矿山压力理论
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➢ 假说建立的步骤： ①观察和收集实际资料； ②分析整理所积累的资料，提出假设的基本观点； ③建立分析模型，进行数学力学分析推演，一方面为确定 假说中各个基本参数间的关系；另一方面为矿山生产提 供指导；④通过一定方式检验。
2.矿山压力假说中基本观点的内容
✓ 首先是对研究对象基本属性的认识。 ✓ 其次是对研究对象及状态的认识，或把现象稳定在某
xy
wk.baidu.com
3 2
Qx( h2
4y2 h3
)
最大弯矩发生在梁两端， 该处的最大拉应力为：
12 • h • qL2
x
2 12 h3
qL2 2h2
当 max ，RT即岩层在该处的最大 拉应力达到该处岩石的抗拉极限时， 岩层将在该处被拉断，此时的极限跨距为：
✓ （3) 在压力拱内为卸载区，卸载区也同时能在底板中 形成。
✓ （4) 利用全部垮落法管理顶板时，压力拱陡峭且比较 高；用充填法时则拱平缓且拱高小。
✓ （5) 拱的高度和宽度仅取决于煤层厚度(采高)、顶板 管理方法和顶板岩石性质。
✓ （6) 压力拱是非对称性的，并且沿工作面的长度方向 没有表现。
3、几种主要矿压假说
早期矿压假说的特点：
✓ 由于开采方法的局限性，采场矿压基本建立在巷道矿 （地）压理论基础上，两者无本质区别。
✓ 矿压理论的建立，起初是以经验为基础，较多地偏重 于矿山压力显现方面的描述，由于测试手段不完善， 所以假说具有片面性和局限性。
缓倾斜煤层工作面矿压理论假说
（1）压力拱假说
3.压力拱假说的评价
✓ （1) 压力拱假说比较简明地阐述了采场围岩卸载的原因， 探讨了围岩平衡状态及其范围，对回采工作面前后支承压 力的形成及回采工作空间处于卸压区做出了一些解释。
✓ （2) 压力拱假说认为：支架压力源于拱内岩石的重量，与 支架特性及采深无关，这显然与实际情况不符。
✓ （3) 对坚硬的层状岩石，无论在巷道还是在采场，都不可 能形成拱，这对压力拱假说是不适合的。
✓ （4) 压力拱在巷道中并不是唯一的表现形式，支架压力取 决于一系列的矿山地质条件及技术条件，其中起主要作用 的是巷道围岩性质，支架特性及结构形式。在回采工作面 ，由于煤层顶底板岩性不同，顶板管理方法，支架形式及 特性以及回采工艺的差异，可能形成不同的复杂的力学结 构。这远非压力拱理论所能概括与阐明的。
用材料力学的方法可求出老顶岩梁在断裂时的跨距即极 限跨距。
两端的最大剪切力与最大弯矩：
qL
Q max R1 R2 2
M max qL2 12
在梁的中部 M qL2
24
x
梁中任意一点的正应力和剪应力为：
My Jz
My h3
12My h3
式中：M——任一截面的弯矩；
12
Q——任一截面处的剪切力； y——A点到中性轴的距离。
第3部分
梁的假说
本部分主要内容：
双支梁假说 悬臂梁假说 砌体梁假说 传递岩梁假说 弹性基础梁模型
➢ 梁的假说是近代矿压假说的显著特点。 由于对属性的梁的认识不同，有双支梁假说、悬臂梁假说、砌
体梁假说、传递岩梁假说等多种。
1、双支梁假说
双支梁假说模型见图： 认为在老顶垮落之前，老顶 弯曲下沉量很小，可忽略。
矿山压力理论
主要内容：
➢ 1.概述 ➢ 2.压力拱假说 ➢ 3.梁的假说 ➢ 4.其他几种假说及评价 ➢ 5. 采场矿压假说总结
第1部分
概述
本部分主要内容：
矿压理论的建立基础 矿山压力假说中基本观点的内容 几种主要矿压假说
1.矿压理论的建立基础
矿山压力假说是采矿科学发展的重要形式，是弄清矿山 压力及其显现规律的有效途径。
✓ 当直接顶垮落高度不充分，老顶处于悬露状态，由于回采工 作面沿倾斜方向长度远大于沿走向的悬露跨度，可将老顶岩 层视为一端由工作面煤壁，另一端由区段边界煤柱支撑的“ 梁”，即所谓双支梁假说。
✓ 按梁两端的支撑条件不同，又可分为简支梁和固定梁。
（1）固定梁
在边界煤柱的另一侧未受采动时以及在采深很大时， 一般视为两端固定的梁。
一阶段，从瞬间平衡状态来认识矿压现象。如：压力 拱假说；或考虑到现象发生的时间过程，从发展变化 状态来考察矿压现象，如传递岩梁假说。 ✓ 最后就是对现象发生发展规律的认识。有的假说只推 测性地描述现象发生发展的基本过程；有的则直接说 明现象发生发展的因果关系。
✓ 第一、二方面的内容是假说的基本前提，多由现 场中观测的实际资料和已知的科学原理提供；第 三方面的内容则是假说的核心部分，是在第一、 二方面的基础上，用已有科学原理，按逻辑思维 方法推得。
采场压力拱计算模型见图：
2.德国学者希普特罗对采场压力拱的阐述
✓（1) 在工作面及其附近的顶板中存在着压力拱。 ✓（2) 通常在工作面前方15m的 距离内形成拱脚最大压力带，这 样在工作面附近压力逐渐减小。 同时，在采空区中，冲填体或冒 落的矸石开始压缩的15m内形成 另一拱脚的最大压力区，在这两 个最大压力区的拱中心形成驼峰 状的压力分布，两侧高中间低。
两帮鼓出以及底板隆起等围岩变形，巷道支架所承受的载荷是 拱面以下已经破碎的有限断面内的岩石总重量。
工作面压力拱见图。
底板中也存在着与顶板相类似的压力拱。 普氏提出的回采工作面支柱压力计算公式：
px yx ( a b2 ) (a2 b2 )
n n f af
anf
式中：n——顶板单位面积上的支柱数； f——岩石的普氏坚固性系数； a——拱宽的一半，m； b——支柱到工作面煤壁的距离，m。
（2）双支梁假说
（3）悬臂梁（悬板）假说 （4）预成（生）裂隙假说
（5）铰接岩块假说
（6）台阶下沉假说
（7）松散介质假说
（8）楔形假说
（9）砌体梁假说
（10）传递岩梁假说
（11）弹性基础梁假说 （12）板结构假说
第2部分
压力拱假说
本部分主要内容：
压力拱简介 德国学者希普特罗对采场压力拱的阐述 压力拱假说的评价
1.压力拱简介
压力拱（也称自然平衡拱)假说，是最早的矿压假说， 在欧洲国家现在仍有不少拥护者。
1885年法国学者依奥尔（Fayol)根据观测和实验提出 岩层移动拱形说。
压力拱假说认为：开掘在任何岩层中的巷道，由于重 力作用，顶板岩层发生破坏变形，形成一稳定的卸载 拱。拱承受拱面以上全部岩石的重量，并将全部载荷 经压力拱的拱脚传递到巷道两帮岩石而引起巷道
2.矿山压力假说中基本观点的内容
✓ 首先是对研究对象基本属性的认识。 ✓ 其次是对研究对象及状态的认识，或把现象稳定在某
xy
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3 2
Qx( h2
4y2 h3
)
最大弯矩发生在梁两端， 该处的最大拉应力为：
12 • h • qL2
x
2 12 h3
qL2 2h2
当 max ，RT即岩层在该处的最大 拉应力达到该处岩石的抗拉极限时， 岩层将在该处被拉断，此时的极限跨距为：
✓ （3) 在压力拱内为卸载区，卸载区也同时能在底板中 形成。
✓ （4) 利用全部垮落法管理顶板时，压力拱陡峭且比较 高；用充填法时则拱平缓且拱高小。
✓ （5) 拱的高度和宽度仅取决于煤层厚度(采高)、顶板 管理方法和顶板岩石性质。
✓ （6) 压力拱是非对称性的，并且沿工作面的长度方向 没有表现。
3、几种主要矿压假说
早期矿压假说的特点：
✓ 由于开采方法的局限性，采场矿压基本建立在巷道矿 （地）压理论基础上，两者无本质区别。
✓ 矿压理论的建立，起初是以经验为基础，较多地偏重 于矿山压力显现方面的描述，由于测试手段不完善， 所以假说具有片面性和局限性。
缓倾斜煤层工作面矿压理论假说
（1）压力拱假说
3.压力拱假说的评价
✓ （1) 压力拱假说比较简明地阐述了采场围岩卸载的原因， 探讨了围岩平衡状态及其范围，对回采工作面前后支承压 力的形成及回采工作空间处于卸压区做出了一些解释。
✓ （2) 压力拱假说认为：支架压力源于拱内岩石的重量，与 支架特性及采深无关，这显然与实际情况不符。
✓ （3) 对坚硬的层状岩石，无论在巷道还是在采场，都不可 能形成拱，这对压力拱假说是不适合的。
✓ （4) 压力拱在巷道中并不是唯一的表现形式，支架压力取 决于一系列的矿山地质条件及技术条件，其中起主要作用 的是巷道围岩性质，支架特性及结构形式。在回采工作面 ，由于煤层顶底板岩性不同，顶板管理方法，支架形式及 特性以及回采工艺的差异，可能形成不同的复杂的力学结 构。这远非压力拱理论所能概括与阐明的。
用材料力学的方法可求出老顶岩梁在断裂时的跨距即极 限跨距。
两端的最大剪切力与最大弯矩：
qL
Q max R1 R2 2
M max qL2 12
在梁的中部 M qL2
24
x
梁中任意一点的正应力和剪应力为：
My Jz
My h3
12My h3
式中：M——任一截面的弯矩；
12
Q——任一截面处的剪切力； y——A点到中性轴的距离。
第3部分
梁的假说
本部分主要内容：
双支梁假说 悬臂梁假说 砌体梁假说 传递岩梁假说 弹性基础梁模型
➢ 梁的假说是近代矿压假说的显著特点。 由于对属性的梁的认识不同，有双支梁假说、悬臂梁假说、砌
体梁假说、传递岩梁假说等多种。
1、双支梁假说
双支梁假说模型见图： 认为在老顶垮落之前，老顶 弯曲下沉量很小，可忽略。
矿山压力理论
主要内容：
➢ 1.概述 ➢ 2.压力拱假说 ➢ 3.梁的假说 ➢ 4.其他几种假说及评价 ➢ 5. 采场矿压假说总结
第1部分
概述
本部分主要内容：
矿压理论的建立基础 矿山压力假说中基本观点的内容 几种主要矿压假说
1.矿压理论的建立基础
矿山压力假说是采矿科学发展的重要形式，是弄清矿山 压力及其显现规律的有效途径。
✓ 当直接顶垮落高度不充分，老顶处于悬露状态，由于回采工 作面沿倾斜方向长度远大于沿走向的悬露跨度，可将老顶岩 层视为一端由工作面煤壁，另一端由区段边界煤柱支撑的“ 梁”，即所谓双支梁假说。
✓ 按梁两端的支撑条件不同，又可分为简支梁和固定梁。
（1）固定梁
在边界煤柱的另一侧未受采动时以及在采深很大时， 一般视为两端固定的梁。
一阶段，从瞬间平衡状态来认识矿压现象。如：压力 拱假说；或考虑到现象发生的时间过程，从发展变化 状态来考察矿压现象，如传递岩梁假说。 ✓ 最后就是对现象发生发展规律的认识。有的假说只推 测性地描述现象发生发展的基本过程；有的则直接说 明现象发生发展的因果关系。
✓ 第一、二方面的内容是假说的基本前提，多由现 场中观测的实际资料和已知的科学原理提供；第 三方面的内容则是假说的核心部分，是在第一、 二方面的基础上，用已有科学原理，按逻辑思维 方法推得。
采场压力拱计算模型见图：
2.德国学者希普特罗对采场压力拱的阐述
✓（1) 在工作面及其附近的顶板中存在着压力拱。 ✓（2) 通常在工作面前方15m的 距离内形成拱脚最大压力带，这 样在工作面附近压力逐渐减小。 同时，在采空区中，冲填体或冒 落的矸石开始压缩的15m内形成 另一拱脚的最大压力区，在这两 个最大压力区的拱中心形成驼峰 状的压力分布，两侧高中间低。
两帮鼓出以及底板隆起等围岩变形，巷道支架所承受的载荷是 拱面以下已经破碎的有限断面内的岩石总重量。
工作面压力拱见图。
底板中也存在着与顶板相类似的压力拱。 普氏提出的回采工作面支柱压力计算公式：
px yx ( a b2 ) (a2 b2 )
n n f af
anf
式中：n——顶板单位面积上的支柱数； f——岩石的普氏坚固性系数； a——拱宽的一半，m； b——支柱到工作面煤壁的距离，m。
（2）双支梁假说
（3）悬臂梁（悬板）假说 （4）预成（生）裂隙假说
（5）铰接岩块假说
（6）台阶下沉假说
（7）松散介质假说
（8）楔形假说
（9）砌体梁假说
（10）传递岩梁假说
（11）弹性基础梁假说 （12）板结构假说
第2部分
压力拱假说
本部分主要内容：
压力拱简介 德国学者希普特罗对采场压力拱的阐述 压力拱假说的评价
1.压力拱简介
压力拱（也称自然平衡拱)假说，是最早的矿压假说， 在欧洲国家现在仍有不少拥护者。
1885年法国学者依奥尔（Fayol)根据观测和实验提出 岩层移动拱形说。
压力拱假说认为：开掘在任何岩层中的巷道，由于重 力作用，顶板岩层发生破坏变形，形成一稳定的卸载 拱。拱承受拱面以上全部岩石的重量，并将全部载荷 经压力拱的拱脚传递到巷道两帮岩石而引起巷道