采场支承压力分布

一、名词解释1、支承压力: 在岩体内开掘巷道后，巷道围岩必然出现应力重新分布，一般将巷道两侧改变以后的切向应力增加部分称为支承压力。

2、矿山压力显现: 由于矿山压力作用使巷硐周围岩体和支护物产生的种种力学现象。

3、矿山压力控制：所有减轻、调节、改变和利用矿山压力作用的各种方法。

4、回踩工作面（采场）：在煤层或矿床的开采过程中，一般把直接进行采煤或采有用矿物的工作空间。

4、伪顶: 位于直接顶和煤层之间，厚度小于0.3~0.5m的极易垮落的软弱岩层，一般随采随冒。

5、直接顶: 直接位于煤层上方的一层或几层性质相近的岩层6、矿山压力: 由于矿山开采活动的影响，在巷硐周围岩体中形成的和作用在巷硐支护物上的力定义为矿山压力。

7、老顶: 位于直接顶（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。

8、底板：位于煤层下方的岩层。

9、顶板：赋存在煤层之上的岩层。

10、端面破碎度：指支架前梁端部到煤壁间顶板破碎的程度。

11、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，即底板比压。

12、支护工作阻力：支柱受顶板压力作用而反映出来的力。

13、始动阻力：在顶板压力作用下，活柱开始下缩的瞬间支柱上所反映出来的力。

14、关键层：对采场上覆层局部或直至地表的全部岩层活动起控制作用的岩层称为关键层15、老顶的初次来压：随着工作面的推进,老顶岩梁的长度和悬露面积逐渐增大,当其自重和上覆岩层作用力超过本身强度时,就会发生断裂而垮落.此时的垮落来势较猛,垮落面积较大,回采工作面压力显著增加,这种情况通常称为老顶的初次来压.16、关键层理论：为老顶来压预报提供理论依据提出岩层断裂前后的弹性基础梁力学模型及各种不同支撑条件下的力学模型。

17、支架的初撑力：利用升柱工具和锁紧装置使支柱对顶板产生一个主动力，这个最初形成的主动力称为支柱的初撑力。

///支架的初撑力指的是支架刚支设时，对工作面顶板所提供的支撑力18、原岩应力：存在于地层中未受工程扰动的天然应力。

2021年6月第34卷第3期山西能源学院学报Journal of Shanxi Institute of EnergyJun.，2021Vol.34No.3·煤电技术研究·大采高工作面超前支承应力分布特征分析（大同煤矿集团华盛万杰煤业有限公司，山西运城043302）姚鹏飞【摘要】大采高工作面在开采时易导致巷道难支护、煤壁片帮现象，严重影响煤矿安全生产。

本文根据某矿8.5m大采高工作面实际开采情况，利用FLAC3D数值模拟软件建立数值模型，研究大采高工作面推进过程中超前支承应力分布特征。

研究表明：1）煤壁前方划分为塑性变形区、弹性应力变形区、原岩应力区，且工作面超前支承应力影响范围为50m，峰值介于9～9.7MPa；2）随着工作面的不断演化，应力峰值前移，应力集中程度上升，最大值的位置随着其不断推进发生向前移动的现象。

研究成果可为大采高煤矿的安全生产提供理论依据。

【关键词】大采高；应力分布；数值模拟【中图分类号】TD323【文献标识码】A【文章编号】2096-4102（2021）03-0006-03由于大采高工作面采高的增大，工作面周围的应力水平与普通采高相比有着很大的变化。

近年来，随着煤矿开采工作面高度的增加，采场压力剧烈显现、顶板控制难度增加，与正常工作面开采相比表现特征不同。

且大采高工作面超前支承应力大，导致工作面前方煤体裂隙发育，造成煤壁片帮，进而引发冒顶。

因此，如何保障大采高情况下采煤工作面安全高效开采成为迫在眉睫的问题。

国内许多专家对工作面开采中支承应力分布规律做了大量的研究。

武泉森研究得出：工作面超前移动支承应力区的影响范围为工作面前方35m，最大值位置位于工作面前方20～25m处。

但是在超前支承应力的范围内，直接顶与基本顶之间产生二层，这表示支柱载荷增大、锚杆受力也增加，为了增强巷道的稳定性，单体液压支柱初承力要大于8MPa。

陈轶平文中指出工作面超前支承应力大约在工作面前方35m左右位置，回采工作面前方煤体处于应力升高区，顶、底板支承应力显现相似。

绪论：三个概念第二章：原岩应力概念。

原岩应力分布规律第三章：采场覆岩结构假说。

老顶断裂形式及初次断裂步距。

老顶失稳形式。

第四章：矿压显现指标。

老顶初次来压及周期来压。

采场周围支承压力分布及各自名称。

影响矿山压力显现的因素。

第五章：老顶分级，直接顶分类。

采场支架类型。

第六章：关键层及特征。

横三带、竖三区。

第七章：围岩变形经历的5个阶段。

巷道位置类型。

巷道围岩控制原理。

第八章：无煤柱护巷类型。

围岩卸压方法。

金属支架。

锚杆分类及锚固力。

软岩巷道变形力学机制。

第九章：影响顶煤冒放性因素。

顶煤破坏过程描述。

第十一章。

煤矿动压现象。

分类。

冲击地压机理。

冲击地压防治。

1．.矿山压力：由于矿山开采活动的影响，在硐周围岩体中形成的作用在巷硐支护物上的力。

2. 矿山压力显现：由于矿山压力作用使巷硐周围岩体和支护物产生的种种力学现象。

3．矿山压力控制：所有减轻，调节改变和利用矿山压力作用的各种方法。

4. 原岩应力：存在于地层中未收工程扰动的天然应力。

5．原岩应力场：天然存在于怨原岩内而与人为因素无关的应力场。

6.构造应力：由于地壳构造运动在岩体中引起的应力。

7.原岩应力分布规律：(1实测铅直应力基本上等于覆岩层重量。

(2水平应力普遍大于铅直应力。

(3平均水平应力与铅直应力的比值随深度增加而减小。

（4最大水平应力与最小水平应力一般相差较大。

8.直接顶：一般把直接位于煤层上方的一层或几层性质相近的岩层称为直接顶。

9.伪顶：在煤层与直接顶之间有时存在厚度小于0.3 0.5M,极易垮落的柔软岩层。

10.老顶：通常把位于直接顶之上对采场矿山压力直接造成影响的厚二坚硬的岩层称为老顶。

11.老顶断裂形式：老顶的梁式破断，老顶的板破断。

老顶达到初次断裂时的跨距称为初次断裂步距。

12.老顶初次断裂后砌体梁失稳形式1）顶扳下沉滑落失稳、变形失稳。

13.矿山压力显现程度的指标1）顶扳下沉量：2）顶板下沉速度：3）顶板的破碎情况程度4）局部冒顶面正常生产的重要因素5）顶板沿工作面煤壁切落或大面积冒顶6）单体支架的变形和折损。

采煤工作面超前支承压力分析及超前支护优化摘要：随着煤矿开采深度的增加，煤炭资源开采作业面临的地质环境越来越复杂，尤其是破碎顶板巷道的开挖和支护。

然而，原有的巷道支护技术已经不能满足深基坑（矿井）支护的需要，威胁着开挖(施工)作业的安全。

鉴于此，探索有针对性的支撑技术具有重要意义。

主要分析了采煤工作面超前支护压力的分析和超前支护的优化。

关键词：支承压力；超前支护；工作面；单体支柱引言在煤矿深部开采中，选择合理的矿山支持方法是确保安全生产的前提，其中还应考虑到地质条件和施工因素，并应根据沉陷原则选择合理的支持方法。

1、煤矿巷道支护的重要性随着国家的持续发展，工业水平显着提高，煤炭工业作为重工业的重要组成部分的发展，对工业发展产生了重大影响，从而影响了国家整个经济的发展速度和水平。

煤矿安全是一个主要关切问题。

近年来，煤矿倒塌等危险事故司空见惯。

如果不消除对采矿环境的安全风险，如果工人的安全得不到保障，人民和财产的安全将受到严重威胁，在某些情况下，国家的经济发展将受到严重损害。

随着我国人民生活水平的提高，人们的安全意识也在提高，许多工业精英正在努力寻找措施来改善矿山的安全，而矿山的建设是直接影响到总体安全的一个重要因素。

在地质安全方面，经验丰富的设计人员制定了一系列措施，不仅通过审查地质的地理位置和地质状况，而且通过改进工作，查明和处理采矿前的潜在风险，以查明和减少安全风险。

2、采煤工作面巷道掘进变形特征及影响因素分析本文研究的工作面自施工以来，行车道发生了严重变形，为了正确理解工作面变形，在其顶板采用“十字布点”的方式对顶板和两帮的移近量进行监。

对监测数据进行分析后，可总结出工作面变形特征如下:①工作面巷道顶板出现不同程度的煤层脱落；巷道顶板所采用的支护锚杆被拉断且钢带也被拉断，其中有一部分钢丝网被完全破坏。

其中，针对顶板下沉掉包严重的位置采用木垛的方法进行强化支护，但最终效果不明显。

②整个巷道工作面的底鼓现象较为严重，底鼓量最大可达1500mm。

1.矿山压力：由于开采影响，作用在开采空间煤岩体内或者支护物的力。

2.矿山压力显现：在矿压的作用下，开采空间煤岩体内和支护物上产生的各种力学现象。

3.构造应力：由于构造运动在岩体中引起的应力。

4.支承压力：指在岩体中开掘巷道、在煤层内进行采煤时巷道两侧或回采工作面周围煤壁上形成的高于软岩应力的垂直集中应力。

（应力重新分布后，巷道两侧改变后的切向应力增高的部分）5.支撑压力的分区问题：常将采场前方或巷道两侧的切向应力分布按大小进行区分。

⑴根据切向应力的大小，可分为增压区和减压区。

比原岩应力小的压力区是减压区，比原岩应力高的压力区是增压区。

增压区即通常说的支承压力区。

支承压力区的边界一般可以取高于原岩应力的5%处作为分界处。

再向内部发展即处于稳压状态的原岩应力区。

⑵另一种分类方法是将其分为极限平衡区和弹性区。

6.老顶初次来压：老顶平衡结构第一次失稳而施加给工作面以大型压力的过程。

7.老顶的周期来压：由于裂隙带周期性失稳而引起的顶板来压现象。

8.直接顶初次垮落：直接顶第一次大面积垮落。

9.老顶初次来压步距：第一次来压工作面至开切眼的距离。

10.周期来压：由于老顶平衡结构周期性失稳而施加给工作面以大型压力的过程。

11.周期来压步距：两次来压期间工作面的推进距离。

12.老顶的梁式破断：最大剪力发生在固定梁的两端：Qmax=R1=R2=qL/2最大弯矩发生在梁中间：Mmax=qL2/8固定梁：按最大剪应力得出的极限跨距为：L2s=4hRs/3q按最大弯矩得出的极限跨距为：L2T=h2RT/q简支梁：按最大剪应力得出的极限跨距为：L2s=4hRs/3q按最大弯矩得出的极限跨距为：L2T=2h RT/3q老顶的板破断：分为，①四边固支②三边固支，一边简支③两边固支，两边简支④一边固支三边简支弯矩分布，固定端边界大。

转换时，煤壁处弯矩大，煤壁中段弯矩最大。

破裂过程，长边→短边→沟通→中间13.直接顶，⑴影响直接顶好坏的原因：①岩性；②裂隙切割；③老顶压力；④支护压力⑵直接顶岩层破坏离层原因：①节理裂隙切割②岩层松软变形量大（离层）③落煤之后顶板支护不及时或初撑压力过小（离层）④老顶岩层平衡结构失稳，岩块回转⑤支护力不均衡或支架反复支撑⑥放顶撤柱过快，产生动压冲击14.横三区竖三带，⑴按层面垂直方向移动状况划分竖三带：Ⅰ冒落带（垮落带）—分为规则、不规则垮落带：Ⅱ裂隙带，位于冒落带以上，岩层间产生离层，形成拉伸裂隙，整体间联系比较好，相对位移小；Ⅲ弯曲下沉带：岩层基本上不产生离层，也不产生断裂，岩层会大面积缓慢下沉。

矿山压力与压力控制习题第0章绪论1、顶板事故频繁发生的基本原因是什么?答：顶板事故频繁发生的基本原因是：（1）没有很好地研究和掌握各个具体煤层需要控制的岩层范围及其运动的规律（包括运动发生的时间和条件等），顶板控制设计缺少基础；2）没有深入地研究和掌握各种类型支架的特性，特别是在生产现场所能达到的实际支撑能力。

没有解决好针对具体煤层条件选好和用好支护手段方面的问题；3）没有更好地揭示支架与顶板运动间的关系，达到正确合理的选择控制方案。

2、矿山压力与岩层控制研究的主要任务是什么?答、矿山压力与岩层控制研究的主要任务为：（1）研究随采场推进在其周围煤层及岩层中重新分布的应力（包括应力大小及方向等）及其发展变化的规律。

该应力的存在和变化是煤及岩层变形、破坏和位移的根源，也是采场及周围巷道支架上压力显现的条件。

搞清分布在煤层及各个岩层上的应力状况，揭示它们随采场推进及岩层运动而变化的规律，是采场矿山压力研究的重点。

（2）研究采场支架上显现的压力及其控制方法。

包括压力的来源、压力大小及与上覆岩层运动间的关系、正确的控制设计方法等。

（3）研究在采场周围不同部位开掘和维护的巷道的矿山压力显现及其控制办法。

包括不同时间开掘的巷道压力的来源、巷道支架上显现的压力大小及其影响因素、以及支架与围岩运动间的关系等。

（4）控制采动岩层活动的主要因素分析。

从十分复杂的采动岩层活动中建立采动岩层的结构力学模型，从而展开对采场顶板矿压、采场突水、岩层移动及地表沉陷规律等进行系统描述。

（5）深部开采时采场支承压力分布、岩层结构及运动特点、围岩大变形的控制机制等。

3、矿山压力与岩层控制研究历史上主要存在几种假说？并叙述各假说的内容及优缺点？答：（1）掩护“拱”假说掩护拱假说的基本观点是：①采动形成的工作空间是在一种“拱”的结构掩护之下；② “拱”结构承担上覆岩层的重量，通过拱脚传递到煤层及岩体上的压力及由此在煤及岩体中形成的应力，是煤及岩层破坏的原因，也是“拱”结构本身向外扩展的条件；③采场空间的支护仅承受拱内已破坏岩层的岩重，支架是在由“拱”的结构尺寸所圈定的破碎岩石荷重下工作—即在一定的载荷条件下工作，支架上显现的压力大小与支架本身的力学特性无关。

支承压力：在岩体内开掘巷道后，巷道围岩必然出现应力重新分布，一般将巷道两侧改变后的切向应力增高部分称为支承压力。

老顶初次来压：当老顶悬露达到极限跨距时，老顶断裂形成三铰拱式的平衡，同时发生已破断的岩块回转失稳(变形失稳)，有时可能伴随滑落失稳，从而导致工作面顶板的急剧下沉。

此时，工作面支架呈现受力普遍加大现象，即称为老顶的初次来压。

周期来压：由于裂隙带岩层周期性失稳而引起的顶板来压现象称之为工作面顶板的周期来压。

关键层：将对采场上覆岩层局部或直至地表的全部岩层活动起控制作用的岩层称为关键层。

沿空留巷：如果通过加强支护或采用其他有效方法，将相邻区段巷道保留下来，供本区段工作面回采时使用的巷道，称为沿空留巷。

沿空掘巷：巷道一侧为煤体，另一侧为采空区，如果采空区一侧采动影响已经稳定后，沿采空区边缘掘进的巷道称为沿空掘巷。

煤矿动压现象：煤矿开采过程中，在高应力状态下积聚有大量弹性能的煤或岩体，在一定的条件下突然发生破坏、冒落或抛出，使能量突然释放，呈现声响、震动以及气浪等明显的动力效应。

这些现象统称为煤矿动压现象。

冲击矿压：冲击矿压是聚积在矿井巷道和采场周围煤岩体中的能量突然释放，在井巷发生爆炸性事故，产生的动力将煤岩抛向巷道，同时发出强烈声响，造成煤岩体振动和煤岩体破坏，支架与设备损坏，人员伤亡，部分巷道垮落破坏等。

冲击能量指数：在单轴压缩状态下，煤样全“应力一应变”曲线峰值c前所积聚的变形能Es与峰值后所消耗的变形能Ex之比值。

弹性能量指数：在单轴压缩状态下，煤样破坏前所积聚的变形能与产生塑性变形所消耗的能量的比值。

动态破坏时间：在常规单轴压缩试验条件下，煤样从限载荷到完全破坏所经历的时间。

矿山压力：由于矿山开采活动的影响，在巷硐周围岩体中形成的和作用在巷硐支护物上的力称为矿山压力。

矿山压力显现：由于矿山压力作用使巷硐周围岩体和支护物产生的种种力学现象，称为矿山压力显现。

矿山压力控制：所有减轻、调节、改变和利用矿山压力作用的各种方法均叫做矿山压力控制。

概念解释1.煤田：在地质历史发展过程中，有含炭物质沉积形成的大面积含煤地带，称为煤田。

2.水平开采：将设有井底车场，阶段运输大巷并且负担全阶段运输任务的水平，称开采水平。

3.分层分采：在一个区段范围内，采完一个分层后待顶板垮落稳定后，再掘进区段水平巷开采下一分层，称为分层分采。

4.房式采煤法：只开煤房，不回收煤柱，留设房间煤柱支承上覆岩层的开采方法。

5.辅助水平：辅助水平设有阶段大巷，担负辅助水平的运输，通风，排水等任务，但不设井底车场，大巷运出的煤需下运到开采水平，经开采水平的井底车场再运至地面。

6.掘进率：生产矿井在一定时期内每产一万吨煤所需要掘进的生产巷道总进尺数和开拓总进尺数。

7.井底车场：连接井筒和井下主要运输巷道的一组巷道和硐室的总称，是连接井下运输和井筒提升两个生产环节的枢纽。

8."三下一上"开采：指的是在建筑物下，铁路下，水体下和承压含水层上的煤层的开采。

9.充分开采：地表最大下沉值不再随采空区尺寸增大而增加的开采状态称充分开采。

10.井田：划分给一个矿井或露天矿开采的那一部分煤田称为井田（矿田）11.周期来压步距：两次周期来压工作面之间的距离。

12.石门：与地面不直接相通的水平巷道，其长轴线与煤层直交或斜交的岩石平巷。

13.井型：矿井生产能力通常指矿井设计的年生产能力，亦称井型。

14.上山：指在开采水平以上沿倾斜方向向上的巷道。

15.开切眼：形成初始采场的巷道。

16.回采工艺：在采煤工作面内按照一定顺序完成各项工序的方法及其配合17.井田范围：是指井田沿煤层走向的长度和倾斜方向的水平投影宽度。

18.阶段：在井田范围内，沿着煤层倾斜方向，按一定标高把煤层划分为若干个具有独立生产系统的长条，每个长条叫一个阶段。

19.采区：在阶段内沿走向把阶段划分为若干具有独立生产系统的块，每一块为一个系统。

带区式：在阶段内沿煤层走向划分为若干个具有独立生产系统的带区，每个带区布置若干个倾斜分带，分带内布置一个采煤工作面。

“采场矿山压力显现基本规律”随堂测验题一、名词解释1、矿山压力显现由于矿山压力作用，使巷道或采场周围煤岩体和支护物产生的种种力学现象，统称为矿山压力显现，如顶板下沉和底板臌起、巷道变形、煤壁片帮或煤岩体突然抛出等现象。

（需列举出2-3种具体现象，否则扣除0.5分）2、初次来压基本顶（老顶）悬露达到极限跨距发生初次断裂，断裂的基本顶岩块回转下沉，从而导致工作面顶板急剧下沉和支架阻力普遍增大现象，称为基本顶（老顶）初次来压。

3、周期来压基本顶岩层的周期性破断过程中由于“砌体梁”结构的周期性失稳而引起的顶板来压现象称为采场周期来压。

（1.5分）周期来压的主要表现形式是：顶板下沉速度急剧增加，顶板的下沉量变大；支柱载荷普遍增加；有时还可能引起煤壁片帮、顶板台阶下沉、支柱折损，甚至工作面冒顶事故。

（0.5分）4、来压动载系数基本顶来压时支架载荷与平时非来压时载荷的比值（1.5分），它反映了基本顶来压的强烈程度（0.5分）。

5、支承压力在岩体内部开掘巷道后，巷道围岩必然出现应力重新分布，一般将巷道两侧改变后的切向应力增高部分称为支承压力。

（体现出切向应力概念可得1.5分）6、支承压力集中系数支承压力峰值与原岩应力的比值称为支承压力集中系数。

二、简答题1、试分析工作面周期来压的形成原因。

在基本顶初次破断后，随工作面推进基本顶将发生周期性破断和回转下沉，引起顶板下沉的急剧增大和支架工作阻力的明显增加，破断岩块形成的“砌体梁”结构也因此将经历“稳定-失稳-再稳定”的周期性变化，这就是引起工作面周期来压的原因。

2、简述工作面前后支承压力分布规律。

一般而言，工作面前后支承压力分布规律如下图所示。

工作面前方一定范围（如30-50m）内形成超出原岩应力的支承压力，称为应力增高区（增压区），在工作面及后方一定范围内支承压力小于原岩应力，形成应力降低区（减压区），在采空区一定距离后应力逐步恢复为原岩应力，称为应力恢复区（稳压区）。

不同采高影响下工作面侧向支承压力分布规律研究丁坤朋【摘要】According to the layout of the fully-mechanized roadway,the reasonable retention of the pillar for gob-side entry driving,and the design of surrounding rock supporting,taking Heshunyide Coal Mine of Shanxi Coal Transportation and Sales Group as engineeringbackground,combined with the numerical theory of limit equilibrium calculation and FLAC3D simulation method,the influences of mining height on peak value of side abutment pressure on working face and the distance between the position of peak value and sides of roadway.Results show that:with the increasing of the mining height,the side abutment pressure peak showed a slow decreasing trend;if mining disturbance coefficient is ignored,the distance between the position of peak value and sides of roadway is linear to mining height.When considering the mining disturbance coefficient,the difference between theoretical calculation and numerical simulation results can be explained reasonably,and the accuracy of theoretical calculation and numerical simulation results were verified by the theoretical calculation and numerical simulation,Which can provide reference for the rational location of roadway on working face and the reasonable retention of the coal pillar for gob-side entry driving.%针对综采面巷道的布置位置以及沿空掘巷煤柱的合理留设与围岩支护设计等问题,以山西煤运集团和顺益德煤矿为工程背景,采用极限平衡理论计算与FLAC3D数值模拟相互结合、互相验证的方法,研究了综采工作面一次采全高过程中采高对工作面侧向支承压力峰值大小及峰值位置距巷帮距离的影响.研究表明:随着采高的增大,工作面侧向支承压力峰值呈现减小的趋势,在不考虑开采扰动系数的情况下,峰值位置距巷帮距离与采高基本呈线性正比关系.由于开采扰动系数的影响,数值模拟与理论计算的差异得到了合理的解释,并反向验证了理论计算与数值模拟结果的准确性,对实际工作面巷道的布置位置以及沿空掘巷煤柱的合理留设与围岩支护设计提供参考依据.【期刊名称】《中州煤炭》【年(卷),期】2017(039)002【总页数】6页(P75-80)【关键词】综采面;侧向支承压力;极限平衡理论;数值模拟;开采扰动系数【作者】丁坤朋【作者单位】河南理工大学能源科学与工程学院,河南焦作454000【正文语种】中文【中图分类】TD323地下煤炭资源在开采之前煤岩体处在原岩应力状态，但在进行工作面回采后，将破坏煤岩体的原始应力平衡状态，从而产生应力集中、应力转移等变化，在采掘空间周围形成采动应力场。