采场上覆 岩层活动规律

上覆岩层在采煤工作面推进方向上的运动发展规律(续三）
三、影响岩层运动的因素
影响岩层运动的主要因素包括岩层的强度特征、采动条件和采空区处理方法。

１、岩层的强度特征由岩层的力学性质、厚度和节理裂隙情况决定的岩层强度特征，是影响岩层运动发展的内在因素。

强度高厚度大的岩梁，周期来压步距c将较大，相对稳定步距b也较大，显著运动步距a则较小（即岩梁显著运动发展迅速）。

相反，强度低、厚度小的岩梁，周期来压步距c和相对稳定步距b则较小，显著运动步距a相对而言要较前者大（即显著运动发展较慢）。

如果岩梁在推进方向上裂隙相当发育，不仅周期来压步距c小，而且有时很难找出划分岩梁处于相对稳定和显著运动的界限。

２、采动条件采高和推进速度等采动条件对岩梁的运动发展过程也会产生重要影响。

如加大采高，而工作面垮落高度不变，则岩梁显著运动的空间增加，岩梁的显著运动则会更明显。

当岩层的强度较低时，突然提高推进速度有可能导致岩梁运动步距扩大。

有些矿井在日常推进速度条件下采煤工作面来压不明显，高产后出现大面积来压现象就是这个原因。

此时如不注意加强支护，就容易发生区域性冒顶事故。

３、采空区处理方法采用强制放顶措施处理采空区，可减岩梁厚度及运动步距（包括c值和b值）。

采用充填法处理采空区，可减少岩梁运动空间，使运动不明显。

因此采空区处理方法必须根据所控制的顶板类型和需要加以选择。

第三章采煤工作面上覆岩层移动规律第一节概述一、煤层顶底板岩层的构成煤层处于各种岩层的包围之中。

处于煤层之上的岩层称为煤层的顶扳；处于煤层之下的岩层称为煤层的底板。

依据顶、底板岩层离煤层的距离及对开采工作的影响程度不同，煤层的顶、底板岩层可分为：(l)伪顶。

紧贴在煤层之上，极易垮落的薄岩层称为伪顶。

通常由炭质页岩等脆弱岩层组成，厚度一般小于0.5m，随采随冒。

(2)直接顶。

位于伪顶或煤层之上，具有肯定的稳定性，移架或回柱后能自行垮落的岩层称为直接顶。

通常由泥质页岩、页岩、砂质页岩等不稳定岩层组成，具有随回柱放顶而垮落的特征。

直接顶的厚度一般相当于冒落带内的岩层的厚度。

(3)老顶。

位于直接顶或煤层之上坚硬而难垮落的岩层称为老顶。

常由砂岩、石灰岩、砂砾岩等坚硬岩石组成。

(4)直接底。

直接位于煤层下面的岩层。

如为较坚硬的岩石时，可作为采煤工作面支柱的良好支座；如为泥质页岩等松软岩层时，则常造成底臌和支柱插入底板等现象。

二、采煤工作面上覆岩层移动及其破坏在承受长壁采煤法时，随着采工作面的不断向前推动，暴露出来的上覆岩层在矿山压力的作用下，将产生变形、移动和破坏。

依据破坏状态不同，上覆岩层可划分为三个带(图3－l)。

冒落带。

指承受全部垮落法治理顶板时，采煤工作面放顶后引起的煤层直接顶的破坏范围(图3－l，Ⅰ)。

该局部岩层在采空区内已经垮落，而且越靠近煤层的岩石就越紊乱、裂开。

在采煤工作面内这局部岩层由支架临时支撑。

裂隙带。

指位于冒落带之上、弯曲带之下的岩层。

这局部岩层的特点是岩层产生垂直于层面的裂缝或断开，但仍能整齐排列(图3－l，Ⅱ)。

弯曲下沉带。

一般是指位于裂隙带之上的岩层，向上可进展到地表。

此带内的岩层将保持其整体性和层状构造(图3－l，Ⅲ)。

生产实践和争论说明，采煤工作面支架上受到的力远远小于其上覆岩层的重量。

只有接近煤层的一局部岩层的运动才会对工作面四周的支承压力和工作面支架产生明显的影响。

所谓采煤工作面矿山压力掌握，也就是对这局部岩层的掌握。

1.2. 2上覆岩层结构及运动规律研究现状自采用长壁开采技术以来，回采工作面上覆岩层的结构及运动规律一直是采矿学科研究的核心问题之一。

许多学者结合现场实测，通过理论分析、实验室模拟和数值分析等方法研究了上覆岩层的结构及运动规律，提出了许多有价值的理论和围岩控制技术。

由于地质条件的差异较大、研究人员切入点的不同，形成了许多的假说和理论体系。

这些研究成果都以不同方式回答了上覆岩层结构的形式问题，用以解释采场各种矿山压力现象，因此，这些假说和理论研究成果对岩层控制都具有一定的指导意义。

1916年德国的K. Stock提出悬臂梁假说，假说认为：工作面和采空区上方的顶板可被视为梁，它是一端固定于岩体内，另一端则处于悬升状态，当顶板由几个岩层组成时，形成组合悬臂梁，弯曲下沉后，受已垮落岩石的支撑，当组合悬臂梁的悬臂长度达到某个极限时，发生有规律的周期性折断，从而引起周期来压。

此假说可以很好地解释工作面顶板下沉量和支架载荷随煤壁由近及远逐渐增大，同时还可以解释工作面的周期来压现象。

该假说不足之处是计算的顶板下沉量和支架载荷与实际相差较大。

1928年，德国人哈克(w. Hack)和吉果策尔(G. Gilicer)提出了压力拱假说，假说认为：长壁工作面自开切眼起形成了压力拱，前拱脚位于煤壁前方，后拱脚位于采空区，在拱脚处形成应力增高区，拱内为应力降低区。

压力拱随着工作面的推进而向前移动。

压力拱假说能很好的解释围岩的卸载过程和原因，但不能解释上覆岩层的运动、变形和破坏过程。

原苏联的r. H.库兹涅佐夫于1950--1954年提出了铰接岩块假说。

此假说认为：上覆岩层的破坏可分为垮落带和规则移动带。

垮落带又可分为整齐排列的上部分和杂乱无章的下部分，并且垮落带无水平方向有规律的挤压力。

岩块之间相互铰合形成了一个多环节的铰链，并且有规则地在采空区上方逐渐下沉。

该假说认为:工作面支架处于“给定载荷状态”和“给定变形状态”两种工作状态。

煤矿上行开采覆岩运动规律研究煤矿上行开采是一种特殊的采矿方式，它受到覆岩运动的极大影响，既可能支撑煤矿采掘活动，又可能危害正在采矿的安全。

因此，了解覆岩运动规律对于确定煤矿上行开采的安全性和可行性具有非常重要的意义。

本文着重研究了影响煤矿上行开采覆岩运动规律的主要因素，并从研究的角度指出它们及其相互之间的影响，以期能更准确地预测覆岩的运动规律，为提高煤矿开采的安全性提供参考。

煤矿上行开采覆岩运动规律是由煤矿开采引起的地质构造变化、覆岩的自重和强度特征所决定的。

因此，要研究煤矿上行开采覆岩运动规律，首先需要弄清覆岩的自重和强度特征，以及它们之间的相互关系。

其次，要研究覆岩运动和地质变化之间的关系，以及各种因素如采掘、水土、采掘空腔和其他地质环境对覆岩运动的影响。

覆岩的自重和强度特征是确定覆岩运动的关键因素，其中覆岩的自重是一个重要的参数。

覆岩自重能够表现出其承受的重力、抗拉力和抗压力，同时受到地质环境、地层厚度等多种因素的影响。

覆岩中含有的破碎物含量对覆岩稳定性影响至关重要，从而影响了煤矿开采覆岩运动规律。

覆岩强度特征是指覆岩在抗拉力和抗压力作用下的变形特性。

覆岩强度随覆岩厚度和颗粒粒径的增加而增大，受地质状况的不同、岩石的物理性质的差别也会影响覆岩的强度。

覆岩的强度对煤矿开采覆岩运动规律也有着重要的影响，它直接决定着支护结构的设计及施工方案的选择。

此外，煤矿开采所产生的地质构造变化对覆岩的运动规律也有很大的影响。

煤矿开采带来的采掘空腔及采掘厚度、煤层变形程度和强度变化等都会影响覆岩的运动规律。

采掘厚度增加会让覆岩在受力时处于更大的应力状态，从而加剧覆岩的运动；采掘空腔及采掘空腔形态的变化也会影响覆岩的变形及运动模式等。

本文简要研究了影响煤矿开采覆岩运动规律的主要因素，包括覆岩的自重和强度特征以及煤矿开采所产生的地质构造变化等，同时指出它们之间的影响。

结果表明，要准确地预测覆岩的运动规律，必须综合考虑这些因素及其相互影响，并从多方面、全面地分析，以便更好地推动煤矿上行开采的安全性和可行性。

弄清采场矿山压力显现和上覆岩层运动之间的关系是进行矿山压力控制的关键之一。

本章介绍了煤层上支承压力分布的基本形式和参数；根据岩梁超前断裂的力学机制，讨论了煤壁上存在内外应力场的力学条件，内外应力场力源分析及理论的应用；给出一般采场推进过程中支承压力发展三阶段模型以及和上覆运动特征之间的关系，从工作面顶板初次垮落，初次来压和周期来压不同的运动特点和要求，指出了各自条件下以支架工作阻力为代表的矿压显现和岩层运动之间复杂的关系；最后，提出了支承压力2种现场观测方法。

采场围岩支承压力及矿压显现与上覆岩层运动间的关系§4.1 采场围岩支承压力分布形态4.1.1 支承压力基本概念4.1.2 采场支承压力分布的基本规律4.1.3 关于两个应力场的理论§4.2 采场支承压力分布与上覆岩层运动间的关系4.2.1 采场推进过程中前方支承压力分布与上覆岩层运动间的关系4.2.2 工作面两侧支承压力分布与上覆岩层运动间的关系§4.3 采场支承压力分布与矿山压力显现间的关系 §4.4采场矿山压力显现与上覆岩层运动间的关系 4.4.1 围岩变形、破坏与跨落 4.4.2 采场支架上的压力显现与上覆岩层运动间的关系 §4.5 采场支承压力分布监测方法 4.5.1 支承压力分布与显现的动态变化规律 4.5.2 监测方法 采场矿山压力研究的基本任务，一是为回采工作面顶板控制服务，解决顶板控制方案及支护选型计算等方面的问题；二是为回采工作面周围巷道矿山压力控制服务，解决巷道布置和维护方面的问题。

这些问题的解决均以采场围岩支承压力、矿山压力显现与上覆岩层运动之间关系理论为基础。

第 四 章4.1.1 支承压力基本概念煤层采出后，在围岩应力重新分布的范围内，作用在煤层、岩层和矸石上的垂直压力称为“支承压力”。

显然由此定义的支承压力分布范围将包括高于和低于原岩应力的整个区域。

(a )(b ) 图4.1 上覆岩层运动状态与支承压力分布在单一自重应力场条件下，采场周围岩体上的支承压力来源于上覆岩层的重量。

第三章回采工作面上覆岩层活动规律本章为矿压主要规律之一。

介绍全部垮落法开采，回采工作面顶板下沉、断裂、移动规律，使学生建立顶板移动的空间概念。

在基本假设的条件下，对顶板破坏进行定量分析。

重点：顶板划分及其移动规律、工作面顶板来压产生及其过程。

难点：顶板力学结构分析第一节概述本节介绍：工作面顶底板及其力学结构一、工作面顶底板的划分：1、顶板——位于煤层上方的岩层。

伪顶——位于煤层与直接顶之间、厚度较小，随落煤而垮落的岩层（页岩、炭质页岩）；直接顶——接位于煤层上方的一层或几层性质相近的岩层（页岩、砂质页岩）；老顶（基本顶）——位于直接顶或煤层之上厚而坚硬的岩层（砂岩、砾岩、石灰岩）。

三顶赋存状态对顶板管理有直接影响。

伪顶影响煤质，直接顶影响顶板管理，老顶影响来压。

顶板划分主要依据岩性（强度、垮落性），与厚度关系不大（伪顶除外）。

2、底板——位于煤层之下的岩层。

直接底——直接位于煤层之下的岩层（泥岩、泥质页岩、砂页岩）（古土壤）；老底——直接底以下的岩层。

直接底的强度对顶板管理形成影响。

二、回采工作空间类型：回采工作空间类型依据开采方法不同而异。

1、完整空间——刀柱法；2、自弯曲空间——顶板塑性，缓慢下沉闭合；3、充填空间——充填法；4、垮落空间——全部垮落法。

三、顶板的工作结构：1、梁式结构——顶板沿倾斜方向较长，变形相差不大，约束条件相同。

故可将顶板视为沿走向的梁（组合梁）。

按梁式结构承载、变形、破坏理论进行定量分析。

（误差较大）2、板式结构——将顶板岩层视为一个板（多块板咬合），按板式结构的变形、强度分析。

（计算较为复杂，误差小）目前，提出关键层理论，更加接近实际。

无论何种结构，采用全部垮落法，其边界支撑条件发生很大的变化，一侧为固定支撑，另一侧为垮落矸石柔软支撑，从而使顶板的原有结构发生变化，形成形形色色的破坏类型。

第二节 老顶岩层的力学分析本节介绍老顶的梁式、板式力学分析，了解老顶破坏机理及过程。