第四章采场矿山压力显现基本规律

河南理工大学第四章采场矿压显现基本规律主讲人：王成E_mail:[e-mail]：158389059792014年3月21日2第四章采场矿压显现基本规律第一节衡量矿压显现程度的指标第二节老顶的初次来压第三节老顶的周期来压第四节顶板压力的估算第五节工作面前后支承压力的分布第六节影响矿山压力显现主要因素3第四章采场矿压显现基本规律学习要点了解矿压显现程度的一些指标掌握初次来压和周期来压相关概念及矿压显现掌握顶板压力估算方法及其适用条件掌握采场矿压显现的主要影响因素学习难点初次来压和周期来压顶板压力估算采矿矿压主要影响因素4第四章采场矿压显现基本规律指标顶板下沉下沉速度支柱变形与折损顶板破碎情况局部冒顶顶板沿煤壁切落指煤壁到采空区边缘裸露的顶底板相对移近量□顶板活动的剧烈程度顶板破碎严重能形成局部塌落衡量顶板管理好坏的质量标准之一,常以单位面积中冒落面积所占的百分比，支柱的初撑力要大，本身就能防推其他矿压煤壁片帮、支柱钻底和底鼓等第一节衡量矿压显现程度的指标5第四章采场矿压显现基本规律常在工作面煤壁刚悬露的顶板处设置测杆，随工作面的推进，测得由煤壁到采空区放顶线处的顶底板移近量，以s表示。为了对比，常常把这个指标换算为单位采高、单位推进度的顶板下沉量，即(L为控顶距，M为采高)第一节衡量矿压显现程度的指标6第四章采场矿压显现基本规律第二节老顶的初次来压第四章采场矿压显现基本规律一、初次来压的形成初次来压步距：第一次来压时工作面距离开切眼的距离（推进距离）2TLTRLhq初次来压：老顶平衡结构第一次失稳而施加给工作面大型压力的过程初采开切眼推进老顶悬顶跨度增大老顶断裂三铰拱式平衡结构失稳（回转失稳，伴随滑落失稳）初次来压初次来压步距=老顶初次断裂的极限跨距qRhLTLT327第四章采场矿压显现基本规律特点顶板下沉的必然性，速度由1mm/h到5～20mm/h来压显现剧烈性、危险性和采取措施的针对性老顶来压的突然性，来压前无明显征兆，顶板压力不大老顶来压的持续性，一般2～3d第二节老顶的初次来压二、初次来压的特点来压步距规律性，10～30m约占54%，30～55m约占37.5%，其余为大于55m的情况，有的甚至可达到160m左右顶板来压的预判性，但煤壁支承压力很高，如煤壁片帮，支柱载荷急剧增加，直接顶沿煤壁切断8第四章采场矿压显现基本规律来压前无明显征兆，来压猛，致使支架稳定性差，易造成顶板事故第二节老顶的初次来压三、预防措施9第四章采场矿压显现基本规律第二节老顶的初次来压三、预防措施措施增大支撑力增大稳定性加强矿压监测、地质和开采资料分析重视日常支护质量管理重点措施保护煤壁，减少片帮10第四章采场矿压显现基本规律第四章采场矿压显现基本规律初次来压工作面推进老顶悬顶跨度增大老顶断裂砌体梁平衡结构失稳（变形失稳，伴随滑落失稳）周期来压第三节老顶的周期来压一、周期来压的形成周而复始周期来压：“砌体梁”结构的周期性失稳而引起的顶板来压现象11第四章采场矿压显现基本规律第四章采场矿压显现基本规律第三节老顶的周期来压ABCBC初次来压周期来压一、周期来压的形成老顶初次来压后，工作面继续推进，裂隙体梁所形成的结构将发生变化A12第四章采场矿压显现基本规律第四章采场矿压显现基本规律第三节老顶的周期来压一、周期来压的形成A断裂暂时稳定复位“稳定—失稳—再稳定”A稳定ABCABABABC13第四章采场矿压显现基本规律支架性能必须与周期来压相适应，支架应具备:一定的可缩量；一定的工作阻力第三节老顶的周期来压一、周期来压的形成BAQT)tan(支柱阻力必须承受控顶区全部岩层重量。滑落失稳)tan(01TQPFBAy，避免滑落失稳，支架的对老顶的作用力P1:BAQPT，014第四章采场矿压显现基本规律第四章采场矿压显现基本规律周期来压步距：来压期间工作面推进距离。第三节老顶的周期来压二、周期来压步距qRhLT3周期来压步距=初次来压步距的1/2～1/2.5。qRhLTLT2悬臂梁：老顶极限跨距固支简支qRhLTLT3215第四章采场矿压显现基本规律阜新矿务局高德矿,该工作面长170m，煤厚为3m，老顶为4.5m，直接顶为3.5m厚的细砂岩，煤层倾角32°～35°来压序号来压情况支架载荷/kN动压系数持续时间影响范围/m来压步距/m平时来压循环数小时/h初次—36—37.4——1.9518271.517.642010801.81211482.019.890013801.8537422.118.25407901.76第三节老顶的周期来压二、周期来压步距16第四章采场矿压显现基本规律冒顶、切顶（支护参数选择不当）第三节老顶的周期来压三、周期来压矿压显现矿压显现顶板下沉速度急剧增加支柱载荷普遍增加，甚至出现折损现象顶板的下沉量变大顶板台阶下沉（支撑力不足）煤壁片帮严重判断周期来压17第四章采场矿压显现基本规律第三节老顶的周期来压四、预防措施措施增大支撑力增大稳定性加强预测预报重视日常支护质量管理保护煤壁，减少片帮全面来压工作面与开切眼斜交局部来压工作面与开切眼斜交18第四章采场矿压显现基本规律课堂作业初次来压的概念周期来压的概念课后思考初次来压和周期来压的区别？19第四章采场矿压显现基本规律直接顶载荷Q1：一、估算法第四节顶板压力的估算1.经验估算法老顶载荷Q2：直接顶的倍数MKMnhnqqpP)8~4(121)(11mkNhLQ)(11kPaLQq)(,11kPahqLL则20第四章采场矿压显现基本规律直接顶载荷Q1：一、估算法第四节顶板压力的估算1.经验估算法老顶载荷Q2：直接顶的倍数MKMnhnqqpP)8~4(121)(11mkNhLQ)(11kPaLQq)(,11kPahqLL则21第四章采场矿压显现基本规律一、估算法第四节顶板压力的估算2.从老顶形成结构的平衡关系估算)tan()(2)tan(00HQLQTQFiiBABA滑落失稳：实质：直接顶的载荷全部由支架承担，老顶载荷仅由结构失稳时产生老顶载荷=两岩块的重量-咬合处摩擦力22第四章采场矿压显现基本规律一、估算法第四节顶板压力的估算2.从老顶形成结构的平衡关系估算基于支撑力与顶板下沉量呈双曲线关系：00hKhPiEi时，老顶的作力顶板下沉量要求控制顶板的下沉量实测顶板下沉量000hKhhi式中：LKLmKTEEE0变形失稳：23第四章采场矿压显现基本规律载荷作用力的位置与支架可能形成的最大反力的作用位置不同，从而产生由于支架与围岩相互平衡的附加力。一、估算法第四节顶板压力的估算3.威尔逊估算法rQLQLPQQPp3121考虑了“支架-围岩”相互作用而导致顶板的作用力。24第四章采场矿压显现基本规律从工作面支架上测定其所承受的实际载荷。不仅含顶板压力，同时还含有支架性能的影响。二、实测法第四节顶板压力的估算25第四章采场矿压显现基本规律第五节工作面前后支承压力的分布煤壁—已冒落的矸石两种支撑体系煤壁—工作面支架—采空区已冒落矸石26第四章采场矿压显现基本规律第五节工作面前后支承压力的分布10m20m30m60m5m20m45m27第四章采场矿压显现基本规律原岩应力区应力增高区应力降低区应力恢复区第五节工作面前后支承压力的分布28第四章采场矿压显现基本规律影响采场矿山压力显现的主要因素是围岩性质，有关围岩的分类将在第五章叙述，此处主要分析第六节影响矿山压力显现主要因素影响因素采高和控顶距推进速度倾角采深分层开采29第四章采场矿压显现基本规律第六节影响矿山压力显现主要因素一、采高和控顶距)1(bazmxeSS工作面开采后上覆岩层的下沉曲线00LSLSLhKMhS00MLLMLKKKLLKKMLLhKMhSpppL00000011111下沉系数:每米采高、每米推进度的顶板下沉量。一般为0.025～0.0530第四章采场矿压显现基本规律第六节影响矿山压力显现主要因素一、采高和控顶距LMSL下沉系数:每米采高、每米推进度的顶板下沉量，一般0.025～0.05顶板下沉量与采高、控顶距成正比；采高大，上覆岩层活动范围大，不易形成平衡结构；采高大，煤壁不稳定，矿压显现严重；采高小，矿压显现缓和控顶距增大，顶板压力增加，支架稳定性下降，控顶效果性差31第四章采场矿压显现基本规律第六节影响矿山压力显现主要因素推进速度的影响=时间对顶板下沉的影响加快推进速度减少控顶时间减少无工序下沉量二、工作面推进速度的影响加快推进速度可改善破碎顶板的维护状况32第四章采场矿压显现基本规律老顶岩层形成的结构由“煤壁－工作面支架－采空区已冒落的矸石”支撑体系支撑；放顶就是撤除靠近采空区一侧的支架支撑力,导致“支架-围岩”的力学系统发生变化，使顶板下沉量急剧增加。第六节影响矿山压力显现主要因素二、工作面推进速度的影响落煤与放顶工序对顶板下沉的影响，实质上是开采后老顶“砌体梁”结构在其前后支承压力不断推移过程中对工作面顶板所带来的影响，这种影响不可避免。33第四章采场矿压显现基本规律采深对矿山压力具有绝对的影响采深对巷道和回采工作面矿压显现的影响不同第六节影响矿山压力显现主要因素三、开采深度采深HHKH巷道影响明显回采工作面影响不明显34第四章采场矿压显现基本规律第六节影响矿山压力显现主要因素三、开采深度浅部巷道深部巷道35第四章采场矿压显现基本规律第六节影响矿山压力显现主要因素三、开采深度薄煤层工作面悬移支架工作面大采高工作面36第四章采场矿压显现基本规律第六节影响矿山压力显现主要因素四、煤层倾角垂直层面的应力减小支架载荷小37第四章采场矿压显现基本规律第六节影响矿山压力显现主要因素四、煤层倾角冒落矸石充填方式发生变化：均匀分布不均匀分布影响“三带”分布顶板下沉量减小工作面受力不均38第四章采场矿压显现基本规律上覆岩层大结构的受力状态发生变化，滑落失稳和回转变形失稳条件发生改变第六节影响矿山压力显现主要因素四、煤层倾角)tan(aaaRTQ)tan(aaaRTQ俯采仰采aaaaaaaaRTQTQRTQ走向长壁老顶形成结构容易程度：俯采走向长壁仰采)tan(aaTQ39第四章采场矿压显现基本规律留煤皮、人工假顶、再生顶板分层开采矿压显现特点：老顶来压步距小，强度低；支架载荷小：动载荷→静载荷；系统刚度大，遵循“硬支多载”顶板下沉量大分层初次来压步距/m周期来压步距/m上6039.4下33.819.4第六节影响矿山压力显现主要因素五、分层开采分层平顶山C12邢台大煤邢台小煤淄博10煤页岩（再生顶板）砂岩（再生顶板）砂页岩（矸石板）页岩（矸石板）mm%mm%mm%mm%一207.0100145.0100110.8100136100二427.2207389.9262173.9157208153三347.4168353.7244————40第四章采场矿压显现基本规律留煤皮、人工假顶、再生顶板分层开采矿压显现特点：老顶来压步距小，强度低；支架载荷小：动载荷→静载荷；系统刚度大，遵循“硬支多载”顶板下沉量大分层初次来压步距/m周期来压步距/m上6039.4下33.819.4第六节影响矿山压力显现主要因素五、分层开采分层平顶山C12邢台大煤邢台小煤淄博10煤页岩（再生顶板）砂岩（再生顶板）砂页岩（矸石板）页岩（矸石板）mm%mm%mm%mm%一207.0100145.0100110.8100136100二427.2207389.9262173.9157208153三347.4168353.7244————41第四章采场矿压显现基本规律总结矿压显现程度的一些指标，如顶板下沉、顶板下沉速度、片帮和冒顶等初次来压、周期来压、初次来压