矿山压力及其控制.pptx

第二节 工作面矿山压力的显现规律
顶板岩层越坚硬，顶板压力分布越均匀，支承压力 的集中程度就比较小。例如，砂岩顶板，支承压力 的影响范围可达到工作面前方100m左右；泥质页岩 顶板，支承压力的影响范围不到30m～40m。若顶 板的裂隙发育，则支承压力比较集中，影响范围也 较小。
底板岩层坚硬，支承压力影响范围大，但集中程度 小。
由于顶板预先下沉，可能产生裂隙，因而增加了工作面和工作面前方区 段平巷的压力。为了防止区段平巷的支架压坏，事先必须采取措施， 如增设抬棚、斜撑支架等。
工作面的煤壁，在支承压力作用下，产生变形破坏，导致煤壁破碎片帮 成斜面；破碎范围与煤质硬度和支承压力大小有关，一般为1m～3m； 工作面前方煤壁内支承压力的峰值，向煤壁内转移，增压区（支承 压力区）斜向煤壁里面；减压区扩大；稳压区向煤壁里面转移。
在采煤工作面上下两端的区段煤柱内，也由于采煤和掘进区 段平巷而形成支承压力，它的分布特征和工作面前方的支承 压力基本相同。当采煤工作面推进较长距离后，区段煤柱内 的支承压力，可随顶板垮落而逐渐消失。
第二节 工作面矿山压力的显现规律
（二）影响支承压力大小、分布的因素
支承压力的大小及其分布与顶板悬露的面积和时间、开采深度、采空区 充填程度、顶底板岩性、煤质软硬有关。
根据我国岩层的实际情况，一般把直接顶分为三类：
一类直接顶（不稳定）——回采时不及时支护，很易造成 局部冒顶，如页岩、煤皮、再生顶板等；
二类直接顶（中等稳定）——顶板虽有裂隙，但仍比较完 整，如砂质页岩；
三类直接顶（稳定）——顶板允许悬露较大面积而不垮落， 直接顶完整，如砂岩或坚硬的砂质页岩。
第一节 煤层围岩分类
基本顶（老顶）分类尚无统一规定，现根据基本顶 对工作面的压力（初次和周期来压）及初次来压的 步距，把老顶分为四类介绍如下：
Ⅰ类基本顶——初次和周期来压不明显，来压时缓和无冲 击。来压的大小相当于或小于6～8倍采高的顶板岩层重 量。初次来压步距大于25m。
Ⅱ类基本顶——初次和周期来压很明显，来压的大小相当 于8～12倍采高的顶板岩层重量。初次来压步距大于 25m～50m。
煤质坚硬，支承压力比较集中，影响范围较小；反 之，煤质松软，变形和破坏程度越大，则支承压力 分布范围越大，集中程度越低。
第二节 工作面矿山压力的显现规律
（三）支承压力显现规律
由于支承压力的作用，可导致顶板预先下沉、煤壁破碎片帮、产生冲击 地压、煤和沼气突出等现象。
在支承压力的作用下，工作面前方尚未悬露的顶板，已经开始下沉。一 些实际资料表明，顶板下沉量可达15mm～60mm，甚至达100mm。 当顶板比较坚硬，煤层较厚或较软时，顶板下沉量较大。
采空区顶板悬露面积越大，时间越长，顶板压力就越大，而支承压力的 分布范围和集中程度越大。
开采深度越大，悬露顶板的重量越大，支承压力也越大。 采空区充填程度越密实，煤壁内支承压力越小。例如采用全部充填时，
上部顶板下沉后，很快就会被充填物支撑，这时悬露顶板岩层的重 量转移到周围煤体上的压力就小。因此，采用全部充填法处理采空 区比采用全部垮落法处理采空区时，煤壁内的支承压力分布范围和 大小要小得多。
第二节 工作面矿山压力的显现规律
一、支承压处于平衡状态，煤体上所 受的力为上覆岩层的重力γH（γ—岩层的容重，t/m3； H—煤层距地面的深度，m）。
当在煤体内开掘切眼后，破坏了应力的平衡状态，引起应 力重新分布。这时在切割眼上部顶板内形成了自然平衡 “压力拱”。切眼上部岩体重量Q由两侧煤壁平均分担。 因此，在切割眼两帮煤体中，产生了应力集中现象，这 种集中应力称为支撑压力。它的大小为原始应力γH的 1.25～2.5倍，最大值可为原始应力的2～4倍或更大。
Ⅲ类基本顶——初次和周期来压强烈，来压的大小相当于 12～14倍采高的顶板岩层重量。初次来压步距大于 25m～50m。
Ⅳ类基本顶——平时顶板无压力，采空区悬露面积达几千 甚至上万m2不垮落，初次和周期来压时，顶板垮落常形 成狂风、巨响。初次来压步距大于50m，甚至可达 100m～150m。这种顶板多为极坚硬的厚砂岩或砾岩。
工作面围岩应力分布 a—增压区；b—减压区；c—稳压区
第二节 工作面矿山压力的显现规律
从图看出，由于采动影响的结果，在工作面前方煤体中和工 作面后方的采空区内，根据压力分布不同可分为三个区：
a——增压（支承压力）区，它的应力大于原始应力； b——减压区，它的应力小于原始应力； c——稳压区，它的应力等于原始应力。
第一节 煤层围岩分类
围岩的性质，尤其是它的力学性质对采掘工作面的压力显现影响最大。 岩石通常为脆性体，有些为弹塑性体，它的力学性质表现为：
σ压＞σ剪＞σ弯＞σ拉 抗拉强度远小于抗压强度，一般抗拉强度只有其抗压强度的
1/15～1/20 岩石破碎通常表现为拉性；有时也表现为剪性，如弹塑性岩石。 由于岩石为非均质体，组成的成分又不同，再加原生和次生的影响，从
第二节 工作面矿山压力的显现规律
煤体内开掘切割眼后应力重新分布 a—切眼宽度；Q—切眼上部岩体重量；H—煤层距地面
深度；γ—上覆岩层的容重
第二节 工作面矿山压力的显现规律
由于“压力拱”的存在，切割眼处 于减压状态。随着工作面推进，切 割眼扩大了，“压力拱”破坏而消 失，在工作面前方的煤体中，同样 产生支承压力带，其范围自工作面 前方2m～3m起直至10m～45m，有 时可达近100m，最大支承压力区， 约距煤壁5m～15m左右；在工作面 后方，当采空区充填物压实到一定 程度后，也产生支承压力带。前后 两个支承压力带，随工作面推进而 移动，即移动支撑压力。
而形成了它的复杂的力学性质—异向性。例如，岩层中具有层理、节理 等弱面，沿这些弱面方向的岩石抗拉强度，远小于其它方向的抗拉强度， 有些甚至完全失去抗拉能力。又如虽属同种岩石，由于构造裂隙影响， 它们的力学性质，往往相差很大。
第一节 煤层围岩分类
对采煤工作面影响最大的围岩是煤层顶部岩层。因 此，通常在研究煤层围岩性质时，重点研究煤层顶 板性质，至于煤层底部岩层，只有在急倾斜煤层开 采时，才具有实际意义。