采场上覆 岩层活动规律

12/34
如果不发生离层，应有 即
ymax ymax n
4 4 h1 q1 L1 h L1
384E1 J1
384E2 J 2
且
bh13 J1 12
h h1
bh 3 J2 12
令 q1 h1
有
E1 1 E2 1
显然：直接顶厚度 ≤ 老顶厚度时，易发生离层。
悬臂梁平时承担岩层载荷，当其变形下沉时，一端压在
垮落矸石上，当跨度增大，断裂形成周期来压。
6/34
三、预成裂隙假说：( 1954，比利时，拉巴斯）
顶板岩层受支承压力作 用，产生相互平行的裂隙， 成为“假塑性体”，在工作面 推进过程中，产生塑性弯曲， 由相互挤压形成类似梁的平衡 结构。 顶板分为应力降低区、应 力升高区、采动影响区，三区 随工作面而移动。 工作面支架应具有足够的初 撑力和工作阻力，以阻止岩块滑 落或离层。
（对于反山，顶底板位置发生翻转）
2/34
二、回采工作空间类型： （依据采空区处理方法不同划分）
（a）完整空间——刀柱法或留煤柱开采；
（b）自弯曲空间——顶板缓慢下沉法（顶板塑性大）； （c）充填空间——充填法； （d）垮落空间——全部垮落法。
3/34
三、顶板工作结构：
1、梁式结构——将顶板视为沿工作面推进方向的梁，按照 梁式结构承载变形破坏理论分析顶板破坏现象。 2、板式结构——将顶板岩层视为一个板或经断层、裂隙切 割后，多块板相互咬合组成的板，按板式结构承载变形及强 度理论分析顶板破坏现象。 3、顶板结构端部支撑条件： 固定支座——顶板被煤岩层夹持，未断裂，无自由端 ； 简支梁支座——顶板端部断裂或埋深较浅（可转动） ；
第三章
本章介绍：
采场上覆 岩层活动规律
工作面顶底板划分 采场上覆岩层活动规律假说 直接顶稳定性分析 老顶断裂形式及步距（梁、板） 老顶断裂后的砌体梁结构及其稳定性分析
1/34
第一节
概 述
一、回采工作面顶、底板的划分： 1、顶板： 伪 顶——位于煤层之上，薄而软弱的岩层； 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）； 老 底——直接底之下的岩层。
7/34
四、铰接岩块假说： （1954， 苏，库兹涅佐夫）
上覆岩层分为垮落带和 规则移动带，规则移动带岩 块间相互铰合而形成一条多 环节的岩块铰链。
铰接岩块假说 1.不规则冒落带；2-规则冒落带；3-裂隙带
规则移动带岩层变形小时，其下部岩 层发生离层，工作面支架只承受直接顶因离层而折断岩 层的全部重量（给定载荷），当规则移动带变形大或断 裂时，支架载荷与岩层变形位移有关（给定变形）。 对铰接岩块间力学作用未做说明。
13/34
有支护时由 ymax ymax n
有
4 4 h1 q1 L1 h p L1
384E1 J1
384E2 J 2
且
bh13 J1 12
bh 3 J2 12
q1 h1
从而
E h 2 2 1 不离层最小支撑力 p h 1 E1 h1
）
17/34
2、老顶梁式结构力学分析： （按固定支座） 1）支座反力：（对称）
ql 2 M1 M 2 12
ql R1 R2 2
8/34
五、“砌体梁”理论： （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。 认为： 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。
9/34
第三节
直接顶的垮落
顶板事故位置与原因分析
11/34
二、直接顶的离层：
1、离层原因 直接顶较软，易发生弯曲变形 未及时支护或支撑力不足
2、不离层条件：
无支护时：
由挠度计算公式： y max 老顶挠度：ymax
4 h1 q1 L1
qL4 384EJ
384E1 J1
y max n 直接顶挠度：
4 h L1 384E2 J 2
显然： 及时增大支撑力可使顶板不离层。
14/34
直接顶初次垮落后采空区情形
15/34
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。
4/34
第二节
有关采场上覆岩层活动规律的假说
一、压力拱假说： （1928，德国，哈克） 在上覆岩层中，形成一个 “压力拱”，前方煤壁及后方垮落 矸石分别为拱的两脚，工作面处 于拱的保护之下。 “压力拱”将随工作面的推进而前移。
5/34
二、悬臂梁假说： （1916，德国，施托克） 工作面和采空区上覆岩层，可视为一端固定于岩体 内，另一端悬伸的悬臂梁，多岩层可组成组合悬臂梁。
16/34
第四节
一、老顶梁式结构分析： 1、冒落区老顶支撑条件：
老顶的断裂形式

1）全部充填满回采空间
0
h
M K p 1
2）不能充填满回采空间 （老顶悬露，成梁式结构） M 0 h K p 1 （
h M h K P M hK P 1
位置 地点 上、下出 口 放顶线 煤壁区 控顶区 % 57.9 推垮型 19 14.7 71 老顶 直接顶 事故 类型 % 原因 顶板 直接顶 % 80 20 21 79
10/34
压垮型
8.4
29
老顶
一、直接顶岩层破坏离散原因：
1、节理裂隙切割；
2、岩层松软，变形大离层；
3、落煤后顶板支护不及时，支撑力小，促使离层； 4、老顶ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ层平衡结构失稳，岩块回转； 5、支撑力不均衡或支架反复支撑； 6、放顶撤柱，动力冲击。