矿山压力及其控制实验.ppt

第二节 工作面矿山压力的显现规律
顶板岩层越坚硬，顶板压力分布越均匀，支承压力 的集中程度就比较小。例如，砂岩顶板，支承压力 的影响范围可达到工作面前方100m左右；泥质页岩 顶板，支承压力的影响范围不到30m～40m。若顶 板的裂隙发育，则支承压力比较集中，影响范围也 较小。
底板岩层坚硬，支承压力影响范围大，但集中程度 小。
由于顶板预先下沉，可能产生裂隙，因而增加了工作面和工作面前方区 段平巷的压力。为了防止区段平巷的支架压坏，事先必须采取措施， 如增设抬棚、斜撑支架等。
工作面的煤壁，在支承压力作用下，产生变形破坏，导致煤壁破碎片帮 成斜面；破碎范围与煤质硬度和支承压力大小有关，一般为1m～3m； 工作面前方煤壁内支承压力的峰值，向煤壁内转移，增压区（支承 压力区）斜向煤壁里面；减压区扩大；稳压区向煤壁里面转移。
在采煤工作面上下两端的区段煤柱内，也由于采煤和掘进区 段平巷而形成支承压力，它的分布特征和工作面前方的支承 压力基本相同。当采煤工作面推进较长距离后，区段煤柱内 的支承压力，可随顶板垮落而逐渐消失。
第二节 工作面矿山压力的显现规律
（二）影响支承压力大小、分布的因素
支承压力的大小及其分布与顶板悬露的面积和时间、开采深度、采空区 充填程度、顶底板岩性、煤质软硬有关。
根据我国岩层的实际情况，一般把直接顶分为三类：
一类直接顶（不稳定）——回采时不及时支护，很易造成 局部冒顶，如页岩、煤皮、再生顶板等；
二类直接顶（中等稳定）——顶板虽有裂隙，但仍比较完 整，如砂质页岩；
三类直接顶（稳定）——顶板允许悬露较大面积而不垮落， 直接顶完整，如砂岩或坚硬的砂质页岩。
第一节 煤层围岩分类
基本顶（老顶）分类尚无统一规定，现根据基本顶 对工作面的压力（初次和周期来压）及初次来压的 步距，把老顶分为四类介绍如下：

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(T c o s Rs i n )tg R c o s T s i n
R tg( )
T
i.e Ttg( ) R
为了保证 A、B 岩块不失稳， R QAB ,记 A、B 岩块重量及上部荷载。
Ttg( ) QAB 。否则工作面顶板将出现下沉，甚至沿煤壁切落，形成严重
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5.3 老顶的周期来压
5.3.1 回采工作面推进对岩体结构的影响
老顶初次来压后，随着回 采工作面的继续推进，老 顶岩块所形成的裂隙体梁 将发生一系列变化：A岩 块由稳定→断裂→失稳 →O岩块稳定→断裂→失 稳。这样随着工作面向前 推进，上覆岩层的结构由 稳定→失稳→再稳定，周 而复始，其稳定的结构可 以称之为裂隙体梁结构的 稳定。
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5.4.2 实测法
即从工作面支架上测定其所承受的实际荷载。实际 上，从一定意义上讲，井下工作面所测得的载荷已不 仅是顶板压力，而同时包含了支架性能的影响。
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5.5 影响回采工作面矿山压力显现的主要因素
回采工作面的矿山压力显现受多种因素影响：如围 岩性质、采深、采高、倾角、工作面推进速度等。具体 工作面要具体分析。
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5.3.2 采场的周期来压
随着工作面推进，老顶岩层由稳定结构→不稳定结构→ 稳定结构。在这种周而复始的工程中，失稳时对工作面 就产生了周期性的压力。由此，由于裂隙带岩层周期性 失稳而引起的顶板来压现象称为工作面顶板的周期来压。 在失稳过程中，由裂隙体梁的平衡 ，沿a-a面力平衡， 有：
开采深度对矿山巷道的矿山压力显现比较明显。如 在松软岩层中开掘巷道，随着深度增加，巷道围岩的 “挤、压、臌”现象更加严重。但对于回采工作面而 言，开采深度对工作面顶板压力大小的影响并不突出。

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矿山压力及其控制[1]
（1）理论方面
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将传统的连续、弹性、各向同性的岩体→岩
体是有各种弱面切割的裂隙体，具有与一般固体
所不同的特征。从这个观点出发引用相关学科中
现代研究成果，出现了一系列边缘学科分支和方
法，如岩石断裂力学，岩石块体力学，岩石流变
学等。
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学有关问题研究必须与国际接轨，矿山压力研究
应纳入到矿山岩石力学的一个应用分支，必须重
尊岩石力学研究的一般准则。
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矿山压力及其控制[1]
1.3.2 矿山压力研究的主要内容 地下采矿中常见的岩石开挖工程有：井硐、室巷
道和工作面，其中以巷道和回采工作面最为常见，所 以矿山研究以巷道回采工作面为核心进行研究。主要 研究内容如下：
（3）岩体的变形和它的各向异性主要由弱面位 移所产生。
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上述这三个观点为岩石力学的发展起到了引
导和促进作用，尤其是在工程地质、水电、冶金
等岩石力学研究中受到格外重视，而煤炭行业由
于煤田成因及研究问题的特殊性，没有充分重视
和发展上述观点，但从长远看煤炭行业的岩石力
l
在研究方法方方面，在现代计算技术基础上
发展起来的一些新的数值分析方法：有限元，边
界元，离散元法等。这些方法可以考虑岩体复杂
的力学属性，进行巷道和硐室围岩体中的应力变
化和位移分布，确定其稳定性等，使矿压理论研
究有可能获得更符合实际的数值解答。
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在地表岩层移动研究方面，在进行大量现场

击倾向度的指标。这种方较为简单，经常用作辅助指标。其 指标的界限值须根据各矿井的试样进行试验确定。 钻屑法:
又称为钻粉率指数法或钻孔检验法。它是用小直径 （42~45mm）钻孔，根据打钻不同深度时排出的钻屑量及 其变化规律，来判断岩体内应力集中情况，鉴别发生冲击地 压的倾向和位置。在钻进过程中，在规定的防范深度范围内， 出现危险煤粉量的测值或钻杆被卡死的现象，则认为具有冲 击危险，应采取相应的解危措施。
弱冲击: 煤或岩石向已采空间抛出，但破坏性不很大，对 支架、机器和设备基本上没有损坏，围岩产生震动，一般震 级在2.2级以下，伴有很大声响，产生煤尘，在瓦斯煤层中 可能有大量瓦斯涌出。
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强冲击: 部分煤或岩石急剧破碎，大量向已采空间抛出， 出现支架折损、设备移动和围岩震动，震级在2.3级以上，伴 有巨大声响，形成大量煤尘和产生冲击波。
矿山压力及其控制 煤矿冲击矿压及其防 治
会计学
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在我国，冲击矿压最早于1933年发生在抚顺胜利矿。以 后，随着采深的增加和开采范围的不断扩大，北京、抚顺、 枣庄、开滦、大同、北票、南桐等矿区的许多矿井，都先后 发生和记录了冲击矿压。随着开采深度的不断增加，冲击地 压的危害将日益突出。
世界上几乎所有采煤国家都不同程度地受到冲击矿压的 威胁。1783年英国在世界上首先报导了煤矿中所发生的冲击 矿压。
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地音、微震监测法: 岩石在压力作用下发生变形和开裂破坏过程中，必然以脉
冲形式释放弹性能，产生应力波或声发射现象。这种声发射 亦称地音。显然，声发射信号的强弱反映了煤岩体破坏时的 能量释放过程。这样,地音监测法的原理是,用微震仪或拾震 器连续或间断地监测岩体的地音现象。根据测得的地音波或 微震波的变化规律与正常波的对比,判断煤层或者体发生冲 击倾向度。