采场上覆岩层运动和发展的基本规律概述(PPT 59页)
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➢本章提要
•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
➢本章特点 • 有较多的基本概念
• 有较多的基本规律
➢学习难点 矿岩层运动和破坏形式的判断方法
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
《矿山压力与岩层控制》精品课程
t
（3.12）
6
《矿山压力与岩层控制》精品课程
P12
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
L2
0
A 2m
t
（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 A 为：
n
(mmi)γ
q 1 = m 1 r 1
A
O
B
q L 2 o 8
( b )
《矿山压力与岩层控制》精品课程
P11
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：
MA
q1
q2 L20
12
当梁端部的拉应力 为：
A
(qq)L2
1
20
M A
8
AW
m2
q 1
q 2
L2
2m2 0
岩梁剪坏的力学过程
①当岩梁悬跨度达到极限跨度 L 0 时，梁端因拉应力超限而开裂；
《矿山压力与岩层控制》精品课程
P16
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
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）
《矿山压力与岩层控制》精品课程
P10
图3.5 岩梁的支承 条件与弯距 a-嵌固状态; b-简支状态
m h
q L 2 o 1 2
A
1O
L o
B
( a )
q L 2 o
2 4
n
q 2 =m ir 1
i= 1
支架阻力不够 顶板沿煤壁切下如图3.3（a）
动压冲击
台阶下沉如图3.3（b）
《矿山压力与岩层控制》精品课程
P8
(a)
（a）
(a)
（(bb）)
图3.3 剪断运动形式对工作面的威胁
(b)
《矿山压力与岩层控制》精品课程
P9
➢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
中部裂断
弯拉破坏
o
i1
4m2
L2o
的数值发展。
《矿山压力与岩层控制》精品课程
P14
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
n
(m mi )γ
i 1
2m 2
L20
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
A = 0 ≥ [ t ]
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。
P1
§ 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
L0
2m2[ t ]
n
(m mi )
i 1
《矿山压力与岩层控制》精品课程
（3.15） P15
当=0，即单一岩层弯曲破坏时，
L0
2m[ t ]
（3.16）
显然，L0值随岩梁厚度m、允许抗拉强度 [ t ] 的增加而增大，随
n
支托层上的软岩厚度 m i 的增加而减小。 i1 岩层剪坏的力学过程和条件
P18
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
《矿山压力与岩层控制》精品课程
P19
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
L LG
图3.6 工作面前方构造断裂面对岩 层运动形式的影响
A
i1
2m2
L2 0
（3.14）
《矿山压力与岩层控制》精品课程
P13
式中 m —强度高的下部支托层厚度，m；
m —随支托层同时运动上部较软弱的岩层的厚度，m。 i
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
n
3(mmi )
整体切断跨落（图3.3（b））
《矿山压力与岩层控制》精品课程
P6
lo
（a）
（b）
图3.2 剪切运动的基本形式
《矿山压力与岩层控制》精品课程
P7
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。
3 显现特点
《矿山压力与岩层控制》精品课程
P2
➢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）
《矿山压力与岩层控制》精品课程
P3
mi
h
li
线切下。
悬露岩层剪坏的力学条件是：
[ max ]
梁端抗剪断面上的最大剪应力为：
3Q max
max
最大剪应力Qmax和抗剪端面面积S分别为：
2S
n
Qmax(q1q2)LG(mi1mi)LG S1m cm c
2
2
《矿山压力与岩层控制》精品课程
P17
整理得以岩层悬露跨度表示的剪坏力学条件为：LG
4mc[ ]
n
➢3.1.3上覆岩层破坏形式的判断
3(mmi )
理论判断
i1
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
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。
《矿山压力与岩层控制》精品课程
（a）
lo
（b）
Βιβλιοθήκη Baidu
（c）
（d）
《矿山压力与岩层控制》精品课程
P4
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：
tma xt
（3.1）
《矿山压力与岩层控制》精品课程
P5
二 剪（切）断破坏的运动形式
1 运动过程
弯曲变形
端部开裂（图3.3（a））
《矿山压力与岩层控制》精品课程
•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
➢本章特点 • 有较多的基本概念
• 有较多的基本规律
➢学习难点 矿岩层运动和破坏形式的判断方法
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
《矿山压力与岩层控制》精品课程
t
（3.12）
6
《矿山压力与岩层控制》精品课程
P12
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
L2
0
A 2m
t
（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 A 为：
n
(mmi)γ
q 1 = m 1 r 1
A
O
B
q L 2 o 8
( b )
《矿山压力与岩层控制》精品课程
P11
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：
MA
q1
q2 L20
12
当梁端部的拉应力 为：
A
(qq)L2
1
20
M A
8
AW
m2
q 1
q 2
L2
2m2 0
岩梁剪坏的力学过程
①当岩梁悬跨度达到极限跨度 L 0 时，梁端因拉应力超限而开裂；
《矿山压力与岩层控制》精品课程
P16
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
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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P10
图3.5 岩梁的支承 条件与弯距 a-嵌固状态; b-简支状态
m h
q L 2 o 1 2
A
1O
L o
B
( a )
q L 2 o
2 4
n
q 2 =m ir 1
i= 1
支架阻力不够 顶板沿煤壁切下如图3.3（a）
动压冲击
台阶下沉如图3.3（b）
《矿山压力与岩层控制》精品课程
P8
(a)
（a）
(a)
（(bb）)
图3.3 剪断运动形式对工作面的威胁
(b)
《矿山压力与岩层控制》精品课程
P9
➢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
中部裂断
弯拉破坏
o
i1
4m2
L2o
的数值发展。
《矿山压力与岩层控制》精品课程
P14
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
n
(m mi )γ
i 1
2m 2
L20
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
A = 0 ≥ [ t ]
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。
P1
§ 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
L0
2m2[ t ]
n
(m mi )
i 1
《矿山压力与岩层控制》精品课程
（3.15） P15
当=0，即单一岩层弯曲破坏时，
L0
2m[ t ]
（3.16）
显然，L0值随岩梁厚度m、允许抗拉强度 [ t ] 的增加而增大，随
n
支托层上的软岩厚度 m i 的增加而减小。 i1 岩层剪坏的力学过程和条件
P18
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
《矿山压力与岩层控制》精品课程
P19
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
L LG
图3.6 工作面前方构造断裂面对岩 层运动形式的影响
A
i1
2m2
L2 0
（3.14）
《矿山压力与岩层控制》精品课程
P13
式中 m —强度高的下部支托层厚度，m；
m —随支托层同时运动上部较软弱的岩层的厚度，m。 i
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
n
3(mmi )
整体切断跨落（图3.3（b））
《矿山压力与岩层控制》精品课程
P6
lo
（a）
（b）
图3.2 剪切运动的基本形式
《矿山压力与岩层控制》精品课程
P7
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。
3 显现特点
《矿山压力与岩层控制》精品课程
P2
➢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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P3
mi
h
li
线切下。
悬露岩层剪坏的力学条件是：
[ max ]
梁端抗剪断面上的最大剪应力为：
3Q max
max
最大剪应力Qmax和抗剪端面面积S分别为：
2S
n
Qmax(q1q2)LG(mi1mi)LG S1m cm c
2
2
《矿山压力与岩层控制》精品课程
P17
整理得以岩层悬露跨度表示的剪坏力学条件为：LG
4mc[ ]
n
➢3.1.3上覆岩层破坏形式的判断
3(mmi )
理论判断
i1
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
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。
《矿山压力与岩层控制》精品课程
（a）
lo
（b）
Βιβλιοθήκη Baidu
（c）
（d）
《矿山压力与岩层控制》精品课程
P4
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：
tma xt
（3.1）
《矿山压力与岩层控制》精品课程
P5
二 剪（切）断破坏的运动形式
1 运动过程
弯曲变形
端部开裂（图3.3（a））
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