采煤工作麵礦山壓力規律培訓課件

煤礦開采方法 精品課程課件 第二篇 采煤方法 第六章 采煤工作麵礦山壓力規律

第一節 礦山壓力基本概念

一、礦山壓力

礦山壓力就是由於井下采掘工作破壞了岩體中原岩應力平衡狀態，引起應力重新分布，我們把存在於采掘空間周圍岩體內和作用在支護物上的力稱為礦山壓力。

二、礦山壓力來源

(一)自重應力

(二)構造應力

(三)膨脹應力

三、礦山壓力顯現

在礦山壓力作用下，圍岩和支架所表現出來的力學宏觀現象，如圍岩變形，離層，破壞和冒落，支架受力變化和折損，煤(岩)突出，充填物產生壓縮和地麵塌陷等，稱為礦山壓力顯現，簡稱礦壓顯現。

采煤工作麵礦壓顯現的主要形式：工作麵頂板下沉、支架變形與折損、頂板破碎或大麵積冒落、煤壁片幫、支柱插入底板、底板膨脹鼓起等。

第二節 采煤工作麵圍岩移動特征

采煤工作麵上方的岩層——頂板

下方的岩層——底板

頂板分類：

偽頂：位於煤層之上隨采隨落的極不穩定岩層，厚度

一般0.3～0.5m以下;

直接頂：位於偽頂或直接位於煤層之上，具有一定穩

定性，隨移架或回柱放頂後能自行垮落的岩

層;

基本頂：位於直接頂或煤層之上，厚而堅硬難垮落的

岩層。

一、 直接頂初次垮落

采煤工作麵自切眼推進一段距離後，直接頂懸露達到一定跨度，就要對采空區頂板進行初次放頂，使直接頂垮落下來，這一過程稱作直接頂的初次垮落。

Kp=V′/V

直接頂岩層總厚度 ，則它冒落後堆積高度為

，其與基本頂間可能留下的空隙：

二、基本頂的初次垮落

(一)基本頂初次垮落前岩層結構

若Δ>0，隨直接頂初次垮落，，基本頂在一定範圍內呈現懸露狀態，可視為“板”;由於基本頂在采煤工作麵方向上的長度遠大於推進方向長度，可將其視為一端由采煤工作麵煤壁支承，一端由煤柱支承的兩端支撐的梁結構。

(二)基本頂初次垮落與初次來壓

隨采煤麵繼續推進，基本頂懸露跨度逐漸增大，產生彎曲，達到一定跨度時，發生垮落。基本頂第一次垮落稱為基本頂初次垮落。

(三)基本頂初次垮落步距確定

基本頂初次垮落時，其最大懸露跨度L初稱為基本頂初次垮落步距。

1、一般情況下，視基本頂為兩端固定梁

極限垮距(隻考慮按彎距計算) L初：

基本頂斷裂後的平衡拱結構

基本頂岩梁達到極限跨距斷裂後，並不一定立即垮落，斷裂岩塊間由於回旋形成擠壓，能形成平衡拱式的結構。

三、基本頂的周期來壓

(一)基本頂來壓前的狀態

基本頂初次垮落後，隨著采煤工作麵繼續推進，工作麵上方的基本頂岩層由兩端固定梁狀態轉變為懸臂梁狀態。如圖所示：

(二)基本頂周期來壓及礦壓顯現特征

當采煤工作麵繼續推進，基本頂懸掛臂跨度達到極限跨度時，基本頂在其自重及上覆岩層載荷的作用下，將沿采煤工作麵煤壁甚至煤壁之內發生折斷和垮落。

隨著采煤工作麵的推進，基本頂這種“穩定-失穩-再穩定”現象，將周而複始地出現，使采煤工作麵礦山壓力周期性明顯增大。這種基本頂的周期性破斷失穩對工作麵產生的周期性的來壓顯現，稱為基本頂的周期來壓。

基本頂周期來壓及礦壓顯現特征

(三)周期來壓步距的確定

(四)周期來壓的分析

四、工作麵上覆岩層移動規律

根據岩層移動特征，可將煤層的上覆岩層分為冒落帶(Ⅰ)、裂縫帶(Ⅱ)、彎曲下沉帶(Ⅲ)。如圖所示：

作業：

1、簡述礦山壓力、礦壓顯現的基本概念。

2、簡述直接頂的初次垮落、基本頂的初次來 壓和周期來壓的基本概念。

第三節 采煤工作麵礦山壓力顯現規律

一、采煤工作麵支承壓力顯現規律

支承壓力顯現特征可用支承壓力地、峰值的位置及應力集中係數表示。

(一)采煤工作麵前後方支承壓力分布

采煤工作麵前後方支承壓力分布與采空區處理方法有關，對於采用全部垮落法管理頂板的采煤工作麵，其前後方支承壓力分布如下圖所示：

采煤工作麵前後方支承壓力分布

采煤工作麵前後方支承壓力分布的特點

1、采煤工作麵前方煤壁一端支承著工作麵上方裂隙帶及其上覆岩層的大部分重量，即工作麵前方支承壓力遠比工作麵後方大。

2、由於采煤工作麵的推進，煤壁和采空區冒落帶是向前移動的，因此工作麵前後方支承壓力是移動支承壓力。

3、由於裂縫帶形成了以煤壁和采空區冒落帶為前後支承點的半拱式平衡，所以采煤工作麵處於減壓力範圍。

(二)采煤工作麵兩側支承壓力分布

采煤工作麵兩側的支承壓力是指工作麵兩側煤柱或煤體上的支承壓力。

采煤工作麵兩側支承壓力分布規律

1、采煤工作麵兩側的支承壓力劇烈影響區並不在煤體的邊緣，而是位於煤體邊緣有一定距離的地帶。

2、采煤工作麵兩側煤體邊緣處於應力降低區，支承壓力低於原岩應力。

3、采煤工作麵兩側支承壓力從形成到向煤體深部轉移要經過一段時間過程，所以要使沿空掘巷保持穩定，必須從時間上避開未穩定的支承壓力作用期。

二、支承壓力在底板中的傳遞

采煤工作麵采動後，在工作麵四周形成的支承壓力將向煤層底板進行傳遞，尤其采煤工作麵兩側支承壓力的傳遞，對下部煤層開采巷道布置產生重要影響。

底板岩層內壓應力的大小與煤柱上方的支承壓力成正比。

底板岩層中的應力分布

煤層底板巷道位置選擇

(1)巷道與煤層底板的垂直距離不小於一定數值h。H與圍岩性質的關係見下表。

煤層底板巷道位置選擇

(2)巷道布置在煤柱向底板傳遞力的影響角以外。若巷道布置在煤柱影響角以內，即使巷道位於較穩定的岩層內，也要受到應力升高的影響。

為使巷道布置在煤柱影響角以外，巷道離煤柱邊界的水平距離S為：

α-煤層傾角;

θ- φ的餘角;

φ-煤柱影響角，一般在25～55°間。通常支承壓力越大和煤柱尺寸越小，其值越大。

煤層底板巷道位置選擇

巷道位置選擇示意圖

第四節 采煤工作麵頂板分類

科學的分類可為頂板控製、支架選型、合理確定支護參數以及為采空區處理方法提供依據。

一、直接頂分類

強度指數 D=10RcC1C2

式中 Rc-岩石單向抗壓強度，MPa;

C1-節理裂隙影響係數;

C2-分層厚度影響係數。

二、基本頂分級

基本頂來壓強度主要決定於直接頂厚度Σh與采高m的比值N及基本頂初次來壓步距L。根據N和L兩個指標，將基本頂分為四級。

作業：

1、簡述開采後上覆岩層移動特征。

2、采煤工作麵兩側支承壓力分布有何特征?