采场顶板活动规律.
4.(第四章)-回采工作面上覆岩层活动规律
采空区的处理方法 disposal method for gob
工艺中是如 何实现的？
煤柱支撑法（刀柱法）:pillar propping method 缓慢下沉法:lentitude subsidence method 充填法:filling method 垮落法:caving method
其中全部垮落法具有回采率高、成本低、简单的优点， 在条件适宜时，尽量采用这种方法。采用全部垮落法时， 随着工作面推进，回采工作面空间形状变化见下图。
砌体梁模型与传递岩梁模型的对比
比 较 砌体梁模型
垮落步距采用梁假说 认为岩梁可以传递水平力
传递岩梁模型
考虑成层性,假定分组一致下沉
相同点
岩块的受力与平衡 梁的几何特征（双
不同点
（推断） 曲线关系,实测） 给定荷载与给定变 给定变形与限定变 形工作状态 形工作状态 顶板压力估算应防 顶板压力取决于岩 止台阶下沉 梁的位态（控制）
（岩梁位态与支架无关）： A≤PT≤（A+hE·γE· A/2LK） L
位态方程式
“限定变形”工作方式： 支柱与顶板的作用结果，使岩梁在 图中所示的虚线位置接触。此时，支柱受力大小由限定的岩 梁位态（用对应的采场顶板下沉量ΔhT表示）决定，而与支 柱的刚度无关。在该方式条件下，顶板施予支架的作用力由 岩梁的位态方程得出，即： PT=A+PE· T Δh PE=B/ ΔhT B=(hE· E· A/2LK) · A γ L Δh
采场矿压假说总结
前面所介绍的一些主要的矿压假说都是
第四章 回采工作面上覆岩层活动规律
4.1 概述
在煤层或矿床开采过程中，一般把直接进行采煤 或开采有用矿物的工作空间称为回采工作面或简称 为采场coal face 。 顶板：位于煤层之上的岩层称为顶板。 按顶板与煤层的位置关系、冒落性能及冒时对回采 工作面的影响分为： （1）直接顶（immediate roof）：直接顶位于 煤层上方的一层或几层性质相近的岩层；通常由具 有一定稳定性且一般随回柱放顶而垮落，由页岩或 砂页岩等岩层组成。也有人认为采空区冒落带内的 岩层统属于直接顶。
采煤工作面上覆岩层移动规律
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。
2 采场围岩的基本概念及其活动规律
σ = N 0e
p y
2 f x 1+ sin φ 1sin φ m
2,煤壁前方应力分布: ,煤壁前方应力分布:
2 f x 1+ sin φ m 1sin φ
σ yp = 岩分区: 极限平衡区 D 围岩分区 弹性区 E 原始应力区 F 减压区 A 应力分区 增压区 B 稳压区 C (二者有交叉)
一 采场围岩的基本概念
(六)支承压力及其分布
3,特征 , 回采工作面前后的支承压力分布与采空区处理方法有关. 回采工作面前后的支承压力分布与采空区处理方法有关. 假如采空区采用的是刚性支撑,例如采用刀柱法 留煤柱 留煤柱), 假如采空区采用的是刚性支撑,例如采用刀柱法(留煤柱 ,工 作面前后的支承压力分市应类似于巷道两侧. 作面前后的支承压力分市应类似于巷道两侧.其情况如下图 曲线1,即前后均有几乎相等的压力分布. 曲线 ,即前后均有几乎相等的压力分布.假设采空区处理采 用垮倍法或充填法,则将导致工作面前方支承压力急剧增加, 用垮倍法或充填法,则将导致工作面前方支承压力急剧增加, 而采空区支承压力则大幅度降低,如下图曲线 . 而采空区支承压力则大幅度降低,如下图曲线2.
一 采场围岩的基本概念
(二)底板
1,定义 , 与煤层顶板相对应,采煤时称煤层下面的岩层为底板. 与煤层顶板相对应,采煤时称煤层下面的岩层为底板. 直接在煤层下面的岩层叫做直接底. 直接在煤层下面的岩层叫做直接底. 2,特征 , 底板岩层在岩层控制中涉及两类问题: 底板岩层在岩层控制中涉及两类问题:一是煤层开采后 引起的底板破坏;二是从采场支护系统而言, 引起的底板破坏;二是从采场支护系统而言,支护系统的刚 度是由"底板-支架 顶板"所组成, 支架-顶板 度是由"底板 支架 顶板"所组成,因此底板岩层的刚度将直 接影响到支护性能的发挥. 接影响到支护性能的发挥. 底板比压: 底板比压:将支架底座对单位面积底板上所造成的压力 称为底板载荷集度. 称为底板载荷集度.
煤矿顶板管理与支护新技术2019.10.28
二、采场顶板活动规律
（3）铰接岩块假说 （前苏联库兹涅佐夫，1950)
讨论：
（1）正确解释了顶板分带情况。 （2）提出了老顶铰接岩块结构形 式。 （3）没有解决结构平衡条件。
假说观点：（1）采场上覆岩层分为垮落带和裂隙带，二者差别在
于，裂隙带岩块间存在有规律的水平挤压力的联系，从而相互铰合 形成一条多环节的铰链。三铰拱式的平衡。
由于它们在推进方向上不能够始终保持传递力的联系， 因此一旦运动，其重量将由支架全部承担。
直接顶指采空区已经冒落岩层的总合。
二、采场顶板活动规律
1、基本概念
伪顶：在煤层与直接顶之间有时存在厚度小于0.3～0.5 m、 极 易 垮 落 （ 随 采 随 冒 ） 的 软 弱 岩 层 ， 称 为 伪 顶 。 （ false roof) 基本顶：位于直接顶之上(有时直接位于煤层之上)对采 场矿山压力直接造成影响的厚而坚硬的岩层称为基本顶/老 顶。 （main roof)
基本顶破断以后，破裂岩块始终能保持向煤壁前方和 采空区矸石上传递力的联系，它的运动对回采工作面矿山 压力显现有明显影响，但是其作用力无须由支架全部承担。
二、采场顶板活动规律
2、有关采场上覆岩层活动规律的假说
“假说”就是用已有的事实材料和科学原理为依据，关于未 知事实（如现象之间的规律性联系、事物的存在或原因、未来事 件的出现等）的假设性解释。
上覆岩层结构的骨架是覆岩中的坚 硬岩层。可将上覆岩层划分为若干组，每 组以坚硬岩层为底层，其上部的软弱岩层 可视为直接作用于骨架上的载荷，同时也 是更上层坚硬岩层与下部骨架联结的垫层。
随着工作面的推进，采空区上方坚 硬岩层在裂缝带内将断裂成排列整齐的岩 块，岩块间将受水平推力作用而形成铰接 关系。岩层移动曲线的形态经实测呈开始 为下凹、而后随工作面的推进逐渐恢复水 平状态，由此决定了断裂岩块间铰接点的 位置。
3.2采场顶板活动规律
ki 由材力知曲率与弯矩关系为：
(M i ) x Ei J i
且 k1 kΒιβλιοθήκη 2 k n(M 1 ) x E1 J 1 故有： (M 2 ) x E2 J 2
即
Mn M1 M2 E1 J 1 E2 J 2 En J n
由 M =ΣMi 有：
(M 1 ) x E1 J 1 (M 1 ) x E1 J 1 ；(M ) E J ；… ； ( M ) E J 3 x 3 3 n x n n
2、老顶梁式结构力学分析： （按固定支座） 1）支座反力：（对称）
ql R1 R2 2
ql 2 M1 M 2 12
２）任意截面剪力：（Ｄ—Ｄ’）
ql ql 2 x Qx R1 qx qx 1 2 2 l
ql Q | x 0 2 Q| l 0
隔离煤柱
4）简支支座时老顶的力学分析：
ql 剪力 Q x R1 qx qx 2
q
Qx
Mx
x ql q 2 M R x qx x x 弯矩 x 1 2 2 2
最大弯矩在梁中间
ql 2 M| l x 8 2
最大剪力在梁的两端 Q | ql x 0
2
综上：老顶岩梁破坏形式有两个
h ql 2 h M max 2 3 ql 8 2 2 1 3 Jz 4h 2 h 12
当 max Rt 时，岩梁被拉断裂。
3ql 2 此时由 Rt 2 有： 4h
简支梁按弯矩计算的极限跨距： LLT
Rt 2h 3q
老顶按梁式结构计算其极限跨度为：
固定梁 按弯矩计算 LLT 简支梁
q 的计算公式：
采场顶板在采面推进方向运动规律探析
２１－ ００ｒ第６ 期
总第９ 期 ９
栗锡 丁 ｊ 在 采 面才 方 白 动 规 锋 才 页ｆ ｊ ｉ 、 经 罘析
郭 璋
（ 内蒙古伊泰集 团有 限公司 大地精煤矿 。内蒙伊金 霍洛旗 ０ ７ ０ １０ ０）
摘 要 分 析 了采 场 上覆 岩 层初 次运 动 阶 段和 周 期 性运 动 阶 段 的特 征 ， 讨 了岩 层 运 动 的相 对 稳 定 过 探 程和 显著 运 动 过 程 ， 影 响 岩 层 运 动 的 影 响 因 素及 影 响 程度 进 行 了阐述 。 对 关 键 词 岩 层 ；采 面 ；运 动规 律 ；探 析 中图 分 类 号 ：Ｄ ２ １ Ｔ ３５． 文 献 标 志 码 ： Ａ 文章 编 号 ：０ ９ ０ ９ （ ０ ００ — １４ ０ １０ — ７ ７ ２ １ ）６ ０ ４ — ２ 我 们 把 岩 梁 运 动 幅度 小 ，对 采 场 矿 压 的影 响不 明显 的 过
程， 称为岩梁处于相对稳定过程。描述该过程长短 的参数是岩 粱 的相对稳定 步距 ，即岩梁处 于相对稳定状态 时工作 面推进 的距 离 ， ｂ 示 ， 图 １ａ 、ｃ 、ｅ所 示 。 用 表 如 （ ）（ ）（ ）
程和描述 岩层运动 的参数 ，从 而揭示岩层运动在推进 方向上 的运动发展规律和影响 。
一
ｆ｝ ｃ
场 在 初次 来 压 期 间 的 安 全 。
１ 周 期 性 运 动 阶段 ． ２
ｆ
＿ 豳 ６ 锺 瞄 ～Ｌ ～ ｈ
（） ｄ
从 岩 层 初 次运 动结 束 到 工 作 面 采 完 ，顶 板 岩层 按 一 定 周 期 有 规律 的 断 裂运 动 ， 做 周 期 性 运 动 阶 段 （ 图 １１ ～ ｆ） 称 如 （， （）。 ２ ）
大采高浅埋藏综采工作面顶板活动规律与控制研究
１ ～１。 。 ３ ，覆岩厚度 １４～２ ８ ０ ２ ｍ，采用 全部垮 落法一 次采全 高 ，工作面压力 大 ，来 压频 繁 ，老顶 周期 来 压步 距 为 ９～ １ ｍ，平均来压步距 １ｍ。１２ ５综 采工 作 面位 于 １ 煤西 ４ ２ ２０ 二盘区 ，工作面长 ３ ８ ０ ｍ，推进长度 ４ ４ ｍ，采用双巷布置 ， ３３ 北邻 １２ ４工作 面采 空 区 ，南接 １２ ６准 备工 作 面。依据 ２ｏ ２０
工作 面控 制顶板 所 需的 支护 阻力及 支 架工作 阻 力。
关键词 ：大采 高 ；浅埋藏 ；台阶岩 梁 ；短砌 体 梁
中图分 类号 ：Ｔ ３ Ｄ２
文 献标 识码 ：Ｂ
文章编 号 ：１ ７ ０ ５ （ ０ ０ １ ＿０ ３（ ６ １— ９ ９ ２ １ ） ２（ ４ －３ ） ）
Ｓ ５ ｂ８ Ｉ ｂ 、Ｓ ｌ 、Ｓ６五个 钻孔 资 料 来 看 ，该 工 作 面 煤 层 直 接 顶 ） 为 砂 质 泥 岩 和 粉 砂 岩 ，老 顶 为 中 粒 、细 粒 砂 岩 ，顶 板 赋 存
表 １ １２ ５综 采 工 作 面 钻 孔 特 征 ２０
收 稿 日期 ：２ １ ０ ０ ０— ８—１ ２
作 者 简 介 ：王 春 雷 （ ９ ３一） １８ ，男 ，河 北 巨 鹿 人 ，采 矿 工 程 硕 士 研 究 生 ，现 在 神 东 煤 炭 集 团 公 司上 湾 煤 矿 综 采 队 从 事 生 产技术管理工作。
１２ ５ 采 工 作 面 内 沿 推 进 方 向 依 次 打 设 的 Ｓ ２ 、Ｓ 、 ２０ 综 ｂ２ Ｍ
随后 大量单体被鼓帮折 断 ；２ １ ００年 ５月上旬 回采至 距切 眼
９ ０ 时 ，在 机 尾 段 发 生 了 长 ５ ｍ 范 围 的 大 面 积 架 前 漏 顶 ， ０ｍ ０ 停 产 ４ ；２ ０ ｄ ０ ５年 ８月 中 旬 ，１２ ５综 采 工 作 面 以 北 与 其 并 ２０ 行 布 置 的 １２ １ 作 面 回 采 至 距 切 眼 １５ ｍ 时 ，机 尾 老 顶 ２０ 工 ４０ 突然 切 落 ，将 两 台 支架 压死 。
矿山压力及岩层控制第三章
2：实际测得的不同类型覆岩开采后的破坏情况
上覆松软岩层
上覆中硬岩层
1—冒落带；
2—裂隙带
上覆坚硬岩层
3、工作面附近顶板移动观测曲线：
上覆岩层移动实测曲线
4、上覆岩层随工作面推采位移路径：
开采后上覆岩层沿走向方向水平与垂直移动轨迹图
5、倾角对顶板位移的影响：
观测点在沿煤层倾斜剖面上的移动
6、顶板移动一般规律：
第五节 回采工作面上覆岩层活动规律假说 一、压力拱假说： （1928，德国，哈克）
在上覆岩层中，形成一个 “压力拱”，前方煤壁及后方垮落 矸石分别为拱的两脚，工作面处 于拱的保护之下。
“压力拱”将随工作面的推进而前移。
二、悬臂梁假说： （1916，德国，施托克） 工作面和采空区上覆岩层，可视为一端固定于岩体
1、梁式结构——将顶板视为沿工作面推进方向的梁，按 照梁式结构承载变形破坏理论分析顶板破坏现象。
2、板式结构——将顶板岩层视为一个板或经断层、裂隙 切割后，多块板相互咬合组成的板，按板式结构承载变形及 强度理论分析顶板破坏现象。
3、顶板结构端部支撑条件： 固定支座——顶板被煤岩层夹持，未断裂，无自由端； 简支梁支座——顶板端部断裂或埋深较浅（可转动）；
2） q 的计算公式：
由材力知曲率与弯矩关系为： ki
(M i )x Ei Ji
且 k1 k2 kn
即 M1 M2 Mn
E1 J1 E2 J 2
En Jn
故有：(M 1 ) x E1J1
(M 2 )x E2 J2
(M 1 ) x
；(M 3 ) x
E1 J1
E3 J 3；…
；(M 1 ) x E1 J1
二、直接顶的离层：
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第4章 采场顶板活动规律
1、如何理解矿山压力和矿山压力显现的关系？
2、什么是直接顶，伪项和老顶，它们之间有何不同？
3、简述采场上覆岩层活动规律主要假说及其评价。
4、采空区处理方法主要有哪几种？对于难冒落并易发生大面来压的顶板，采空区应采取什么处理方法？
5、某回采工作面采高为3.5m ，直接顶为砂质页岩，其碎胀系数K p =1.4，直接顶冒落的厚度∑h=8m ，直接顶冒落后，破碎矸石最上部距老顶岩层的距离是多少？
6、简述直接顶初次垮落前易离层的原因。
7、在目前针对老顶断裂形式的研究中，一般有哪几种理论？
8、试分析老顶达到极限跨距时，以剪切断裂为主还是以弯曲断裂为主？
9、有一缓斜煤层，其顶板由四岩层组成，各岩层的数据如下表，如采用刀柱法处理采空区，刀柱间的距离应该是多少？
10、某回采工作面直接顶冒落后不能充满采空区，老顶岩层厚度h=3m ，其容重γ=24.5kN/m 3，在初次来压前老顶的跨距L=20m ，这时，此老顶已和上部岩层离层，试问，此时老顶中的最大拉应力发生在何处，其数值是多少？
11、采场上覆岩层结构失稳的基本形式有哪些？
12、简述采场上覆岩层所形成结构的失稳条件。
13、怎样理解长壁工作面顶板在初次来压前的“拱“或“梁”式结构？
14、某一缓斜煤层顶板为中砂岩，岩层厚度h ＝4m 抗拉强度R T ＝14000kPa ，作用在岩层上的载荷q=190kN ／m 2，求其极限跨距L T ，设
0,8.0tan ==θϕ，计算说明当岩层达到极限跨距时，能否形成三铰拱式平衡？
15、老顶破断时在岩体内将引起什么性质的扰动？其特点是什么？有何实际意义？。