矿山压力及其控制概述

❖ 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。
❖ 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。
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。
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
煤体采动前，煤体内的应力处于平衡状态，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）。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。在切割眼上部顶板内形成了自然平衡“压 力拱”。切眼上部岩体重量由两侧煤壁平均分担，在切割眼两帮煤体中产应力 集中，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。
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工作面围岩应力分布
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a—增压区；b—减压区；c—稳压区
沿空留巷 沿空掘巷
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
采 区 上
分布特征和工作面前方的支承
山
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。
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。
H
=(1.25～4)γΗ
=γΗ
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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。
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。
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直接顶和基本顶
对采煤工作面影响最大的围岩是煤层顶部岩层（顶板）。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。
直接顶：直接覆盖在煤层上部，煤层开采过后容易自行垮落为 破碎的不规则排列的岩石碎块充斥采空区；
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A
总回风巷
区段回风平巷
开 切 眼
区段运输风平巷
下区段回风平巷 9
A
（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。
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。
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。
四类直接顶（非常稳定）——煤层上方直接覆盖坚
硬难冒得基本顶，如厚层致密砂岩、Baidu Nhomakorabea灰岩等。
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❖ 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。
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。
主要内容
❖ 第11章 矿山压力及其控制
第一节 第二节 第三节
上煤层围岩分类 工作面矿山压力的显现影响 工作面支架的结构、性能和选择
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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：
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。
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第二节 工作面矿山压力的显现规律
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一、支承压力
（一）支承压力的形成
基本顶：直接顶上部岩层，直接顶破碎垮落后，虽发生断裂，
垮落，但断块仍规则排列。老顶
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根据我国岩层的实际情况，一般把直接顶分为四类：
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；
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（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。