采煤工作面覆岩裂隙“三带”规律研究
Vol. 30 ! No. 3Mar 2021第30卷第3期2021年3月中国矿业CHINA MINING MAGAZINE寺家庄煤矿15106采煤工作面覆岩裂隙“三带”规律研究余北建(阳泉煤业(集团)有限责任公司,山西阳泉045000)摘要：为研究寺家庄煤矿15106工作面回采过程中上覆岩层裂隙的动态发育规律，基于工作面覆岩地 质条件，采用理论分析、数值模拟和相似模型实验的方法研究覆岩裂隙的发育，并划分“三带”。
依据矿业控制理论，得到垮落带高度为14.37〜17.25 m,裂隙带高度为54.8〜72.6 基于UDEC 软件，模拟得到 k 2石灰岩底板距离煤层顶板18 m 为跨落带高度，毗石灰岩底板距离煤层顶板66 m 为裂隙带高度&根据相似模型实验得到垮落带高度为18 m,裂隙带高度为64 理论分析、数值模拟和模型实验得到覆岩“三 带”高度基本一致，以坚硬的石灰岩高度为准，确定垮落带高度18 m,裂隙带高度66 m,为高抽巷层位选取 提供了一定的理论指导&关键词：覆岩；裂隙；UDEC 软件；相似模型；三带中图分类号：TD821 文献标识码：A 文章编号：10044051(2021)03019305Study on the “three zones ” of overburden fracture in the 15106 coalface of Sijiazhuang coal mineYU Beijian(Yangquan Coal Industry (Group ) Limited Liability Company ， Yangquan 045000， China )Abstract : In order to study the dynamic development law of overlying strata fissures during the miningprocessof15106 workingfaceinSijiazhuangcoalmine !basedonthegeologicalconditionsoftheoverlying strataoftheworkingfacetheoreticaldevelopmentnumericalsimulationandsimilarmodelexperimentsareusedtostudythedevelopmentofoverburdenfractureszones Accordingtothe miningcontroltheory the heightofcavingzoneis14 37-17 25 m !andtheheightoffracturedzoneis54 8-72 6 m Based on theUDEC software,the simulation results show that the k 2 limestone floor is 18 m from the roof of the coal seam and the height of the k 4 limestone floor is 66 m from the roof of the coal seam. According to thesimilarmodelexperiment !theheightofcavingzoneis18 m !andtheheightoffracturedzoneis64 m. Theoreticaldevelopmentnumericalsimulationandmodelexperimentsshowthattheheightof “threezones ” oftheoverburdenisbasica l ythesame.Basedontheheightofthehardlimestonetheheightofcavingzoneis18 m !andtheheightoffracturedzoneis66 m.Theresultsprovidesometheoreticalguidancefortheselectionofhighdrainagelanes.Keywords : overlying rock ； fracture ； UDEC software ； similar model ； three-zone传统“三带”理论认为1，工作面向前推进，顶板 岩层悬露继而破坏垮落，在顶板垮落过程中，上覆岩层可形成垮落带、裂隙带和弯曲下沉带，三个岩层移动和变形各有特点的空间区域。
综采工作面上覆岩层运移规律研究
规 律 ， 瓦 斯抽 采 技 术 的 实施 及 工作 面 合 理 布 置 提 供 了理 论 基 础 。 为
关键词 ： 综采 ； Ｐ ＵＤＥ 数值 分 析 ＲＦ Ａ； Ｃ；
２ １ 年第 ４期 ０１
中州 煤 炭
总第 １４ ８ 期
综 采 工 作 面 上 覆 岩 层 运 移 规 律 研 究
荆 现 锋 ， 振 顶 李
（ 煤 股份 五矿 ， 南 平 项 山 平 河 ４７９ ） ６ ０ １
摘 要 ： 分 析 综 采 工 作 面 开 采过 程 中 顶板 离层 、 为 冒落 、 落 、 隙发 育 贯 通 情 况 ， 垮 裂 以平 煤 股 份 五 矿 地 质 条 件 为
总第 １４期 ８
（ ） 丁 作 面推进 至 ７ 图 ２ ） 顶 板 冒落 高 ５ 当＿ ０ｍ（ ｅ ， 度基 本稳 定在 １． 裂 隙发育 ‘ 至 ４ 左 右 ； ７ ５ｍ， 展 ２ｍ
但 是 冒落 带 上 方 岩 层 发 育 的 裂 隙 主 要 为 水 平 离 层 裂
（） ６ 当工 作 面推进 至 ８ 图 ２ ） 顶板 冒落 高 ０ ｍ（ ｆ， 度依 然稳 定 在 ｌ ． Ｉ裂 隙发 育 高度 在 ４ ７ ５１， Ｔ ２Ｉ 右 ， ｎ左 裂 隙发 育基 本稳 定 ， 空 区 的 中 部裂 隙开 始 压 实 闭 采
在 数值计 算 过程 中对性 质相 近 的岩 层作 合并处 理 ， 岩层 间加人 强度很 小 的薄弱 层作 为层理 ， 在 采用 平 面应 变模 型 ， 边界 以上覆 岩层 等效 载荷 约束 ， 上 两 端 和底 边 固定 约束 … ， 学模 型如 图 １ 力 ａ所示 。模 型
上覆岩层在采煤工作面推进方向上的运动发展规律-续四Microsoft Word 文档
上覆岩层在采煤工作面推进方向上的运动发展规律（续四）
四、岩梁运动的基本参数
为了深入细致地研究岩层运动的发展规律，必须建立一套既符合岩层运动客观实际，又易于生产中标记的参数，对岩梁在各个运动阶段的运动状态进行描述。
（一）初次运动阶段的基本参数
１、表达岩梁运动过程的基本参数这些基本参数包括岩梁的相对稳定步距b0、岩梁的显著运动步距a０和岩梁的初次来压步距c0其相互关系为
C0=a0+b0
２、表达来压结束时刻（显著运动结束时）岩梁位置状态的参数１）来压结束时的采煤工作面下沉量△h0A
该下沉量取决于支架对顶板的工作状态（控制程度）。
当支架对岩梁运动不进行限制（即采取“给定变形”工作状态）时，来压结束时的采煤工作面顶板下沉量以△h0A表示，其大小与岩梁的初来压步距c0、采高、直接顶厚度等有关。
当支架对岩梁来压结束时的位置进行限制（即采取“限定变形”要作状态）时，以△h0表示，其大小由工作面支护强度决定。
２）来压结束时的岩梁跨度
来压结束时的岩梁跨度同样也是由支架对顶板的工作状态决定。
在“给定变形”条件下，来压结束时的岩梁跨度以L 0A 表示，其大小由岩梁运动步距决定；在“限定变形”条件下以 L ０表示，其大小由支护强度决定。
在”给定变形”条件下，来压结束时采煤工作面顶板下沉量△h 0A 和岩梁跨度L 0A 存在下列关系，即
△h 0A =
A L kA mz h Lk 0)]1([--≈0)]1([2C kA mz h Lk --
式中 h-采高，m
m z -直接顶厚度，m
3)表达来压前夕岩梁的位态参数
包括初次来压前夕岩梁的最大跨度（L 0′=b 0′)和初次来压前夕采煤工作面最小顶板下沉量h 0′。
采煤工作面上覆岩层移动规律
第一节
一、回采工作面顶、底板的划分：
概
述
1、顶板： 伪 顶—位于煤层之上，薄而软弱的岩层； 直接顶— 直接顶—位于煤层或伪顶之上一层或几层性质相近岩层； 老 顶—位于直接顶或煤层之上厚而坚硬的岩层（基本顶）； 2、底板： 直接底——位于煤层之下的岩层（为古土壤）； 直接底——位于煤层之下的岩层（为古土壤）； 老 底——直接底之下的岩层。 ——直接底之下的岩层。
第三节 老顶的移动规律
1、老顶的缓慢下沉 若采高小，直接顶厚度大，直接顶可能呈不规则垮 落而充满采空区。此时，老顶可以以缓慢下沉的形式运 动。 2、老顶呈长岩梁断裂 当直接顶厚度较小或工作面采高较大时，直接顶冒 落后不能充满采空区，在已冒落矸石与老顶岩层之间有 一定的自由空间。自由空间的高度可由公式计算：
一、压力拱假说： （1928，德国，哈克） 1928，德国，哈克） 压力拱假说：
在上覆岩层中，形成一个 在上覆岩层中， 压力拱” “压力拱”，前方煤壁及后方垮 落矸石分别为拱的两脚， 落矸石分别为拱的两脚，工作面 处于拱的保护之下。 处于拱的保护之下。 “压力拱”将随工作面的推 压力拱” 进而前移。 进而前移。
五、“砌体梁”理论： （1978，钱鸣高，中国） 1978，钱鸣高，中国）
在上覆岩层中存在由断裂岩块组 成的“砌体梁”，因岩块相互挤压， 形成承载结构。 上覆岩层可以硬岩为底划分若 干组，软岩为载荷； 硬岩断裂，岩块间相互挤 压成铰接关系； 铰接岩块在某些条件下可 形成平衡体。
ห้องสมุดไป่ตู้
六、传递岩梁（宋振骐） 煤矿重大事故预测和控制决策体系建设的 指导思想应当以控制事故发生的岩层运动 条件和应力场应力大小分布条件为核心。 解决以岩层运动和应力场应力大小分布为 核心的相关信息采集（包括理论计算和现 场实测）问题。 煤矿重大事故的发生及其有效控制几乎都 同时与岩层运动和应力场应力的大小和分 布条件有机的联系在一起。与应力条件直 接相关的事故，包括瓦斯事故、冲击地压、 底板突水等，其应力条件的实现都是一定 采动条件下岩层运动和破坏的结果。
巨厚煤层综采放顶煤工作面上覆岩层移动规律研究
2009年第5期能源技术与管理巨厚煤层综采放顶煤工作面上覆岩层移动规律研究黄春光，周俊帆，王飞（河南理工大学能源学院，河南焦作454003）［摘要］针对义煤集团千秋煤矿巨厚煤层（平均21.8m）综采放顶煤采场上覆岩层的垮落特征及所形成的结构，以千秋煤矿的地质和开采条件为依据，通过相似模拟和数值模拟研究，分析了上覆岩层移动规律、破坏特点及垮落后的结构形态，得出了综放采场上覆岩层移动规律和上覆岩层应力的变化规律。
［关键词］巨厚煤层；综放开采；上覆岩层；相似模拟；数值模拟［中图分类号］TD325［文献标识码］B［文章编号］1672蛳9943(2009)05蛳0082蛳031概况义煤集团千秋矿21181工作面开采煤层为二1煤，煤层为黑色块状及粉未状，结构复杂，含矸3~6层，夹矸岩性分别为粉砂岩，细砂岩及泥岩，煤体干燥，松弱破碎，煤层厚度变化较大，16.81~ 26.78m之间，平均21.79m。
煤层平均倾角12°，煤层较为平稳。
采用ZFSB a-4400A-18.2/28型低位放顶煤支架，两采一放、采放平行，放煤步距1.2m。
煤层直接顶为泥岩，厚度37m，盘区内东薄西厚，泥岩抗拉强度1.56~2.37M Pa，抗压强度18.0MPa，抗剪强度0.38M Pa。
老顶以砾岩、细砂岩、泥岩互层为主，具有透水性。
工作面走向长度：上巷长1035m，下巷长1039m，平均长1037m，方位N89°34′W，倾斜104m（切眼），采深616.5~702.5m，平均采深659.5m，可采面积124300m2。
2相似模拟实验相似模拟试验是以相似理论为基础的实验室模型试验技术，利用事物或现象间存在的相似和类似等特征来研究自然规律的一种方法。
适用于那些难以用理论分析方法获取结果的研究领域，同时也是一种用于对理论研究结果进行分析和比较的有效手段［1］。
本文以义煤集团千秋矿二1煤为研究对象进行相似模拟实验研究。
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回采工作面上覆岩层移动规律的分析
作者：曹仁华
来源：《山东工业技术》2014年第09期
【摘要】不同地区的煤层赋存条件往往存在着很大的差异，由此而造成的综合机械化开采过程中的矿压显现特征也会有很大程度的不同，因此，针对不同矿区具体的煤层开采主、客观条件，对采场矿压显现特征进行有针对性的研究，运用数值计算方法对采场周围应力场分布、顶底板岩层稳定性、支架对围岩的支护效果等进行了分析，掌握老顶的初次断裂步距，对采场来压进行预测预报，并据此制定有针对性的矿压控制技术措施，来保证矿井安全高效生产。
【关键词】工作面；覆岩；移动；规律；分析
1.有关采场覆岩活动规律的重要性
综合机械化采煤理论及技术已取得很大发展，综合机械化采煤的安全性、经济适用性等已经得到很大提高；综采工作面矿压控制理论技术研究手段、研究成果也有很多。
但是，不同地区的煤层赋存条件往往存在着很大的差异，由此而造成的综合机械化开采过程中的矿压显现特征也会有很大程度的不同，因此，针对不同矿区具体的煤层开采主、客观条件，对采场矿压显现特征进行有针对性的研究，并据此制定有针对性的矿压控制技术措施，仍是保证安全高效生产必不可少的前提工作。
2.顶板垮落距的计算
2.1直接顶垮落
煤层开采后，将首先引起直接顶的垮落。
回采工作面从开切眼开始向前推进，直接顶悬露面积增大，当其达到其极限跨距后开始垮落。
直接顶第一次大面积垮落称为直接顶初次垮落。
直接顶初次垮落的标志是：直接顶垮落高度超过1～1.5m，范围超过全工作面长度的一半。
此时直接顶的跨距称为初次垮落距。
初次垮落距的大小由直接顶岩层强度、分层厚度、直接顶内节理裂隙的发育程度所决定，它是直接顶稳定性的一个综合指标。
2.2基本顶的断裂
随着工作面自开切眼开始推进，基本顶达到初次断裂时的跨距称为极限跨距，也称初次断裂步距。
掌握老顶的初次断裂步距，对采场来压的预测预报、岩层移动的计算与控制具有重要的作用。
基本顶的梁式断裂
图3-1 基本顶两端固支梁受力分析
（1）（2）
式中，M—该点所在断面的弯矩；
y—该点离断面中性轴的距离；
Jz—对称中性轴的断面矩。
若取梁为单位长度，由上式知任一点A的正应力，剪应力。
根据固支梁计算，最大弯矩发生在梁的两端，则：
按拉应力最大时达到抗拉强度极限时可知：；若按最大剪应力计算：。
在上述各关系中，关键是确定基本顶岩层梁所承受的载荷q。
一般老顶上方的岩层由好几层组成。
因此，基本岩梁的极限跨距所应考虑载荷的大小，须根据各层之间的相互影响来定。
图3-2 岩层载荷计算图
计算假设条件：
①岩层载荷为均匀分布。
②直接顶上方共有m层岩层。
其中第一层岩层所控制的岩层达n层。
1~n层岩层同步变形，形成组合梁。
③各岩层厚度hi、体积力γi、弹性模量Ei（i=1,2,....,m）。
据组合梁原理，组合梁上每一截面上的剪力Q和弯矩M都由n层岩层各自小截面承担。
其关系为：
Q=Q1+Q2+…+Qn,M=M1+M2+…+Mn
但是，每个岩层梁在其自重应力作用下形成的曲率是不同的，根据材料力学，曲率
ki=1/i，它与弯矩(Mi) x的关系为：。
此时由于各层岩层组合在一起，上下层的曲率必然趋于一致，从而导致各层弯矩重新分布。
形成如下关系：
即，而，
而
由于dM/dx=Q，故
且dQ/dx=q，则
式中，qx=γ1h1+γ2h2+…+ gnhn，J1=bh13/12， J2=bh23/12，…， Jn=bhn3/12 ；（ q1）x 即为考虑到n层对第一层影响时形成的载荷，即（qn）1 。
由此可得老顶上载荷计算公式：。
4.结论
通过运用数值计算方法对采场周围应力场分布、顶底板岩层稳定性、支架对围岩的支护效果等进行了研究，掌握老顶的初次断裂步距，对采场来压进行预测预报；并且在工作面推进过程中，首采工作面矿压观测从支架圆图仪、综合测站、超前支护测力计、表面位移的数据基本要做到每天进行收集并整理，对采场矿压显现特征进行有针对性的研究，并据此制定有针对性的矿压控制技术措施，来保证矿井安全高效生产。
【作者简介】
曹仁华，（1967-）男，汉族，山东新泰人，大学学历，助理工程师，现任新矿集团华恒矿业公司安监处副处长，研究方向，安全管理及矿工程。