《礦山壓力及其控制》PPT課件

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1、河南理工大學(xué)《采煤概論》精品課程第四篇準(zhǔn)備方式與采煤方法第11章礦山壓力及其控制8/31/20211主要內(nèi)容第11章礦山壓力及其控制第一節(jié)上煤層圍巖分類第二節(jié)工作面礦山壓力的顯現(xiàn)影響第三節(jié)工作面支架的結(jié)構(gòu)、性能和選擇復(fù)習(xí)思考題8/31/20212第一節(jié)煤層圍巖分類圍巖的性質(zhì)，尤其是它的力學(xué)性質(zhì)對(duì)采掘工作面的壓力顯現(xiàn)影響最大。巖石通常為脆性體，有些為彈塑性體，它的力學(xué)性質(zhì)表現(xiàn)為：σ壓＞σ剪＞σ彎＞σ拉8/31/20213第一節(jié)煤層圍巖分類抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)小于抗壓強(qiáng)度，一般抗拉強(qiáng)度只有其抗壓強(qiáng)度的1/15～1/20巖石破碎通常表現(xiàn)為拉性；有時(shí)也表現(xiàn)為剪性，如彈塑性巖石

2、。由于巖石為非均質(zhì)體，組成的成分又不同，再加原生和次生的影響，從而形成了它的復(fù)雜的力學(xué)性質(zhì)—異向性。例如，巖層中具有層理、節(jié)理等弱面，沿這些弱面方向的巖石抗拉強(qiáng)度，遠(yuǎn)小于其它方向的抗拉強(qiáng)度，有些甚至完全失去抗拉能力。又如雖屬同種巖石，由于構(gòu)造裂隙影響，它們的力學(xué)性質(zhì)，往往相差很大。8/31/20214補(bǔ)充內(nèi)容頂板（roof）（錄像)偽頂falseroof直接頂immediatelyroof老頂mainroof底板floor偽低falsefloor直接低immediatelyfloor老底mainfloor8/31/20215第一節(jié)煤層圍巖分類對(duì)采煤工作面影響

3、最大的圍巖是煤層頂部巖層。因此，通常在研究煤層圍巖性質(zhì)時(shí)，重點(diǎn)研究煤層頂板性質(zhì)，至于煤層底部巖層，只有在急傾斜煤層開采時(shí)，才具有實(shí)際意義。根據(jù)我國(guó)巖層的實(shí)際情況，一般把直接頂分為三類：一類直接頂（不穩(wěn)定）——回采時(shí)不及時(shí)支護(hù)，很易造成局部冒頂，如頁(yè)巖、煤皮、再生頂板等；二類直接頂（中等穩(wěn)定）——頂板雖有裂隙，但仍比較完整，如砂質(zhì)頁(yè)巖；三類直接頂（穩(wěn)定）——頂板允許懸露較大面積而不垮落，直接頂完整，如砂巖或堅(jiān)硬的砂質(zhì)頁(yè)巖。8/31/20216第一節(jié)煤層圍巖分類基本頂（老頂）分類尚無統(tǒng)一規(guī)定，現(xiàn)根據(jù)基本頂對(duì)工作面的壓力（初次和周期來壓）及初次來壓的步距，把老頂分

4、為四類介紹如下：Ⅰ類基本頂——初次和周期來壓不明顯，來壓時(shí)緩和無沖擊。來壓的大小相當(dāng)于或小于6～8倍采高的頂板巖層重量。初次來壓步距大于25m。Ⅱ類基本頂——初次和周期來壓很明顯，來壓的大小相當(dāng)于8～12倍采高的頂板巖層重量。初次來壓步距大于25m～50m。Ⅲ類基本頂——初次和周期來壓強(qiáng)烈，來壓的大小相當(dāng)于12～14倍采高的頂板巖層重量。初次來壓步距大于25m～50m。Ⅳ類基本頂——平時(shí)頂板無壓力，采空區(qū)懸露面積達(dá)幾千甚至上萬m2不垮落，初次和周期來壓時(shí)，頂板垮落常形成狂風(fēng)、巨響。初次來壓步距大于50m，甚至可達(dá)100m～150m。這種頂板多為極堅(jiān)硬的厚砂巖

5、或礫巖。8/31/20217第二節(jié)工作面礦山壓力的顯現(xiàn)規(guī)律一、支承壓力（一）支承壓力的形成當(dāng)煤體未采動(dòng)前，煤體內(nèi)的應(yīng)力處于平衡狀態(tài)，煤體上所受的力為上覆巖層的重力γH（γ—巖層的容重，t/m3；H—煤層距地面的深度，m）。當(dāng)在煤體內(nèi)開掘開切眼后，破壞了應(yīng)力的平衡狀態(tài)，引起應(yīng)力重新分布。這時(shí)在開切眼上部頂板內(nèi)形成了自然平衡“壓力拱”。開切眼上部巖體重量Q由兩側(cè)煤壁平均分擔(dān)。因此，在開切眼兩幫煤體中，產(chǎn)生了應(yīng)力集中現(xiàn)象，這種集中應(yīng)力稱為支撐壓力。它的大小為原始應(yīng)力γH的1.25～2.5倍，最大值可為原始應(yīng)力的2～4倍或更大。8/31/20218第二節(jié)工作面礦山壓

6、力的顯現(xiàn)規(guī)律煤體內(nèi)開掘開切眼后應(yīng)力重新分布a—開切眼寬度；Q—開切眼上部巖體重量；H—煤層距地面深度；γ—上覆巖層的容重8/31/20219第二節(jié)工作面礦山壓力的顯現(xiàn)規(guī)律由于“壓力拱”的存在，開切眼處于減壓狀態(tài)。隨著工作面推進(jìn)，開切眼擴(kuò)大了，“壓力拱”破壞而消失，在工作面前方的煤體中，同樣產(chǎn)生支承壓力帶，其范圍自工作面前方2m～3m起直至10m～45m，有時(shí)可達(dá)近100m，最大支承壓力區(qū)，約距煤壁5m～15m左右；在工作面后方，當(dāng)采空區(qū)充填物壓實(shí)到一定程度后，也產(chǎn)生支承壓力帶。前后兩個(gè)支承壓力帶，隨工作面推進(jìn)而移動(dòng)，即移動(dòng)支撐壓力。工作面圍巖應(yīng)力分布a—增壓

7、區(qū)；b—減壓區(qū)；c—穩(wěn)壓區(qū)8/31/202110第二節(jié)工作面礦山壓力的顯現(xiàn)規(guī)律從圖看出，由于采動(dòng)影響的結(jié)果，在工作面前方煤體中和工作面后方的采空區(qū)內(nèi)，根據(jù)壓力分布不同可分為三個(gè)區(qū)：a——增壓（支承壓力）區(qū)，它的應(yīng)力大于原始應(yīng)力；b——減壓區(qū)，它的應(yīng)力小于原始應(yīng)力；c——穩(wěn)壓區(qū)，它的應(yīng)力等于原始應(yīng)力。在采煤工作面上下兩端的區(qū)段煤柱內(nèi)，也由于采煤和掘進(jìn)區(qū)段平巷而形成支承壓力，它的分布特征和工作面前方的支承壓力基本相同。當(dāng)采煤工作面推進(jìn)較長(zhǎng)距離后，區(qū)段煤柱內(nèi)的支承壓力，可隨頂板垮落而逐漸消失。8/31/202111第二節(jié)工作面礦山壓力的顯現(xiàn)規(guī)律（二）影響支承壓力大

8、小、分布的因素支承壓力的大小及其分布與頂板懸露的面積