第4章采煤工作面矿山压力显现规律

第4章采煤工作面矿山压力显现规律
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。 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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• 在工作面采空区沿倾斜作一剖面，（如图4.3所示）其分布的基本规律： • 即在采空区存在应力降低区C ，煤柱上存在高应 •力区B2 ，以及上一个工作面采空区的压力稳定区D 。
•A－原岩应力区；B1、B2－应力增高区；C－应第力4章降采煤低工作区面；矿山压D力－显应现规力律 稳定区
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•4.1.2 采场支承压力分布的基本规律 • 在工作面中部沿走向作一剖面，（如图4.2所示）。其 分布的基本规律： • 回采工作面前后方支承压力的分布可分为四个区域， • 即工作面前方的原岩应力区（A ）、应力增高区（B ）、 •工作面后方的应力降低区（C ）和应力稳定区（D ）。
•岩梁断 裂结束时
•岩梁端部 断裂前夕
•（c）
•（d） •图4.6正常推进阶段支承压力分布
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x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 ：ຫໍສະໝຸດ Baidu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）。 1）直接顶载荷 ：
第4章采煤工作面矿山压 力显现规律
2020/11/26
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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 板间相对位移。 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。
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四、倾角：
垂直层面应力↓
•顶板下沉量↓ •支柱载荷↓
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： 顶板已遭受一次破坏
1、分层顶板特点 再生顶板碎胀系数减小 平衡结构内老顶岩块跨度小
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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。
（周期来压显现一般较初次来压时有所缓和）
三、预防措施： 同初次来压，同时加强统计观测。
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， 从而有附加载荷 。
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
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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
顶结构
1）滑落失稳估算： 老顶载荷 = 两岩块重量 - 咬合处摩擦力
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2）变形失稳估算： 支撑力与顶板下沉量为双曲线关系：
•实测
•要求
即：
式中： ——实测顶板下沉量； ——要求控制顶板的下沉量； ——顶板下沉量为 时，老顶的作用力。
•
（承载系数）
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•上覆岩层运动状态与支承压力分布
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•1）支承压力大小表达式
•直接覆盖岩梁的单位重量
•来源
•
直接覆盖岩梁悬跨度部分传递至该处的作用
力
2）支承压力与支承压力显现的关系
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• 支承压力的存在是绝对的。支承压力的显现是 支承压力作用的结果，就其显现的形式和程度而 言，则是相对的，有条件的。
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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
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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 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
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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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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
顶板下沉量增大 2、矿压显现特点 支架载荷减小（动载荷小）
老顶来压步距小、强度低
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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）； （采高大，顶板活动范围大，平衡结构高远） 顶、底板相对移近量大（4.4m处达1.2m）； （采高大，老顶移动倾斜度大，顶板移动量大） 顶煤在煤壁前方较远处开始较大位移（垂直、水平）； （煤体受压，产生塑性变形，垂直缩，水平伸） 支架载荷、周期来压强度较小。 （支架顶部煤体起到缓冲作用）
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•两侧煤柱的应力分布
•图4.3 已采区及其两侧煤柱的应力分布
•A－原岩应力区；B1、B2－应力增高区；C－应力降 •低区； D－应力稳定区
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•正常推进阶段支承压力分布
•（a）
•（b） •图4.6 正常推进阶段支承压力分布
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• 原岩应力、采空区的形状和尺寸、采空区上
•影响因素 覆岩层的性质及动态、煤柱的强度及其周围采动 状况以及煤层的开采厚度等。
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•图4.2 采煤工作面前后方的应力分布
•Ⅰ－工作面前方应力变化区；Ⅱ－工作面控顶区；Ⅲ－垮落岩石松散区； •Ⅳ－垮落岩石逐渐压缩区；Ⅴ－垮落岩石压实区； •A－原岩应力区；B－应力增高区；C－应力降低区；D－应力稳定区
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•第四节 采场围岩支承压压力分布规律 •一、支承压力及基本概念
煤（矿）层采出后，在围岩应力重新分布的范围内， 作用在煤（岩）层和矸石上的垂直压力。
支承压力来源于重量。 支承压力分布范围将包括高于和低于原岩应力的整个区 域。 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4.1所示：
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第三节
老顶周期来压
一、周期来压的形成：
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——两次来压期间工作面推进距离。 （周期来压步距 = 1/2 初次来压步距）
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3rew
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
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2）老顶载荷 ： （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：
因
且
所以有： 即：
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 失稳时产生。（失稳：滑落失落、变形失稳）
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。
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三、采深： 片帮几率↑
H↑→γH↑→KγH↑ 塑性增强，变形↑ 支架载荷↑ 弹性能↑
采深对巷道影响很大，对回采工作面影响不明显。
原因： •巷道位于高应力场内，围岩承受高应力作用，变形增大。 •工作面顶板在上覆岩层平衡结构保护之下，受力变化不大。
初次来压——老顶初次断裂或或垮落前后工作面的矿压 显现称为初次来压（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）。
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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）。
有：
且：
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故有： 因为
故： 即：
其中
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由
（硬岩取小，软岩取大）
顶板下沉量与采高、控顶距成正比； 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 减少控顶时间 减少无工序下沉量。 对破碎顶板，加快推进速度，可改善顶板状况。