采场矿山压力显现基本规律

第四章采场矿压显现根本规律第一节概述在实际生产过程中，工作面常有下述一系列矿山压力现象，并且习惯上用这些现象作为衡量矿山压力显现程度的指标。

1.顶板下沉一般指煤壁到采空区边缘裸露的顶底板相对移近量。

以S表示，有时为了比照，常常把这个指标换算为单位采高、单位推进度的顶板下沉量，即以每米采高每米推进度多少mm来表示。

下列图为工作面顶底板移近曲线，1为顶板绝对下沉曲线；2为顶板相对移近量〔下沉〕曲线；3为底版臌起曲线。

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。

3.支柱的变形与折损4.顶板破碎情况常常以单位面积中冒落面积所占的百分数来表示。

5.局部冒顶指回采工作面顶板形成的局部塌落。

6.工作面顶板沿煤壁切落，或称大面积冒顶指工作面由于顶板来压导致顶板沿工作面切落，其它还有煤壁片帮，支柱插入底板，底板臌起等。

第二节老顶的初次来压1.概念初次来压：把由于老顶第一次失稳而产生的工作面顶板来压，称为老顶的初次来压。

初次来压步距：由开切眼至初次来压时工作面推进的距离称为老顶的初次来压步距。

2.老顶初次来压时的特点1）顶板下沉量大、支柱载荷增大。

2〕煤壁内的支承压力增大，煤壁变形与片帮严重。

增压区、减压区、稳压区。

3〕直接顶破碎，并有掉渣现象。

4〕初次来压比拟突然，容易造成严重事故。

初次来压步距的大小与老顶岩层的力学性质、厚度、破断岩块间互相咬合的程度等有关。

同时，也与地质构造等有关。

一般20~35m，个别50~70m甚至更大。

根据统计，在我国现有的生产矿井中，初次来压步距为：10~30m 54%30~55m 37.5%其余为大于55m，最大为160m左右，如大同。

第三节老顶的周期来压一、回采工作面推进对岩体结构的影响当工作面推进时，岩块A 首先处于悬露状态，此时工作面支架将受到岩体A 的保护，受力甚小。

但当到达极限跨距时，岩层形成了断裂。

此时假设岩块A 与岩体咬合不住，那么此岩层及上覆岩层将形成一端由支架支撑而另一端由已冒落的矸石所支撑。

“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）。

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。

第六章采煤工作面矿山压力基本规律第一节矿山压力基本概念第二节采煤工作面围岩移动特征目的要求：1、理解矿山压力产生的根源及采煤工作面矿压显现的含义和其主要显现形式；2、了解采煤工作面围岩移动的过程及力学分析；3、掌握采煤工作面围岩移动矿压显现的特征及上覆岩层移动规律。

重点、难点和突破的方法：重点：1、采煤工作面各阶段围岩移动的矿压显现特征的原因分析；难点：１、采煤工作面围岩移动的力学分析；突破方法：1、联系采场实际，通过力学知识复习和运用相关模型直观分析讲解加以突破。

教学内容和步骤（附后）第一节矿山压力基本概念一、矿山压力的概念矿山压力就是由于井下采掘工作破坏了岩体中原岩应力平衡状态，引起应力重新分布，把存在于采掘空间周围岩体内和作用在支护物上的力称为矿山压力。

二、矿山压力来源1、自重应力2、构造应力：3、膨胀应力：遇水膨胀和温度变化与气体压力引起的应力（一）自重应力——上覆岩层重量引起的应力1、金尼克假说：σ1＝γH σ2＝σ3＝λσ1τmax＝式中:σ1——单元体所受的垂直应力 MPaσ2、σ3——单元体所受的侧向应力，MPaμ——单元体岩层的泊松比；γ——上覆岩层的平均重度，kN/m3；H——单元体距地面的深度，mλ——侧压系数τmax——单元体最大剪应力，kPa显然，μ值越大，则该单元体在垂直应力作用下产生的侧向应力也就越大。

2、海姆假说——随着开采深度的增加或由于岩性等方面的原因，使得μ＝0.5时，即：σ1＝σ2＝σ3＝γH形成所谓的静水压力状态，即岩体深部的原岩垂直应力与其上覆岩层重量成正比，侧向应力大致与垂直应力相等。

（二）构造应力——地壳构造运动在岩体内引起的内应力。

特点：1、构造引力以水平应力为主；水平应力以压应力为主；2、在构造应力场中，主应力的大小和方向可能有很大变化；两个方向的水平应力值（σ2、σ3）通常不相等；3、测定表明，水平应力大于垂直应力，即σHmax＞σHmin＞σv（4）构造应力在坚硬岩层中出现一般比较普遍。