第4章采煤工作面矿山压力显现规律
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第一节采煤工作面与采区巷道矿山压力显现规律及应用一、采煤工作面采动后压力显现的状况由于岩层本身的重量以及地质构造等因素,使岩体中存在有一定的应力,称之为原岩石应力,未经采动的岩体内原应力处于平衡状态。
工作面回采时,随着采空范围的增大,上覆岩层产生变形挠曲直至破坏冒落后,岩体内的应力将重新分布,并趋于新的平衡。
(一)开采后采煤工作面上覆岩层活动特征顶板岩层的垮落,首先在于顶板岩层的破断、而后在于破断岩块的失稳。
1、老顶的初次断裂老顶岩层悬露时的情况可近似地视其为“板”。
其四周的支承条件则决定于四周采空的情况及煤柱的宽度。
老顶岩层中,最大的弯矩绝对值发生在长周边的中点,即工作面中部上方顶板岩石中。
因而,顶板岩层达到极限垮落时,首先在工作面中部上方岩层中形成平行于工作面方向的裂缝。
其断裂过程,先由长边中间沿工作面方向向两端扩展,而后由短边中间沿煤柱向两端扩展,裂缝在拐角处呈弧形,形成贯通,老顶岩层中间部分形成X型破坏,随着破坏时岩块间的失稳状态,形成了对回采工作面空间安全上的不同威胁。
2、采煤工作面回采期间岩层移动的特点随着回采工作面的推进,老顶初次断裂后,上覆岩层也将逐步活动,上覆岩层的破坏状态可分为冒落带、裂隙带及弯曲下沉带。
(二)采煤工作面矿山压力对采区巷道的影响采煤工作面开采中打破了岩石原有的平衡状态,同时也破坏了原有应力分布状态,从而使岩块冒落,或使开采空间处于高度应力状态。
1、采煤工作面周围支承压力分布采煤工作面在开采过程中,导致围岩内的应力不断地趋于新的相对平衡状态。
由于采掘空间原被采物承受的载荷转移到周围支承体上而形成的压力,称作支承压力。
回采工作面支承压力,常以其分布的范围、形式和峰值大小表示其显现特征。
前支承压力(曾称移动支承压力)——指采煤工作面煤壁前方形成的支承压力,它随着工作面的推进而不断向前移动。
前支承压力作用时间较短,且位置不断变化。
回采工作面推过一定距离后,采空区的冒落矸石有松散状态进入压实状态,此时所形成的最高应力峰值,根据上覆岩层形成的结构状态,前支承压力峰值的位置可深入煤体内2~10m,其影响范围可达到工作面前方90~100m。
《矿山压力与岩层控制》课程教学大纲课程中文名称:矿山压力与岩层控制课程英文名称:Mine Pressure and Strata control课程类别:专业基础课课程归属单位:河南理工大学万方科技学院制定时间:2013年3月18日一、课程的性质、任1. 课程设置的性质、任务《矿山压力及岩层控制》是研究煤矿开采过程中矿山压力分布及其显现规律,探讨矿山压力控制措施和控制方法的一门工程技术学科,是采矿工程专业学生的主要专业课,也是其它井下工程类专业的专业基础课程。
通过对本门课程的学习,要求对煤矿中采场和采区巷道周围煤(岩)体内矿山压力分布及其显现有比较完整的认识和了解,基本掌握控制采场和井下巷道矿山压力的方法和措施。
结合实验课和实践性教学,使学生得到有关研究和解决煤矿生产现场矿山压力问题基本技能的训练。
2. 通过教学达到下列基本要求通过本课程的教学,一方面使学生掌握有关矿山压力及其控制的基本概念、巷道围岩变形、应力、破坏的分布规律、采场周围的应力分布状态、采场顶底板的变形破坏规律、工作面来压规律及确定方法、巷道与采场的围岩控制理论与控制方法、煤矿动压现象、矿山压力测试技术;另一方面使学生达到能够根据具体条件,进行采场和巷道围岩控制设计、解决有关矿山压力控制方面问题的能力。
3. 专业和学时数采矿工程专业、矿井通风与安全专业、岩土工程专业,共56学时4. 与其它课程的关系⑴ 《煤矿地质学》、《矿山岩体力学》、《煤矿通风与安全》、《采掘机械》在本课程之前教授;⑵ 本课程应在《开采方法》、《井巷工程》之前或同时讲授;5. 教材与参考资料(1)《矿山压力与岩层控制》蒋金泉王国际等编(2)《矿山压力及岩层控制》钱鸣高、石平五等编(3)《矿山压力及岩层控制》姜福兴等编(4)《矿压测控技术》阎海鹏张公开编6、教学方法本课程以课堂讲授为主,部分内容配合实验课程和实践性教学环节进行,并辅以课外作业,课堂答疑等形式进行。
矿山压力的显现规律
要:矿山压力是矿床开采后客观存在的现象,是矿井顶板安全灾害诱发的主要原因。
了解并加以研究矿山压力的显现规律,对保证矿山的安全生产、保障矿工的生命财会、促进企业健康发展具有重要意义。
文章结合自身在矿山工作的一些经验,对此做了初步的探讨。
关键词:煤层岩石、支撑压力、支架种类
1 矿山压力
地下通常是处于静止状态的,但是当由于生产的需要而进行巷道开掘或回采施工时,矿井原有的平衡状况就会受到外力的破坏,进而导致岩体内部应力要随之做相应的再分配,当新的应力超过煤岩的极限强度时,巷道及回采工作面周围的煤岩就会发生破坏,这种情况将持续到煤岩内部重新达到新的应力平衡为止。
此时巷道和回采工作面周围的煤岩体就形成了一个新的应力场而达到平衡。
这种由于在地下进行采掘活动而在井巷,硐室及回采工作面周围煤岩体中和支护物上所引起的力,就叫矿山压力,简称矿压。
2 支承压力
①支承压力的形成:当人们进行开掘切眼工作之前,煤体未被采动,处于应力平衡状态,而在煤体开掘切眼后,原有的平衡状态被打破,形成新的应力平衡状态。
这种新的平衡状态是由于在切割眼上部顶板内形成了压力拱。
两侧煤壁平均分担了切眼上部岩体的重量,这样就产生了应力集中的现象,我们把这种现象称作支撑压力。
②影响支承压力大小、分布的因素:煤质的软硬程度、顶底板岩层。
第四章采煤工作面矿山压力显现规律第一节概述大多数情况下,矿山压力显现会给地下开采工作造成不同程度的影响。
为使矿山压力显现不至于影响正常的工作和保证生产安全,就必须采取各种技术措施加以控制。
包括对巷道及采煤工作空间进行支护、对松软煤岩体进行加固、用各种方法使巷道或采煤工作面得到卸压、用人为的方法使采空区顶板按预定要求冒落等。
此外人们对矿山压力的控制不仅在于消除和减轻对开采工作造成的危害,还包括合理地利用矿山压力的天然能量为开采工作服务。
例如,利用矿山压力的作用压酥煤体以方便落煤工作,借助采空区上覆岩层压力压实已冒落的矸石形成再生顶板等等。
所有这些人为地调节、改变和利用矿山压力作用的各种措施,叫做矿山压力控制。
简称矿压控制。
在实际生产过程中,采煤工作面常有下述一系列矿山压力现象,并习惯上用这些现象作为衡量矿山压力显现程度的指标。
(1)顶板下沉量,一般指煤壁到采空区边缘裸露的顶底板移近量。
随着工作面的推进,顶底板处于不断移近状态。
(2)顶板下沉速度,指单位时间内的顶底板移近量,以mm/h计算。
它表示顶板活动的剧烈程度。
(3)支柱变形与折损,随着顶板下沉,采煤工作面支柱受载也逐渐增加,一般可以用肉眼观察到柱帽的变形,剧烈时可以观察到支柱的折损。
(4)顶板破碎情况,常常以单位面积顶板中冒落面积所占的百分数来表示。
它是用来衡量顶板控制好坏的质量标准。
(5)局部冒顶,指采煤工作面顶板形成局部塌落,它影响采煤工作的正常进行。
(6)大面积冒顶,指采煤工作面由于顶板来压导致顶板沿工作面切落。
常常对工作面生产造成严重影响。
其它还有煤壁片帮、支柱钻底、底板臌起等一系列矿山压力现象。
第二节老顶的初次来压直接顶初次垮落后,工作面继续向前推进,由于老顶比较坚硬,在一定范围内呈悬露状态,其四周分别由煤壁及煤柱支撑。
此时可将老顶视为一个板的结构。
但是由于采煤工作面沿倾斜方向的长度,往往大于老顶沿走向方向垮落时的跨度,因此通常将老顶视为一端由煤壁而另一端由煤柱支撑的两端固定的梁。
第四章采煤工作面矿山压力显现规律第一节概述大多数情况下,矿山压力显现会给地下开采工作造成不同程度的影响。
为使矿山压力显现不至于影响正常的工作和保证生产安全,就必须采取各种技术措施加以控制。
包括对巷道及采煤工作空间进行支护、对松软煤岩体进行加固、用各种方法使巷道或采煤工作面得到卸压、用人为的方法使采空区顶板按预定要求冒落等。
此外人们对矿山压力的控制不仅在于消除和减轻对开采工作造成的危害,还包括合理地利用矿山压力的天然能量为开采工作服务。
例如,利用矿山压力的作用压酥煤体以方便落煤工作,借助采空区上覆岩层压力压实已冒落的矸石形成再生顶板等等。
所有这些人为地调节、改变和利用矿山压力作用的各种措施,叫做矿山压力控制。
简称矿压控制。
在实际生产过程中,采煤工作面常有下述一系列矿山压力现象,并习惯上用这些现象作为衡量矿山压力显现程度的指标。
(1)顶板下沉量,一般指煤壁到采空区边缘裸露的顶底板移近量。
随着工作面的推进,顶底板处于不断移近状态。
(2)顶板下沉速度,指单位时间内的顶底板移近量,以mm/h计算。
它表示顶板活动的剧烈程度。
(3)支柱变形与折损,随着顶板下沉,采煤工作面支柱受载也逐渐增加,一般可以用肉眼观察到柱帽的变形,剧烈时可以观察到支柱的折损。
(4)顶板破碎情况,常常以单位面积顶板中冒落面积所占的百分数来表示。
它是用来衡量顶板控制好坏的质量标准。
(5)局部冒顶,指采煤工作面顶板形成局部塌落,它影响采煤工作的正常进行。
(6)大面积冒顶,指采煤工作面由于顶板来压导致顶板沿工作面切落。
常常对工作面生产造成严重影响。
其它还有煤壁片帮、支柱钻底、底板臌起等一系列矿山压力现象。
第二节老顶的初次来压直接顶初次垮落后,工作面继续向前推进,由于老顶比较坚硬,在一定范围内呈悬露状态,其四周分别由煤壁及煤柱支撑。
此时可将老顶视为一个板的结构。
但是由于采煤工作面沿倾斜方向的长度,往往大于老顶沿走向方向垮落时的跨度,因此通常将老顶视为一端由煤壁而另一端由煤柱支撑的两端固定的梁。