采场矿山压力显现基本规律

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 工序下沉量。
减少控顶时间
减少无
对破碎顶板，加快推进速度，可改善顶板状况。
和）
（周期来压显现一般较初次来压时有所缓
三、预防措施： 同初次来压，同时加强统计观测。
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 ：
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）。
q1
1）直接顶载荷
：
Q1 h L1 h L
。
Q3
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
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
有：s0 m h h K0 且：sL s0
第二节
老顶初次来压
一、初次来压的形成：
—老
初采——初次放顶——老顶悬露跨度增大—
顶断裂——形成平衡结构——失稳——初次来压
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
“砌体梁”对初次来压的解释： 来压时工作面顶板切断情况
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
远）
（采高大，顶板活动范围大，平衡结构高
顶、底板相对移近量大（4.4m处达1.2m）；
量大）
（采高大，老顶移动倾斜度大，顶板移动
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
急倾斜开采、分层上向 开采、放顶煤开采等矿压显 现规律目前资料较少，尚需 进一步探索研究。
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。
来压是老顶断裂（结构失 稳）施力于工作面的结果；
来压期间重点措施是：
增加支护强度；
增强支架稳定性 ；
片帮。
保护煤壁，减少
第三节
老顶周期来压
一、周期来压的形成： 有初次来压必有周期来压。 初次来压——老顶悬顶跨度增大——老顶断
感谢下 载
感谢下 载
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 顶结构失稳时产生。（失稳：滑落失落、变形失稳）
1）滑落失稳估算： 老顶载荷 = 两岩块重量 - 咬合处摩擦力
F
QAB
Li 0 Qi 0
2H
tan
2）变形失稳估算：
P
支撑力与顶板下沉量为双曲线关系：PEi
PEi hi K 0 h0
三、采深：
片帮几率↑ H↑→γH↑→KγH↑
支架载荷↑ 弹性能↑
塑性增强，变形↑
采深对巷道影响很大，对回采工作面影响不明显。 巷道位于高应力场内，围岩承受高应力作用，变形增大。 原因： 工作面顶板在上覆岩层平衡结构保护之下，受力变化不大。
四、倾角：
顶板下沉量↓ 垂直层面应力↓ 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。
第四章 采场矿山压力显现基本规律
本章介绍：
矿压显现指标 老顶初次来压、周期来压 顶板压力估算 影响矿压显现的因素 放顶煤开采矿压显现规律
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
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
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
件，顶板移
撑条
强。 注意：
压）。
动加
加快推进速度，不能减弱工序对顶板下沉的影响（“甩”掉矿
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。
； 5、支柱载荷急剧增加； 6、顶板出现切断（直接顶沿煤壁切断）。
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。
移。
顶板绝对下沉不易得到，一般以距煤壁4米处下 沉量为工作面顶板下沉量。
可以每米采高每米推进度下沉量S/L/M为比较标准。
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。 7、煤壁片帮——煤壁因支承压力作用发生的剪切坍塌破坏。 8、底臌——底板塑性变形。 9、支柱插入底板——底板松软，对顶板管理很不利。
五、分层（网下）开采矿压显现：
一次破坏 1、分层顶板特点
老顶岩块跨度小
顶板已遭受
再生顶板碎胀系数减小 平衡结构内
增大 2、矿压显现特点
）
距小、强度低
顶板下沉量 支架载荷减小（动载荷小
老顶来压步
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 ）；
L L0
故有：
sL
s0
L L0
m
h
h
K
0
L L0
因为
h m KP 1
sL
m
K
m P 1
mK0 K p 1
L L0
1
1 Kp
K0 1
1 L0
mL
故：sL
Kp K0 Kp 1
1 L0
m
L
即：sL m L
Kp K0 Kp 1
1
其中
L0
（硬由岩取sL小，软岩m取大L） 0.025 ~ 0.05
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。
“砌体梁”理论对周期来压的解释：
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 。
q1 h
2）老顶载荷q 2
： （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：p q1 q2 n h 2 h
因h M Kp 1
K p 1.25 ~ 1.5且
所以有：p
2
M
Kp 1
22
~
4M
即：p 4 ~ 8M
顶板压力相当于 4~8 倍采高岩柱重量。
K0
实测
要求
即：PEi
K0
hi h0
hi h0
h
式中：hi
h0
作用力。 K 0
——实测顶板下沉量；
——要求控制顶板的下沉量；
——顶h0板下沉量为
时L，E 老顶的
K0
mE E LE
KT LT
E
mE
LT
（承载
系数）
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Q载3 荷