第三章采场上覆岩层运动和发展的基本规律2

（3.16）
显然，L0值随岩梁厚度m、允许抗拉强度
支托层上的软岩厚度
的增加而减小。
岩层剪坏的力学过程和条件
的增加而增大，随
岩梁剪坏的力学过程 ①当岩梁悬跨度达到极限跨度 时，梁端因拉应力超限而开裂；
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②当工作面煤壁推至开裂位置或构造断裂面附近，在梁中部拉应 力的大小仍未达到超限的情况下，由于悬露岩层端部残余抗剪 断面不足，其剪应力超限，造成岩层沿工作面煤壁附近整体切 断而跨落。如果工作面支护有较高的支护强度，岩层将沿放顶 线切下。
悬露岩层剪坏的力学条件是： 梁端抗剪断面上的最大剪应力为： 最大剪应力Qmax和抗剪端面面积S分别为：
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整理得以岩层悬露跨度表示的剪坏力学条件为： ➢3.1.3上覆岩层破坏形式的判断
理论判断
根据力学条件分析，理论上判断是很简单的。
L0<LG
中部被拉坏
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2
3.1.1上覆岩层运动的两种基本形式 一 弯拉破坏的运动形式
1 运动过程
上覆岩层悬露如图3.1（a）
在其重力作用下弯曲如图3.1（b）
端部开裂如图3.1（c）
形成“假塑性岩梁”如图3.1（d）
自行跨落如图3.1（e）
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岩层纵向组合运动的分析方法
岩层推进方向岩层运动各阶段的参
数特点
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1
§ 3.1上覆岩层运动和破坏的基本形式
3.1.1上覆岩层运动的两种基本形式 ➢3.1.2 岩层运动发展至破坏的力学条件
➢3.1.3上覆岩层破坏形式的判断
➢3.1.4岩层破坏形式的转化 §3.2上覆岩层纵向运动发展的基本规律 §3.3上覆岩层在推进方向上的运动规律 §3.4 上覆岩层运动参数的确定
（3.14）
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式中 m —强度高的下部支托层厚度，m；
—随支托层同时运动上部较软弱的岩层的厚度，m。
②在梁端部开裂发展的过程中，随着端部弯矩减少，梁的中 部弯矩将逐渐增加；随着支承条件向简支梁的转化，中部弯 矩将向接近
的数值发展。
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➢3.2.1岩层运动和组合的力学分析 ➢3.2.2 直接顶和基本顶 ➢3.2.3直接顶和基本顶的相互转化
§3.3上覆岩层在推进方向上的运动规律 §3.4 上覆岩层运动参数的确定
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➢3.2.1岩层运动和组合的力学分析
弯曲变形
端部开裂（图3.3（a））
整体切断跨落（图3.3（b））
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（a）
（b）
图3.2 剪切运动的基本形式
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2 剪断的充要条件
当采场推进至岩梁端部开裂位置附近， 剩余抗剪断面上的剪应力超过限度，虽其中部还未裂开， 只要岩层下部有少量运动空间，岩层即被剪断。
当梁端部的拉应力 为：
（3.12） P 第三章采场上覆岩层运动和发展的基 12
本规律2
当悬露岩层上部无比其软弱岩层时，该岩层只受本身重力的作用， 其端部裂断时的拉应力可按下式计算
（3.13）
当悬露岩层上部存在较为软弱的岩层时，则形成由不同岩性的 岩层组成下硬上软的组合岩梁，其端部裂断时的拉应力 为：
③在嵌固梁向简支梁转化的过程中，当岩梁中部拉应力达到
时，中部必然拉开，岩梁发展至跨落或保持“假塑性岩梁”状态 ④岩梁端部和中部开裂的力学条件应为
=≥ 为了便于应用，其力学条件可用岩梁悬露的极限跨度L0表示。
（3.15） P 第三章采场上覆岩层运动和发展的基 15
本规律2
当=0，即单一岩层弯曲破坏时，
形成弯拉破坏
L0≥LG
端部被剪坏
形成剪切断破坏
➢3.1.4岩层破坏形式的转化 岩层的两种破坏形式是随地质和采动条件的变化而相互转化的。
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1 工作面推至端部开裂位置附近 弯拉破坏转变为剪断破坏 2 强制放顶 剪断破坏转化为弯拉破坏
提高推进速度
排除整体 切断塌垮 的危险
第三章采场上覆岩层运 动和发展的基本规律2
2020/12/8
第三章采场上覆岩层运动和发展的基 本规律2
本章提要
本章特点 学习难点
•上覆岩层运动和破坏的基本形式 •上覆岩层纵向运动发展的基本规律 •上覆岩层在推进方向上的运动规律
•上覆岩层运动参数的确定
• 有较多的基本概念
• 有较多的基本规律
矿岩层运动和破坏形式的判断方法
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3 改变开采程序 4 在推进方向上
遇到图示 的断层构
造
运动形式由弯坏转变为剪坏
图3.6 工作面前方构造断裂面对岩 层运动形式的影响
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§3.1上覆岩层运动和破坏的基本形式√
§3.2上覆岩层纵向运动发展的基本规律
3
（a） （c）
（b）
（d）
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ห้องสมุดไป่ตู้
4
2 力学条件
（e）
图3.1弯拉破坏的运动形式
岩层运动由弯曲沉降发展至破坏的力学条件是岩层中的最大
弯曲拉应力达到其抗拉强度。即：
（3.1）
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二 剪（切）断破坏的运动形式
1 运动过程
中部裂断
弯拉破坏
深入煤壁的两端部断裂
弯坏的力学过程，就是其支承条件由双嵌固梁向简支梁发展的过 程。如图3.4（a）（b）
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图3.5 岩梁的支承 条件与弯距 a-嵌固状态; b-简支状态
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悬露岩层由弯曲发展至破坏的力学过程和条件为 ①工作面推进至岩梁悬跨度达极限值L0时，梁端弯矩MA为：
3 显现特点 动压冲击
支架阻力不够 顶板沿煤壁切下如图3.3（a）
台阶下沉如图3.3（b）
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（a）
（b）
图3.3 剪断运动形式对工作面的威胁
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➢3.1.2 岩层运动发展至破坏的力学条件 力学过程
悬跨度达到极限跨度