２０１３年第９期 煤炭工程
ｄｏｉ：１０．１ １７９９／ｃｅ２０１３０９０２６
断层影响下采场顶板的破断规律研究
甄亚彬 ，赵玉成 ，王子波
（１．中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室，江苏徐州２２１１１６；
２．中国矿业大学力学与建筑工程学院，江苏徐州２２１１１６）
摘要：特殊地质赋存下项板破断规律及压力分布的掌握对于煤炭开采过程液压支架的受力
情况把握及支架选型具有非常重要的意义。基于ＵＤＥＣ软件对断层影响下采场顶板的破断规律进
行了分析，研究了断层的不同带宽和产状对采场顶板最大下沉值和应力的影响规律，得到了不同
断层分布影响下采场顶板的破断规律，这些将为断层影响下采区顶板的支护提供一定的理论
指导。
关键词：ＵＤＥＣ；断层；采场顶板；破断规律
中图分类号：ＴＤ３２３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７１—０９５９（２０１３）０９－００７１－０４
Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｂｒｏｋｅｎ Ｌａｗ ｏｆ Ｒｏｏｆ Ａｂｏｖｅ Ｃｏａｌ Ｍｉｎｉｎｇ Ｆａｃｅ Ｕｎｄｅｒ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｏｆ Ｆａｕｌｔ
ＺＨＥＮ Ｙａ—ｂｉｎ －－．ＺＨＡ０ Ｙｕ—ｅｈｅｎｇ 。ＷＡＮＧ Ｚｉ—ｂｏ
（１．Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｋｅｙ Ｌａｂ ｆｏｒ Ｄｅｅｐ Ｇｅｏｍｅｃｈａｎｉｃｓ ａｎｄ Ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｘｕｚｈｏｕ ２２１ １ １６，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ａｎｄ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｕｚｈｏｕ ２２１１１６，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｏｆ ｂｒｏｋｅｎ ｌａｗ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｏｏｆ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｓｐｅｃｉａｌ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｄｅｐｏｓｉｔ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｗｏｕｌｄ ｈａｖｅ ｖｅｒｙ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｓ ｔｏ ｔｈｅ ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｐｏｗｅｒｅｄ ｓｕｐｐｏｒｔ ｓｔｒｅｓｓ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏａｌ ｍｉｎｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｐｏｗｅｒｅｄ ｓｕｐｐｏｒｔ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ＵＤＥＣ ｓｏｆｔｗａｒｅ，ａｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｗａｓ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｂｒｏｋｅｎ ｌａｗ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｏｆ ａｂｏｖｅ ｔｈｅ ｃｏａｌ ｍｉｎｉｎｇ ｆａｃｅ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｆａｕｈ，ａ ｓｔｕｄｙ ｗａｓ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｗｉｄｔｈ ａｎｄ ｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｆａｕｌｔ ａｆｆｅｃｔｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｍａｘ ｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ ｖａｌｕｅ ａｎｄ ｓｔｒｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｏｆ ａｂｏｖｅ ｔｈｅ ｃｏａｌ ｍｉｎｉｎｇ ｆａｃｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｂｒｏｋｅｎ ｌａｗ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｏｆ ａｂｏｖｅ ｔｈｅ ｃｏａｌ ｍｉｎｉｎｇ ｆａｃｅ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｄｉｆｉｅｒｅｎｔ
顶板安全管理制度
第一章总则
第一条为了加强井下顶板安全管理，有效防范冒顶、片帮而引发的人身与设备事故，特制定本办法。
第二条顶板管理必须从组织上落实，项目部及施工队（班组）均应成立顶
板安全管理小组。第三条各单位和有关部门领导必须高度重视顶板安全管理工作，认真开展
顶板安全管理活动和检查。
第四条采掘施工要实行凿岩、爆破、出矿、崩落全过程安全管理。每一道
工序施工之前必须开展顶板安全管理活动，制定可行的施工方案和安全措施。
第五条矿山要加强采掘场所的地压监测和预报，及时指导现场作业人员安
全作业。
第六条进入作业现场的人员必须对顶板进行安全确认后方可进入。
第二章顶板分级管理
第七条采掘场所的危险级别划分的依据：
1、工作面的实际工程地质情况；
2、工作面顶板的面积、跨度、矿柱支撑状况；
3、采场类别，即矿房、矿柱、残柱；
4、影响因素，即渗水、爆破震动等。第八条根据工作面的矿岩、地质性质以及节理、裂隙发育和人为因素影响
的程度而导致采场发生冒顶、片帮可能性的大、小，将工作面划分为一级、二级、
三级。
第九条工作面危险级别划分的标准：
一级：工作面顶板及边帮岩石不稳固，可能产生较大范围的冒顶和片帮；
二级：工作面顶板及边帮岩石局部不稳固，可能产生局部范围的冒顶和片帮；
三级：工作面顶板存在不稳固岩石穿插，不稳固范围较小，冒顶形式以顶板
岩块冒落。
第十条项目部顶板安全管理领导小组，不定期会同班组顶板管理领导小组
对井下采场进行危险分级，有关单位要按照划分的级别进行管理，并在井口挂牌公布。第十一条一级危险工作面施工方案和安全措施，由项目部顶板安全管理小
组与安全科管理小组共同组织制定。
第十二条二级危险工作面施工方案和安全措施，由安全科顶板安全管理小
组组织制定，并上报项目部顶板安全管理小组备案。
第十三条三级危险工作面施工方案和安全措施，由施工队（班组）顶板安
全管理小组组织制定，并上报项目部顶板管理小组备案第十四条制定工作面施工方案和顶板安全管理措施时，顶板安全管理小组
铁矿采矿作业规程
铁矿采矿作业规程
一、一般作业规程
1、地下采矿，必须按采矿设计和作业规定进行。
2、每个采场都要有两个出口，并上下相连通。安全出口的支护必须坚固，并设梯子。
3、在上下相邻的两个中段，沿倾斜上下对应布置的采场使用空场法、留矿法回采时，禁止同时回采，只有上部矿房结束后，方准下面采场。
4、采用全面采矿法时，回采过程中应周密检查顶板。根据顶板稳定情况，留出合适的矿柱。
5、采用横撑支柱采矿法时，横撑支护材料应有足够的强度。要搭好平台后才准进行凿岩作业。禁止人员在横撑上行走。采场宽度【矿体厚度】不得超过3m。
6、矿柱必须合理的回收。设计回采矿房时，必须同时设计回采矿柱。本中段回采矿房结束后，应及时回采上一中段的矿柱。
7、回采过程中，必须保证矿柱的稳定性及运输、通风等巷道的完好，不允许在矿柱内掘进有损其稳定性的井巷。回采矿房至矿柱附近时，应严格控制凿岩质量和一次爆破炸药量，技术人员要及时给出回采界限，严禁超采超挖。
8、地压活动频繁、强度大的矿井，应有专管地压的人
员。地压人员日常对全矿各地段进行监察，发现险情【如支护歪斜、破损、顶板和两帮开裂等】应及时报告，通知有关人员，并分析原因，进行处理。个别地压活动频繁、顶板破碎、有冒落可能的采场，应由有经验的人员，每班进行检查，指导凿岩方式，避免发生大冒落。发现冒落预兆，应立即撤出全部人员。
9、采空区应及时处理。视采空区体积及潜在危险大小不同的处理办法。体积大，一旦塌落会造成下部整个采场或整个矿井毁灭性伤害的，应采用充填法或及时有效地采用强制崩落的方法处理。体积不大，或远离主要矿体的孤立采空区，可采用密闭方法处理。密闭墙的强度应满足抵御塌落时所产生的冲击波的冲击。
10、禁止防空溜矿井，不合格的大块矿石、废旧钢材、木材和钢丝绳等杂物，严禁放入进内，以防堵塞。放矿时，放矿工应和条场运搬工取得联系，防止其同时往溜井倒矿，矿石从溜井冲出伤人。
立志当早，存高远
有关采场上覆岩层活动规律的假说
自从采用长壁工作面开采以来，上覆岩层中是否存在着大结构，以及此结
构是什么形式，一直是采矿科学研究的重要课题。
是什么形式，一直是采矿科学研究的重要课题。
1.压力拱假说
它是由德国人哈克和吉里策尔于 1928 年提出的。
该假说认为：
长壁采煤工作面自开切眼起就形成压力拱，此后，拱随着工作面的推进而扩
大，直至拱顶达到地表为止。
在工作面前后煤体中形成的前拱脚 a，后方跨落岩石则形成后拱脚 b，a、b
均为应力增高区，工作面则处于应力降低区，支架承受的载荷仅为上覆压力拱
内的岩石重量。
优点：能解释围岩卸载的原因；
缺点：未能说明岩层变形、移动和破坏的发展过程以及支架与围岩的相互关
系。
2.悬臂梁假说
它是德国的施托克于 1916 年提出的。
该假说认为：
工作面和采空区上方的顶板可视为梁，它一端固定于岩体内，另一端则处于
悬伸状态，当悬伸长度很大时，发生有规律的周期性折断，从而引起周期来
压，靠近煤壁处顶板下沉量最小，表现的顶板压力也小。
3.预成裂隙假说
由比利时学者 A-拉巴斯于 1850 年提出的。
