采煤工作面礦山壓力基本規(guī)律.ppt

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1、第二篇采煤方法第六章采煤工作面礦山壓力基本規(guī)律第一節(jié)礦山壓力基本概念礦山壓力會引起頂板事故、沖擊地壓、煤與瓦斯突出等事故。我國煤礦頂板事故在整個煤礦安全事故中所占比重超過40%，每年頂板事故影響的產(chǎn)量約占總產(chǎn)量的5%左右一、礦山壓力的概念礦山壓力：就是由于井下采掘工作破壞了巖體中原巖應(yīng)力平衡狀態(tài)，引起應(yīng)力重新分布，我們把存在于采掘空間周圍巖體內(nèi)和作用在支護物上的力稱為礦山壓力，簡稱“礦壓”。采動前，原始巖體中已經(jīng)存在的應(yīng)力是礦山壓力產(chǎn)生的來源。如：自重應(yīng)力、構(gòu)造應(yīng)力、遇水膨脹應(yīng)力、溫度應(yīng)力。第一節(jié)礦山壓

2、力基本概念二、礦山壓力來源采動前，原始巖體中已經(jīng)存在的應(yīng)力是礦山壓力產(chǎn)生的根源。井下深部原巖處于復(fù)雜的受力狀態(tài)。承受著上覆巖層重量引起的自重應(yīng)力，地質(zhì)構(gòu)造引起的構(gòu)造應(yīng)力，遇水膨脹和溫度變化引起的應(yīng)力等。（一）自重應(yīng)力（二）構(gòu)造應(yīng)力（三）膨脹應(yīng)力：遇水膨脹和溫度變化與氣體壓力引起的應(yīng)力自重應(yīng)力第一節(jié)礦山壓力基本概念（一）自重應(yīng)力σ1=γΗσ2=σ3=λσ1λ=μ/1-μτmax=(σ1-σ2)/2泊松比：在材料的比例極限中，由均勻分布的縱向應(yīng)力橫向應(yīng)變與相應(yīng)的縱向應(yīng)變之比的絕對值。μ越大λ越大硬巖μ大，軟巖

3、μ小當(dāng)μ=0.5時有σ1=σ2=σ3=γΗ，形成所謂的靜水壓力狀態(tài)，即巖體深部的原巖垂直應(yīng)力與其上覆巖層重量成正比，側(cè)向應(yīng)力大致與垂直應(yīng)力相等。（二）構(gòu)造應(yīng)力特點：（1）構(gòu)造應(yīng)力以水平應(yīng)力為主，并以壓應(yīng)力為主。（2）在構(gòu)造應(yīng)力場中，主應(yīng)力的大小和方向可能有很大的變化；兩個方向的水平應(yīng)力值（σ2和σ3）通常不相等。（3）水平應(yīng)力大于垂直應(yīng)力，即（4）構(gòu)造應(yīng)力在堅硬巖石中出現(xiàn)一般比較普遍。三、礦山壓力顯現(xiàn)在礦山壓力作用下，圍巖和支架所表現(xiàn)出來的力學(xué)宏觀現(xiàn)象，如圍巖變形，離層，破壞和冒落，支架受力變化和折損，煤

4、（巖）突出，充填物產(chǎn)生壓縮和地面塌陷等，稱為礦山壓力顯現(xiàn)，簡稱礦壓顯現(xiàn)。采煤工作面礦壓顯現(xiàn)的主要形式：工作面頂板下沉、支架變形與折損、頂板破碎或大面積冒落、煤壁片幫、支柱插入底板、底板膨脹鼓起等。把所有人為的調(diào)節(jié)、改變和利用礦山壓力的各種技術(shù)措施，叫做礦山壓力控制，簡稱礦壓控制。第二節(jié)采煤工作面圍巖移動特征采煤工作面上方的巖層——頂板下方的巖層——底板頂板分類：偽頂：位于煤層之上隨采隨落的極不穩(wěn)定巖層，厚度一般0.3～0.5m以下；直接頂：位于偽頂或直接位于煤層之上，具有一定穩(wěn)定性，隨移架或回柱放頂后能自

5、行垮落的巖層；基本頂：位于直接頂或煤層之上，厚而堅硬難垮落的巖層。1、基本頂；2、直接頂；3、偽頂；4、煤層；5、底板巖層煤層頂?shù)装鍘r層一、直接頂初次垮落采煤工作面自切眼推進一段距離后，直接頂懸露達到一定跨度，就要對采空區(qū)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?shù)某醮慰迓?。直接頂初次垮落的跨距稱為初次垮落距。初次跨落距的大小取決于直接頂巖層的強度、分層厚度和直接頂內(nèi)節(jié)理裂隙的發(fā)育程度等，一般為6—12m。由于巖層破碎后體積將產(chǎn)生碎脹，直接頂垮落后堆積的高度要大于原來的厚度。Kp=V′/V式中

6、：Kp——碎脹系數(shù)，V——跨落巖層原來的體積V′——破碎后的體積巖石名稱碎脹系數(shù)初始KP殘余KP’砂1.06~1.151.01~1.03粘土1.02以下1.03~1.07碎煤1.20以下1.05粘土頁巖1.401.10砂質(zhì)頁巖1.60~1.801.10~1.15硬砂巖1.50~1.80——幾種巖石的碎脹系數(shù)表巖石碎脹后，在其上部巖層壓力作用下，逐漸壓實，使碎脹系數(shù)變小，巖塊壓實后的體積與破碎前原始體積之比稱為殘余碎脹系數(shù)以KP’表示。若垮落巖層原來的體積為V，破碎后的體積為V/，則兩者之比值稱為碎脹系數(shù)，

7、以KP表示，即KP＝V//V若直接頂巖層的總厚度為∑h，則它冒落后堆積的高度為KP∑h，它與基本頂之間可能留下的空隙Δ：Δ＝∑h＋m－KP∑h＝m－∑h（KP－1）當(dāng)m＝∑h（KP－1）時，則Δ＝0，即冒落的直接頂將充滿采空區(qū)。若不計基本頂下沉，形成充滿采空區(qū)所需直接頂?shù)暮穸葹椋骸苃＝mKP-1減小直接頂垮落后巖堆與基本頂之間的空隙Δ，有利于控制基本頂活動。二、基本頂?shù)某醮慰迓洌ㄒ唬┗卷敵醮慰迓淝皫r層結(jié)構(gòu)若Δ>0，隨直接頂初次垮落，，基本頂在一定范圍內(nèi)呈現(xiàn)懸露狀態(tài)，此時可將基本頂視為一邊由采煤工作面煤壁

8、支承，另外三邊由煤柱支承的一個“板”的結(jié)構(gòu)。但由于基本頂在采煤工作面方向上的長度遠大于推進方向長度，可將其視為一端由采煤工作面煤壁支承，一端由煤柱支承的兩端支撐的梁結(jié)構(gòu)。若上覆巖層的強度低于基本頂?shù)膹姸葧r，則上浮巖層的重量將通過梁傳遞至采煤工作面煤壁和后方煤柱上。（二）基本頂初次垮落與初次來壓隨采煤面繼續(xù)推進，基本頂懸露跨度逐漸增大，產(chǎn)生彎曲，達到一定（極限）跨度時，發(fā)生垮落?；卷?shù)谝淮慰迓浞Q為基本頂初次垮落。基本頂由開始破