回采工作面矿山压力显现基本规律PPT
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1、试述采区(采准)巷道矿山压力显现的基本规律图6 区段平巷围岩变形I—掘巷影响区 II—掘巷影响稳定区 III—采动影响区 IV—采动影响稳定区V—二次采动影响区答:采区巷道从开掘到报废,经历采动造成的围岩应力重新分布,围岩变形持续增长和变化,以受到相邻区段回采影响的工作面回采巷道为例,围岩变形经历五个阶段。
(1)巷道掘进影响阶段I:煤体内开掘巷道后,巷道围岩出现应力集中,在形成塑性区的过程中,围岩向巷道空间显著位移,但随着巷道掘出时间的延长,围岩变形速度逐渐衰减,趋向缓和,所以该阶段矿山压力显现较弱,显现时间短。
巷道围岩变形量主要取决于巷道埋藏深度和围岩性质。
(2)掘进影响稳定阶段II:掘巷引起的围岩应力重新分布趋于稳定,由于煤岩一般具有流变性,围岩变形会随时间而缓慢增长,但其变形速度会比掘巷初期要小的多,巷道围岩变形速度仍取决于埋藏深度和围岩性质。
(3)采动影响阶段III:巷道受上区段工作面的回采影响后,在回采引起的超前移动支承压力作用下,巷道围岩应力再次重新分布,塑性区显著扩大,围岩变形显著增长。
巷道围岩性质、护巷煤柱宽度及巷旁支护方式、工作面顶板岩层结构对该时期围岩变形量影响很大。
(4)采动影响稳定阶段IV:回采引起的应力重新分布趋于稳定后,巷道围岩的变形速度再一次降低,但仍高于掘进影响稳定阶段的变形速度,围岩变形量按流变规律缓慢增长。
(5)二次采动影响阶段V:巷道受本段回采工作面的回采影响时,由于上区段残余支承压力,本区段工作面超前支承压力相互叠加,巷道围岩应力急剧增高,引起围岩应力重新分布,塑性区扩大,应力的反复扰动,使围岩变形比上一次采动影响更加剧烈。
2、试述区段巷道矿山压力显现的基本规律答:(1)煤体—煤体巷道服务期间内,围岩的变形将经历巷道掘进影响、掘进影响稳定和采动影响三个阶段。
由于巷道在采面后方已经废弃,巷道仅经历采面前方采动影响,围岩变形量比采动影响阶段全过程小的多,一般仅1/3左右。
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。
1、顶板压力估算常用方法1、经验估算法按照支架承受载荷的原则,可将工作面支架受力情况简化为如图所示。
即支架受力一是直接顶的载荷,二是老顶通过直接顶作用于支架的载荷。
其中,2、 从老顶形成结构的平衡关系估算此种估算法认为直接顶的载荷应由支架全部承受,而老顶岩层由于能形成结构,因此支架所承受的载荷仅是当老顶岩层结构失稳时所形成。
失稳的方式有两种,其一是滑落失稳,其二是变形失稳。
(1) 从老顶结构的滑落失稳估算顶板压力根据老顶的平衡规律,控制老顶滑落失稳时,作用于支架上的力为;,kN式中:——岩块A与B的重量及其载荷,kN;L i0——相当于B岩块(悬露的岩块)的长度,m;Q i0——相当于B岩块的重量及载荷,kN;H——老顶岩层厚度,m;δ——B岩块的下沉量,m;、——岩块的破断角与内摩擦角,(°)。
(2)由老顶破断岩块结构的变形失稳估算顶板压力很多学者认为,老顶的位移量与对支架形成的载荷呈双曲线关系,因而提出p与的乘积是常数的概念。
为此,老顶对支架的作用载荷为式中:Δh0——实测所得回采工作面顶板下沉量;Δh i——要求控制的回采工作面顶板下沉量;K0——顶板下沉量为Δh0时,老顶岩梁在控顶距范围内的作用力。
式中:m E为老顶岩梁厚度;γE为老顶岩梁的体积力;L E为老顶岩梁的跨度;L为控顶距;K T为支架承担岩梁重量的系数。
3、威尔逊估算法估算顶板压力时只考虑直接顶的形状与载荷,因为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一定一致,所以引入由于支架与围岩相互平衡而产生的附加力的概念。
式中:Q1、Q3、P——直接顶载荷、附加力、顶板压力;l P、l、r——直接顶载荷、附加力、顶板压力的力臂。
2、试述影响矿山压力显现的主要因素①煤层采高及回采工作面控顶距。
在一定的地质条件下,回采工作面顶板下沉量与采高及控顶距成正比。
采高越大,采出的空间越大,必然导致采场上覆岩层破坏越严重,从而矿山压力显现越严重;采高越低,顶板活动越缓和,煤壁也较为稳定。