采场顶板活动规律.

采空区的处理方法 disposal method for gob
工艺中是如 何实现的？
煤柱支撑法（刀柱法）:pillar propping method 缓慢下沉法:lentitude subsidence method 充填法:filling method 垮落法:caving method
其中全部垮落法具有回采率高、成本低、简单的优点， 在条件适宜时，尽量采用这种方法。采用全部垮落法时， 随着工作面推进，回采工作面空间形状变化见下图。
砌体梁模型与传递岩梁模型的对比
比 较 砌体梁模型
垮落步距采用梁假说 认为岩梁可以传递水平力
传递岩梁模型
考虑成层性,假定分组一致下沉
相同点
岩块的受力与平衡 梁的几何特征（双
不同点
（推断） 曲线关系,实测） 给定荷载与给定变 给定变形与限定变 形工作状态 形工作状态 顶板压力估算应防 顶板压力取决于岩 止台阶下沉 梁的位态（控制）
（岩梁位态与支架无关）： A≤PT≤（A+hE·γE· A/2LK） L
位态方程式

“限定变形”工作方式： 支柱与顶板的作用结果，使岩梁在 图中所示的虚线位置接触。此时，支柱受力大小由限定的岩 梁位态（用对应的采场顶板下沉量ΔhT表示）决定，而与支 柱的刚度无关。在该方式条件下，顶板施予支架的作用力由 岩梁的位态方程得出，即： PT=A+PE· T Δh PE=B/ ΔhT B=(hE· E· A/2LK) · A γ L Δh
采场矿压假说总结
前面所介绍的一些主要的矿压假说都是
第四章 回采工作面上覆岩层活动规律
4.1 概述
在煤层或矿床开采过程中，一般把直接进行采煤 或开采有用矿物的工作空间称为回采工作面或简称 为采场coal face 。 顶板：位于煤层之上的岩层称为顶板。 按顶板与煤层的位置关系、冒落性能及冒时对回采 工作面的影响分为： （1）直接顶（immediate roof）：直接顶位于 煤层上方的一层或几层性质相近的岩层；通常由具 有一定稳定性且一般随回柱放顶而垮落，由页岩或 砂页岩等岩层组成。也有人认为采空区冒落带内的 岩层统属于直接顶。

σ = N 0e
p y
2 f x 1+ sin φ 1sin φ m
2,煤壁前方应力分布: ,煤壁前方应力分布:
2 f x 1+ sin φ m 1sin φ
σ yp = 岩分区: 极限平衡区 D 围岩分区 弹性区 E 原始应力区 F 减压区 A 应力分区 增压区 B 稳压区 C (二者有交叉)
一 采场围岩的基本概念
(六)支承压力及其分布
3,特征 , 回采工作面前后的支承压力分布与采空区处理方法有关. 回采工作面前后的支承压力分布与采空区处理方法有关. 假如采空区采用的是刚性支撑,例如采用刀柱法 留煤柱 留煤柱), 假如采空区采用的是刚性支撑,例如采用刀柱法(留煤柱 ,工 作面前后的支承压力分市应类似于巷道两侧. 作面前后的支承压力分市应类似于巷道两侧.其情况如下图 曲线1,即前后均有几乎相等的压力分布. 曲线 ,即前后均有几乎相等的压力分布.假设采空区处理采 用垮倍法或充填法,则将导致工作面前方支承压力急剧增加, 用垮倍法或充填法,则将导致工作面前方支承压力急剧增加, 而采空区支承压力则大幅度降低,如下图曲线 . 而采空区支承压力则大幅度降低,如下图曲线2.
一 采场围岩的基本概念
(二)底板
1,定义 , 与煤层顶板相对应,采煤时称煤层下面的岩层为底板. 与煤层顶板相对应,采煤时称煤层下面的岩层为底板. 直接在煤层下面的岩层叫做直接底. 直接在煤层下面的岩层叫做直接底. 2,特征 , 底板岩层在岩层控制中涉及两类问题: 底板岩层在岩层控制中涉及两类问题:一是煤层开采后 引起的底板破坏;二是从采场支护系统而言, 引起的底板破坏;二是从采场支护系统而言,支护系统的刚 度是由"底板-支架 顶板"所组成, 支架-顶板 度是由"底板 支架 顶板"所组成,因此底板岩层的刚度将直 接影响到支护性能的发挥. 接影响到支护性能的发挥. 底板比压: 底板比压:将支架底座对单位面积底板上所造成的压力 称为底板载荷集度. 称为底板载荷集度.

二、采场顶板活动规律
（3）铰接岩块假说 （前苏联库兹涅佐夫，1950)
讨论：
（1）正确解释了顶板分带情况。 （2）提出了老顶铰接岩块结构形 式。 （3）没有解决结构平衡条件。
假说观点：（1）采场上覆岩层分为垮落带和裂隙带，二者差别在
于，裂隙带岩块间存在有规律的水平挤压力的联系，从而相互铰合 形成一条多环节的铰链。三铰拱式的平衡。
由于它们在推进方向上不能够始终保持传递力的联系， 因此一旦运动，其重量将由支架全部承担。
直接顶指采空区已经冒落岩层的总合。
二、采场顶板活动规律
1、基本概念
伪顶：在煤层与直接顶之间有时存在厚度小于0.3～0.5 m、 极 易 垮 落 （ 随 采 随 冒 ） 的 软 弱 岩 层 ， 称 为 伪 顶 。 （ false roof) 基本顶：位于直接顶之上(有时直接位于煤层之上)对采 场矿山压力直接造成影响的厚而坚硬的岩层称为基本顶/老 顶。 （main roof)
基本顶破断以后，破裂岩块始终能保持向煤壁前方和 采空区矸石上传递力的联系，它的运动对回采工作面矿山 压力显现有明显影响，但是其作用力无须由支架全部承担。
二、采场顶板活动规律
2、有关采场上覆岩层活动规律的假说
“假说”就是用已有的事实材料和科学原理为依据，关于未 知事实（如现象之间的规律性联系、事物的存在或原因、未来事 件的出现等）的假设性解释。
上覆岩层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。
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。岩层移动曲线的形态经实测呈开始 为下凹、而后随工作面的推进逐渐恢复水 平状态，由此决定了断裂岩块间铰接点的 位置。

ki 由材力知曲率与弯矩关系为：
(M i ) x Ei J i
且 k1 kΒιβλιοθήκη 2 k n(M 1 ) x E1 J 1 故有： (M 2 ) x E2 J 2
即
Mn M1 M2 E1 J 1 E2 J 2 En J n
由 M =ΣMi 有：
(M 1 ) x E1 J 1 (M 1 ) x E1 J 1 ；(M ) E J ；… ； ( M ) E J 3 x 3 3 n x n n
2、老顶梁式结构力学分析： （按固定支座） 1）支座反力：（对称）
ql R1 R2 2
ql 2 M1 M 2 12
２）任意截面剪力：（Ｄ—Ｄ’）
ql ql 2 x Qx R1 qx qx 1 2 2 l
ql Q | x 0 2 Q| l 0
隔离煤柱
4）简支支座时老顶的力学分析：
ql 剪力 Q x R1 qx qx 2
q
Qx
Mx
x ql q 2 M R x qx x x 弯矩 x 1 2 2 2
最大弯矩在梁中间
ql 2 M| l x 8 2
最大剪力在梁的两端 Q | ql x 0
2
综上：老顶岩梁破坏形式有两个
h ql 2 h M max 2 3 ql 8 2 2 1 3 Jz 4h 2 h 12
当 max Rt 时，岩梁被拉断裂。
3ql 2 此时由 Rt 2 有： 4h
简支梁按弯矩计算的极限跨距： LLT
Rt 2h 3q
老顶按梁式结构计算其极限跨度为：
固定梁 按弯矩计算 LLT 简支梁
q 的计算公式：

煤矿 现 代化
２１－ ００ｒ第６ 期
总第９ 期 ９
栗锡 丁 ｊ 在 采 面才 方 白 动 规 锋 才 页ｆ ｊ ｉ 、 经 罘析
郭 璋
（ 内蒙古伊泰集 团有 限公司 大地精煤矿 。内蒙伊金 霍洛旗 ０ ７ ０ １０ ０）
摘 要 分 析 了采 场 上覆 岩 层初 次运 动 阶 段和 周 期 性运 动 阶 段 的特 征 ， 讨 了岩 层 运 动 的相 对 稳 定 过 探 程和 显著 运 动 过 程 ， 影 响 岩 层 运 动 的 影 响 因 素及 影 响 程度 进 行 了阐述 。 对 关 键 词 岩 层 ；采 面 ；运 动规 律 ；探 析 中图 分 类 号 ：Ｄ ２ １ Ｔ ３５． 文 献 标 志 码 ： Ａ 文章 编 号 ：０ ９ ０ ９ （ ０ ００ — １４ ０ １０ — ７ ７ ２ １ ）６ ０ ４ — ２ 我 们 把 岩 梁 运 动 幅度 小 ，对 采 场 矿 压 的影 响不 明显 的 过
程， 称为岩梁处于相对稳定过程。描述该过程长短 的参数是岩 粱 的相对稳定 步距 ，即岩梁处 于相对稳定状态 时工作 面推进 的距 离 ， ｂ 示 ， 图 １ａ 、ｃ 、ｅ所 示 。 用 表 如 （ ）（ ）（ ）
程和描述 岩层运动 的参数 ，从 而揭示岩层运动在推进 方向上 的运动发展规律和影响 。
一
ｆ｝ ｃ
场 在 初次 来 压 期 间 的 安 全 。
１ 周 期 性 运 动 阶段 ． ２
ｆ
＿ 豳 ６ 锺 瞄 ～Ｌ ～ ｈ
（） ｄ
从 岩 层 初 次运 动结 束 到 工 作 面 采 完 ，顶 板 岩层 按 一 定 周 期 有 规律 的 断 裂运 动 ， 做 周 期 性 运 动 阶 段 （ 图 １１ ～ ｆ） 称 如 （， （）。 ２ ）

１ ～１。 。 ３ ，覆岩厚度 １４～２ ８ ０ ２ ｍ，采用 全部垮 落法一 次采全 高 ，工作面压力 大 ，来 压频 繁 ，老顶 周期 来 压步 距 为 ９～ １ ｍ，平均来压步距 １ｍ。１２ ５综 采工 作 面位 于 １ 煤西 ４ ２ ２０ 二盘区 ，工作面长 ３ ８ ０ ｍ，推进长度 ４ ４ ｍ，采用双巷布置 ， ３３ 北邻 １２ ４工作 面采 空 区 ，南接 １２ ６准 备工 作 面。依据 ２ｏ ２０
工作 面控 制顶板 所 需的 支护 阻力及 支 架工作 阻 力。
关键词 ：大采 高 ；浅埋藏 ；台阶岩 梁 ；短砌 体 梁
中图分 类号 ：Ｔ ３ Ｄ２
文 献标 识码 ：Ｂ
文章编 号 ：１ ７ ０ ５ （ ０ ０ １ ＿０ ３（ ６ １— ９ ９ ２ １ ） ２（ ４ －３ ） ）
Ｓ ５ ｂ８ Ｉ ｂ 、Ｓ ｌ 、Ｓ６五个 钻孔 资 料 来 看 ，该 工 作 面 煤 层 直 接 顶 ） 为 砂 质 泥 岩 和 粉 砂 岩 ，老 顶 为 中 粒 、细 粒 砂 岩 ，顶 板 赋 存
表 １ １２ ５综 采 工 作 面 钻 孔 特 征 ２０
收 稿 日期 ：２ １ ０ ０ ０— ８—１ ２
作 者 简 介 ：王 春 雷 （ ９ ３一） １８ ，男 ，河 北 巨 鹿 人 ，采 矿 工 程 硕 士 研 究 生 ，现 在 神 东 煤 炭 集 团 公 司上 湾 煤 矿 综 采 队 从 事 生 产技术管理工作。
１２ ５ 采 工 作 面 内 沿 推 进 方 向 依 次 打 设 的 Ｓ ２ 、Ｓ 、 ２０ 综 ｂ２ Ｍ
随后 大量单体被鼓帮折 断 ；２ １ ００年 ５月上旬 回采至 距切 眼
９ ０ 时 ，在 机 尾 段 发 生 了 长 ５ ｍ 范 围 的 大 面 积 架 前 漏 顶 ， ０ｍ ０ 停 产 ４ ；２ ０ ｄ ０ ５年 ８月 中 旬 ，１２ ５综 采 工 作 面 以 北 与 其 并 ２０ 行 布 置 的 １２ １ 作 面 回 采 至 距 切 眼 １５ ｍ 时 ，机 尾 老 顶 ２０ 工 ４０ 突然 切 落 ，将 两 台 支架 压死 。

2：实际测得的不同类型覆岩开采后的破坏情况
上覆松软岩层
上覆中硬岩层
1—冒落带；
2—裂隙带
上覆坚硬岩层
3、工作面附近顶板移动观测曲线：
上覆岩层移动实测曲线
4、上覆岩层随工作面推采位移路径：
开采后上覆岩层沿走向方向水平与垂直移动轨迹图
5、倾角对顶板位移的影响：
观测点在沿煤层倾斜剖面上的移动
6、顶板移动一般规律：
第五节 回采工作面上覆岩层活动规律假说 一、压力拱假说： （1928，德国，哈克）
在上覆岩层中，形成一个 “压力拱”，前方煤壁及后方垮落 矸石分别为拱的两脚，工作面处 于拱的保护之下。
“压力拱”将随工作面的推进而前移。
二、悬臂梁假说： （1916，德国，施托克） 工作面和采空区上覆岩层，可视为一端固定于岩体
1、梁式结构——将顶板视为沿工作面推进方向的梁，按 照梁式结构承载变形破坏理论分析顶板破坏现象。
2、板式结构——将顶板岩层视为一个板或经断层、裂隙 切割后，多块板相互咬合组成的板，按板式结构承载变形及 强度理论分析顶板破坏现象。
3、顶板结构端部支撑条件： 固定支座——顶板被煤岩层夹持，未断裂，无自由端； 简支梁支座——顶板端部断裂或埋深较浅（可转动）；
2） q 的计算公式：
由材力知曲率与弯矩关系为： ki
(M i )x Ei Ji
且 k1 k2 kn
即 M1 M2 Mn
E1 J1 E2 J 2
En Jn
故有：(M 1 ) x E1J1
(M 2 )x E2 J2
(M 1 ) x
；(M 3 ) x
E1 J1
E3 J 3；…
；(M 1 ) x E1 J1
二、直接顶的离层：

端头支架和排头支架，采用在机头、机尾上方架两对走向 3.2m花边工字钢连锁托棚进行支护。
（四）单体液压支柱支护
• 从1986年开始，公司逐步引进单体液压支柱，到1990年， 公司使用的摩擦支柱几乎全部淘汰。所使用的金属铰接顶
梁长度有1.2m和1.0m两种，以后逐步改为1.0m长顶梁，
留有少量1.2m长顶梁作为特殊支护用。工作面柱距0.5m， 排距1.0m，允许误差±100mm，架设齐头梁、直线柱、 正悬臂。控顶方法：二三排控顶，最大控顶距3.0m，最 小控顶距2.0m，见三回一，放顶步距1.0m。
（二）金属摩擦支柱支护
• 从1962年开始到1978年结束，开始全部推广使用金属摩 擦支护和金属铰接顶梁。支架布置方式采用齐粱直线柱正
悬臂架设。柱距0.5～0.6m,排距1.2m。普采工作面一般
采用错粱直线柱支护。顶梁上方用4～6根小棍背顶。作业 方式为“两采一准”,八点班、夜班生产，四点班检修。 控顶方式为见“四回一”，即打齐四排支护后，回撤老塘 侧最后一排支护。
（三）超前动压区支护
• 炮采工作面风、机两巷20m动压区超前支护为：距煤墙8—10m为替 棚段，沿上、下两帮分别打两排铰接顶梁支护，10m内未替棚部分打 双排点柱。向外10m—20m内打单排点柱，并连锁。 • 综采工作面机、风巷两巷替棚长度根据采面推进度保持3—5m，替棚 段一般采用1.2m长悬臂梁沿走向架设3至4排，一梁一柱，距帮不大 于0.6m。替棚段外采用1.2m悬臂梁沿走向打2至3排超前支护，一梁 一柱，保证10m。外段沿走向打一排支护，一梁一柱。 • 压力大时，两巷超前支护长度不低于50m，压力大的地点坚持一梁二
低于3m，机尾不低于1m。
• 综采工作面采用端头支架支护。如果机、风两巷 压力大，巷道变形严重，而且底板松软，组支架一般托巷道 棚子0.2～1m，机尾最后一组支架一般托巷道棚 子0.5～1.5m；两端头支护时，采用在机头、机 尾上方架两根走向3.2m花边工字钢连锁托棚进行 支护，一梁三柱。花边工字钢连锁长度1.6m，随 工作面推进交替前移；花边工字钢距基本架间距 不大于0.7m，不小于0.2m。

（1）垮落带老顶岩块压坏采场支架； （2）垮落带老顶岩块冲击压坏采场支架； （3）裂隙带老顶岩块压坏采场支架。
2.漏冒型冒顶
（1）大面积漏垮型冒顶 ； （2）靠煤壁附近的局部冒顶； （3）采场两端（机头、机尾）的局部冒顶； （4）放顶线附近的局部冒顶。
3.推垮型冒顶
（1）金属网下的推垮型冒顶； （2）采空区冒矸冲入采场的推垮型冒顶。
老顶的运动及来压程度不仅对直接顶的稳定性有直接影响， 而且对是否造成大面积的切顶起着决定作用。采用全部跨 落法管理顶板的采煤工作面，一般情况下，老顶对工作面 顶板压力影响主要决定与直接顶的厚度及其稳定性。
当工作面从开切眼开始采煤后，直接顶跨度达到6~20M 时，直接顶开始冒落，为减轻上覆岩层的压力，工作面开 始初次放顶，若有老顶跨落的影响时，初次放顶期还包括 老顶的初次跨落，将对工作面造成较大的威胁，容易发生 冒顶，必须加强支护等安全措施，直接顶初次跨落后，随 着工作面继续向前推进，直接顶不断冒落，老顶的悬露跨 度增大，直到达到极限跨度时，老顶将出现断裂，进而发 生跨落。这时，将对工作面产生较大影响，顶板下沉量增 加，支架载荷增大，煤壁片帮。
2020/1/20
28
注意：超前工作面20m范围内的两端巷道，因受 工作面前方支承压力的作用，受压大。为防止压 坏支架，应加强支护。
2020/1/20
29
（三）漏冒型冒顶的机理及预防措施
发生的条件：直接顶板软弱破碎。 防治对策：护.采用各种方法将顶板护好。综
采面：选用掩护式或支撑掩护式支架。单体面： 支柱加顶梁，顶梁上加背板，甚至背严。支柱 柱距小于0.7m。
2020/1/20
18
当老顶岩梁达到极限跨距时，弯曲、下沉、断裂。工作