黑龙江省煤矿工程技术人员培训

矿井围岩控制灾害防治主讲人：张国华教授电话：[phone]E-mail：[e-mail]第07讲采场顶板活动规律与安全工程课程内容1概述2采场上覆岩层活动规律假说3直接顶的跨落4老顶（基本顶）的断裂形式一、概述定义矿山压力（简称“矿压”，有些文献中称为“地压”、“岩压”等等）。矿山压力显现（简称“矿压显现”）。矿山压力控制（简称“矿压控制”）。直接顶老顶伪顶直接底概述采空区处理方法煤柱支撑法（又称刀柱法）a缓慢下沉法b充填法c全部垮落法d概述适用条件及优缺点煤柱支撑法适用于容易形成大面积来压灾害的坚硬不易垮落的顶板条件，其突出的缺点是煤炭损失大，工作面搬家次数多，巷道掘进工程量大；缓慢下沉法适用于采高小、顶板塑性大的顶板；充填法适用于容易形成大面积来压灾害的坚硬不易垮落的顶板条件，或所谓“三下一上”开采条件，或厚煤层分层开采中的上行式开采条件下，该方法的突出缺点是需要在生产中配备充填系统，生产工艺复杂，开采成本高。而全部垮落法则是四种采空区顶板处理方式中最常用的方法，采用全部垮落法时，随着工作面推进，回采工作空间形状变化如图所示。一、采场上覆岩层活动规律假说定义由于采矿工程涉及到岩层内的原岩应力场以及岩体性质的复杂性，因而从一开始人们就对采场的矿山压力显现现象提出了各种不同的解释，这种解释是揭示矿山压力显现现象内在联系的推测或科学的概括，故称为矿山压力假说。目前假说“悬臂梁”假说“压力拱”假说“铰接岩块”假说“预成裂隙”假说一、采场上覆岩层活动规律假说提出人德国哈克（W.Hack）和吉里策尔（G.Gillitzer）于1928年提出1）压力拱假说在回采工作空间上方，由于岩层自然平衡的结果而形成了一个“压力拱”。拱的一个支撑点是在工作面前方煤体内，形成拱脚a，而另一个支撑在采空区内已垮落的矸石上或采空区的充填体上，形成拱脚b。这样就形成了前拱脚与后拱脚（如图）。内容回采工作面压力拱假说一、采场上覆岩层活动规律假说提出人德国的施托克（K.Stoke）于1916年提出2）悬臂梁假说工作面和采空区上方的顶板可视为梁，它一端固定于岩体内，另一端则处于悬臂状态。内容后得到英国弗里德（I.Friend）、前苏联的格尔曼等的支持此假说可以解释工作面靠近煤帮处顶板下沉量最小，支架载荷也小，而距离煤壁越远则两者大的现象。同时也可以解释工作面前方出现支承压力和工作面出现周期来压现象二、采场上覆岩层活动规律假说提出人比利时学者A.拉巴斯于20世纪50年代初提出3）预成裂隙假说由于开采的影响，回采工作面上覆岩层的连续性遭到破坏，从而成为非连续体，在回采工作面周围存在着应力降低区、应力增高区和采动影响区。内容矿山压力预成裂隙假说一、采场上覆岩层活动规律假说提出人原苏联学者Γ.H.库兹佐夫于1950～1954年期间提出4）铰接岩块假说若直接顶岩层分层厚度hm（m为采高），则在采空区形成冒落带。内容顶板岩层呈铰接岩块假说给定载荷状态支架的给定变形状态一、采场上覆岩层活动规律假说我国学者在总结铰接岩块假说和预成裂隙假说的基础上，以及在大量生产实践及对岩层内部移动进行现场观测的基础上，于20世纪70年代末80年代初提出了岩体结构的“砌体梁”力学模型。5）我国学者在岩体结构力学模型上的发展（1）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分组，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；特征（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。一、采场上覆岩层活动规律假说（3）由于垫层传递剪切力的能力较弱，层间的摩擦阻力无法阻挡岩块的转动和水平移动，为此可假设将软岩层视为无数垂直的“杆”，即只能传递垂直载荷，而无法阻止水平力。（4）当岩块由回转而恢复到水平位置时，块间的剪切力又变为零，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。一、采场上覆岩层活动规律假说有的学者提出了“传递岩梁”假说，认为断裂岩块之间的相互咬合，始终能向煤壁前方及采空区矸石上传递作用力，因此，岩梁运动时的作用力无需由支架全部承担；采场上覆岩层中的“砌体梁”力学模型近年来，随着对岩层控制科学研究的不断深入以及为了解决岩层活动中更为广泛的问题，在“砌体梁”理论的基础上，进一步提出了“岩层控制的关键层理论”