采场顶板活动规律课件PPT

底板
采空区
采空区处理方法
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采空区处理方法: (a)刀柱(留煤柱); (b)顶板缓慢下沉法; (c)充填法; (d)全部垮落法
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1. 顶板与底板 (1)顶板：赋存在煤层之上的邻近岩层。
顶板根据其与煤层的相对位置和岩性又分为:
① 伪顶：位于煤层之上随采随冒落的极不稳定岩层，其厚
度一般在0.5m以下，岩性多为炭质页岩。
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初次来压：工作面回采以来老顶第一次大规模来压。 基本顶初次来压步距：开切眼到初次来压时工作面
推进的距离。
周期来压：基本顶周期折断在采煤工作面引起的矿
压显现。
基本顶周期来压步距： 基本顶岩梁周期折断的距离。
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图 5-8 基 本 顶 初 次 来 压 a-基 本 顶 断 裂 下 沉 ； b-基 本 顶 台 阶 下 沉
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第五节 老顶的初次断裂步距
老顶达到初次断裂时的跨距称为初次断裂步距。
一、梁式断裂时的极限跨距 按材料力学方法可求得老顶梁式断裂步距。
两端固支梁极限跨距：
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两端固支梁极限跨距：
按抗拉强度：
按抗剪强度：
两端简支梁极限跨距：
按抗拉强度：
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举例：设h＝4，Rs=33Mpa，RT=7Mpa，q=174Kpa
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2. 随着工作面的推进，采空区上方坚硬岩层在裂 缝带内将断裂成排列整齐的岩块，岩块间将受 水平推力作用而形成铰接关系。岩层移动曲线 的形态经实测呈开始为下凹、而后随工作面的 推进逐渐恢复水平状态的过程，由此决定了断 裂岩块间铰接点的位置。若曲线下凹，则铰接 点位置在岩块断裂面的偏下部；反之，则在偏 上部。如果在回采空间以及邻近的采空区上方 出现明显的离层区，说明该区内断裂的岩块可
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(a )
(b )
图 5 -9 基 本 顶 周 期 来 压 a-基 本 顶 断 裂 下 沉 ； b -基 本 顶 台 阶 下 沉
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3. 采煤工作面顶板分类
直接顶分为四类，基本顶分为四级
4. 采煤工作面围岩支承压力及其变化
围岩、支承压力、矿山压力、应力集中系数 及影响范围（巷道布置）
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根据实测，回采工作面支架所承受的力 仅为上覆岩层重量的百分之几。
② 直接顶：位于煤层或伪顶之上有一定的稳定性，移架或
回柱后能自行垮落的岩层，岩性多为砂页岩、页岩
③ 基本顶：又称老顶。位于直接顶或煤层之上，通常厚度
及岩石强度较大、难以垮落的岩层。
(2)底板：赋存在煤层之下的邻近岩层。
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1 2 3 4Fra Baidu bibliotek
图 5-4 煤 层 、 顶 板 、 底 板 的 相 对 位 置 关 系 1 -砂 岩 （ 基 本 顶 ）； 2 -页 岩 （ 直 接 顶 ）； 3 -煤 层 ； 4 -页 岩 （ 底 板 ）
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二、悬臂梁假说
此假说认为，工作面和采空区顶板可 视为一端固定于煤壁前方岩体内，另一端 处于悬伸状态的梁，悬臂梁弯曲下沉后， 受到已垮落岩石的支撑，当悬伸长度很大 时，发生有规律的周期性折断，从而引起 周期来压。
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三、铰接岩块假说
此假说认为，采场上 覆岩层分为垮落带和 裂隙带，二者的差别 在于，裂隙带岩块间 存在有规 律的水平挤压力的联系，从而相互铰合而形成一 条多环节的铰链。 该假说认为，工作面支架存在两种工作状态：给 定载荷状态；给定变形状态。
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第三节 直接顶的垮落
1、直接顶初次垮落 2、直接顶初次垮落距 3、直接顶垮落后的碎胀特性
形成充满采空区所需直接顶厚度为：
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4、直接顶初次垮落前的离层
直接顶最 大 扰度
老顶最 大扰度
不离层 条件
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4、直接顶初次垮落前的离层 粗略地讲，当直接顶厚度小于或等于老
顶厚度时，均易于形成直接顶与老顶间离层。 为了防止直接顶因离层产生推跨事故必须保 证支架具有一定的初撑力：
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3.由于垫层传递剪切力的能力较弱，因而两 层骨架间的联结能用可缩性支杆代替。
4.当骨架层的断裂岩块回转恢复到近水平位 置时，岩块间的剪切力趋近于零，此时的 铰接关系可转化为水平连杆联结关系。
5.最上层为表土冲积层，可将其视为均布载 荷作用于岩体结构上，而骨架层各岩块上 的载荷将随垫层的压实程度而变化。
这是因为上覆岩层形成了“大结构”， 这种大结构能够承担上覆岩层重量，从而起 到对回采工作面的保护作用。
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第二节 有关采场上覆岩层“大结构”的假 说
一、压力拱假说
该假说认为，由于岩层 自然平衡的结果而形成 一个前拱脚（支撑点） 在工作面前方煤体，后 拱脚（支撑点）在采空区内已垮落的矸石上或采空区充填 体上。在前后拱脚间形成了一个减压区，回采工作面的支 架只承受压力拱内岩石的重量。
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2. 采动后顶板活动的一般规律
直接顶初次垮落：当直接顶垮落高度超过0.5m，
沿工作面方向垮落长度超过工作面总长度的 50%时。
直接顶初次垮落距：接顶初次垮落时工作面煤壁
至开切眼煤帮之间的距离。
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图5-5 直接顶初次垮落
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图 5-6 直 接 顶 垮 落 后 的 岩 石 充 填 情 况
图 5-7 基 本 顶 呈 双 固 定 支 点 梁 状 态
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四、 预成裂隙假说
此假说认为，在采场周围存在应力降低区，应 力增高区和采动影响区，并随工作面推进而向前移动。 采动岩体形成各种裂隙，从而形成假塑性梁。
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五、砌体梁假说 “砌体梁”结构是基于采动岩体移动的
如下特征而提出的：
1.采动上覆岩层的岩体结构的骨架是覆岩中的 坚硬岩层，可将上覆岩层划分为若干组，每 组以坚硬岩层为底层，其上部的软弱岩层可 视为直接作用于骨架上的载荷，同时也是更 上层坚硬岩层与下部骨架联结的垫层。
第三章 采场顶板活动规律
第一节 几个概念 第二节 有关采场上覆岩层“大结构”的假说 第三节 直接顶的垮落 第四节 老顶的断裂形式 第五节 老顶的初次断裂步距 第六节 老顶断裂后的“砌体梁”结构及其S-R稳
定 第七节 老顶断裂时在岩体内引起的扰动
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第一节 几个概念
回采工作面（采场）
顶板
伪顶 直接顶 老顶
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红外钻孔摄像机 25
中细砂岩（3煤顶板
）
泥岩
炭质泥岩 4煤
20m 0.5m
10m
0.5m 20m
切眼钻孔位置图
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直接顶和老顶间发生离层
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第四节 老顶的断裂形式
一、老顶的梁式断裂
老顶两端固支梁受力分析
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二、老顶的板破断
一般老顶岩层可视为薄板，按薄板的Marcus 简算法对板的破断进行分析。