采场矿山压力显现
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采场矿山压力显现基本规律
采高增大，上覆岩层活动范围大，不易形成平衡 结构；
采高增大，煤壁不稳定，矿压显现严重；
控顶距增大，顶板稳定性差。
二、工作面推进速度及工序：
1、 推进速度影响 = 时间对顶板下沉（变形）的影响。
加快推进速度 工序下沉量。
减少控顶时间
减少无
对破碎顶板，加快推进速度，可改善顶板状况。
精品课件
2、工序影响：
精品课件
第五节 影响采场矿山压力显现的主要因素
一、采高与控顶距：
图中： L——控顶距 So—顶板最终下沉量 SL—控顶范围内最大下沉量 Lo —弯曲老顶前后最大曲率点间距
有：s0m h hK 0
且：s L s 0 L L0
精品课件
故有： sLs0L L 0mhhK0L L 0
因为
h m KP 1
落煤引起顶板下沉速度增加； 放炮影响范围：上、下15m，剧烈区上、下5m
精品课件
放顶引起顶板下沉速度增加； 影响范围：上20m下10m 剧烈范围：上15m下5m
落煤、放顶——改变顶板支
件，顶板移
撑条
强。 注意：
压）。
动加
加快推进速度，不能减弱工序对顶板下沉的影响（“甩”掉矿
当顶板比较破碎时，加快推进速度可改善顶板状态。 落煤、放顶两精工品序课件要相距10—15m以上。
1、增大支撑力 2、增加稳定性 3、加强矿压观测及地质、开采资料 4、加强日常支护质量管理。
四、来压条件：
1、有老顶存在； 2、直接顶垮落后不能充填满采空区。
五、初次来压步距和来压强度影响因素
1、老顶的力学性质、厚度、破断岩块之间的相 互咬合情况；
2、地质构造。
精品课件
来压是老顶断裂（结构失 稳）施力于工作面的结果；
EQ情商-4采场矿山压力显现基本规律 精品
五、分层开采时矿山压力显现
留煤皮 人工假顶 第一层的矿压显现 下分层矿压显现特点
老顶来压步距小 支 局部来压，工作面与开切眼斜交
第四节 顶板压力的估算
实测法 估算法 经验估算法 华北矿区 p＝（4 — 8）Mγ 结构平衡关系角度计算 威尔逊估算法
第五节 回采工作面前后支承压力的分布
4.大采深并影响到地表
1.刀柱法 2.全部垮洛法或充填法 3.大采高或坚硬顶板
工作面前后支承压力分布
初次来 压前采 场周围 支承压 力的分 布状态 拱或梁 结构 保 护着回
老顶初次来压前的表现：
顶板压力不大 煤壁前的压力达到最大（发 生剪切破坏），煤壁片帮是来压的重要标 志
来压跨距大，强度大，影响范围广，易出 现事故
举例，西山矿务局 开滦某矿 持续2-3d
应采取的对策 掌握步距大小 加强支护及 其稳定性
三、开采深度的影响
积聚的能量与深度的平方成正比 开采深度直接影响着原岩应力的大小，同
时对开采后巷道或工作面周围的支承压力 值。 对矿压的影响可能比较明显。 采场顶板下沉量与采深没有直接关系
四 煤层倾角度影响
煤层倾角对开采工作面矿压显现的影响很 大
力学分析图 与分层厚和采高也有一定的关系 工作面支架受力不均匀
另外：煤壁片帮、支柱插入底板、底板鼓 起等
回采工作面→小结构 ↓↑
上覆岩层（围岩）→大结构
4.2 老顶的初次来压
老顶断裂成岩块后的失稳转动
回转失稳（变形失稳） 滑落失稳（台阶下沉） 老顶失稳对工作面安全造成严重威胁
老顶初次来压的力学模型
老顶稳定的条件
P≥Q1+Q2
但，老顶的破断不可避免，破断后 支架的载荷可能减轻。
采场矿山压力显现基本规律
02
CATALOGUE
采场矿山压力显现的核心概念
矿山压力
矿山压力定义
矿山压力是采矿过程中，由于地下岩体采动而引起的应力、应变和 位移现象。
矿山压力的形成
在采矿过程中，随着岩体被逐渐采出，原本处于平衡状态的岩体应 力场被打破，导致应力重新分布，形成新的平衡状态。
矿山压力的影响
矿山压力对采矿安全、采矿效率以及采场维护具有重要影响。
特征
采场矿山压力显现具有明显的区域性 、时间性和空间性，与采矿方法、地 质条件、采场结构参数等因素密切相 关。
矿山压力显现的重要性
安全保障
矿山压力显现是采矿过程中的重要安全因素，对 采场稳定性和安全生产具有重要影响。
资源保护
矿山压力显现影响采场回采率，合理的矿山压力 控制有助于提高资源回收率。
经济价值
矿山压力显现的应急处理措施
制定应急预案
针对可能出现的矿山压力显现情况，制定应急预案，明确 应急处理流程和责任人。
加强人员培训和演练
对采场作业人员进行培训和演练，提高他们对矿山压力显 现的认识和处理能力。
配备应急物资和设备
根据应急预案需要，配备必要的应急物资和设备，如支护 材料、排水设备等，确保在紧急情况下能够迅速采取有效 措施。
力显现预测中的实际应用，并取得了良好的应用效果。
THANKS
感谢观看
矿山压力显现对采矿成本和经济效益具有直接影 响，合理的矿山压力控制有助于降低采矿成本。
矿山压力显现的历史与发展
历史回顾
矿山压力显现的研究始于20世纪初 ，随着采矿技术的发展和工程实践的 积累，人们对矿山压力显现的认识不 断深入。
发展趋势
现代采矿技术对矿山压力显现的研究 更加深入，涉及多学科交叉和多种先 进技术的应用，未来将更加注重矿山 压力显现的预测和控制。
矿山压力及矿山压力显现
二、矿山压力与矿山压力显现间的关系 矿山压力是客观的，矿山压力显现是相对的，是矿山 压力的结果。 压力显现强烈的部位不一定是压力高峰位置。 矿山压力与矿山压力显现之间存在一定对应关系，可以通 过矿山压力的显现来推断矿山压力的分布，为巷道布置提供
依据。
压力显现的变化幅度与该点压力的增减幅度是相关的，对 应的，但不一定成正比例。
非弹性变形区的应 力分布
非弹性变形区的应 力分布
第二节
矿山压力显现
一． 矿山压力显现的概念及基本形式 1、围岩运动形式 （1）两帮运动：巷道两帮的变形和移动； （2）顶板运动：巷道及工作面顶板岩层的弯曲下沉、裂断 破坏以及破碎冒落； （3）地板运动：地板岩层的臌起、隆起、层理滑移及裂断 破坏。
构造应力场——构造运动形成： 板块挤压——板块移动，挤压边界引起（横向）； 地幔热对流——地幔上下封闭对流形成； 岩浆侵入——岩浆侵入挤压、冷凝收缩（局部）
2、构造应力特点： 1）分布不均匀，在构造区域附近最大； 2）水平应力为主，浅部尤为明显； 3）具有明显的方向性； 4）坚硬岩层中明显，软岩中不明显； 5）
1
1
（静水压力理论） （弹性侧压理论） 则
金尼克：
一般 0.2 — 0.3
0.25 — 0.43
垂直应力与深 度关系
水平应力分布 规律
（二）构造应力 1、构造应力的概念 构造应力——由构造运动引起（板块、火山、升降） 构造应力 现代构造应力 难以区分 地质构造残余应力
（三）岩体膨胀应力
由于温度升高引起岩石膨胀而产生的力叫岩体的膨胀应力。
T EZ
式中：
T ——岩体的温度膨胀应力，KN/㎡；
采煤工作面矿山压力显现规律
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。
第10讲采场矿压显现规律及影响因素_矿井围岩控制与灾害防治
安全工程矿山安全采场矿压显现规律及影响因素本讲内容提纲回采工作面矿压显现主要影响因素重点内容详解一老顶初次来压与周期来压1衡量矿山压力显现程度的指标1顶板下沉量2顶板下沉速度3支柱的变形和折损4顶板破碎情况5局部冒顶6顶板沿煤壁切落或称大面积冒顶其它还有煤壁片帮支柱插入底板底板鼓起等一系列矿山压力现1概念把由于老顶结构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
1、采高与控顶距
SL= mL
回采工作面的顶板下沉量与采高及控顶距的大小成正比关系。
采高越大的工作面，其矿压显现也越严重；采高越低，顶板活动趋缓和，煤壁也较为稳定；控顶距增大，顶板稳定性变差。
2、工作面推进速度的影响
加快工作面的推进速度只是缩短了落煤与放顶两个主要生产过程的时间间隔，从理论上说，其结果肯定能减小顶板下沉量，但同时必然使顶板下沉速度加剧。
二、回采工作面前后支承压力的分布
【笔注】
回采工作面前后的支承压力状态一般可绘成下图的形式，并且可将其分为应力降低区b（减压区）、应力增高区a（增压区）和应力不变区c（稳压区）。在工作面前方支承压力的峰值到煤壁为极限平衡区，向煤体内则为弹性区。
工作面前后支承压力分布
三、回采工作面矿压显现主要影响因素
【笔注】
第10讲采场矿压显现规律及影响因素
【本讲内容提纲】
1.老顶初次来压与布
3.回采工作面矿压显现主要影响因素
【重点内容详解】
一、老顶初次来压与周期来压
【笔注】
1、衡量矿山压力显现程度的指标
1）顶板下沉量
2）顶板下沉速度
3）支柱的变形和折损
4）顶板破碎情况
5）局部冒顶
6）顶板沿煤壁切落（或称大面积冒顶）
其它还有煤壁片帮、支柱插入底板、底板鼓起等一系列矿山压力现象。
1、采高与控顶距
SL= mL
回采工作面的顶板下沉量与采高及控顶距的大小成正比关系。
采高越大的工作面，其矿压显现也越严重；采高越低，顶板活动趋缓和，煤壁也较为稳定；控顶距增大，顶板稳定性变差。
2、工作面推进速度的影响
加快工作面的推进速度只是缩短了落煤与放顶两个主要生产过程的时间间隔，从理论上说，其结果肯定能减小顶板下沉量，但同时必然使顶板下沉速度加剧。
二、回采工作面前后支承压力的分布
【笔注】
回采工作面前后的支承压力状态一般可绘成下图的形式，并且可将其分为应力降低区b（减压区）、应力增高区a（增压区）和应力不变区c（稳压区）。在工作面前方支承压力的峰值到煤壁为极限平衡区，向煤体内则为弹性区。
工作面前后支承压力分布
三、回采工作面矿压显现主要影响因素
【笔注】
第10讲采场矿压显现规律及影响因素
【本讲内容提纲】
1.老顶初次来压与布
3.回采工作面矿压显现主要影响因素
【重点内容详解】
一、老顶初次来压与周期来压
【笔注】
1、衡量矿山压力显现程度的指标
1）顶板下沉量
2）顶板下沉速度
3）支柱的变形和折损
4）顶板破碎情况
5）局部冒顶
6）顶板沿煤壁切落（或称大面积冒顶）
其它还有煤壁片帮、支柱插入底板、底板鼓起等一系列矿山压力现象。
采场矿山压力显现基本规律
二、初次来压时矿压显现特点： 1、来压前，顶板压力无明显增大； 2、煤壁内部支承压力增高，煤壁片帮严重； 3、顶板有板炮声响； 4、顶板下沉速度急剧增加，由1mm/h 到5~20mm/h； 5、支柱载荷急剧增加； 6、顶板出现切断（直接顶沿煤壁切断）。
三、预防措施：
初次来压前无明显征兆，工作面顶板压力不大， 致使支架稳定性差，来压猛，易造成顶板事故。
第一节 矿压显现指标
一、矿压显现：
在矿山压力作用下，煤岩体及支护物所表现出的种种力 学现象。
二、矿压显现指标：
1、顶板下沉 S（mm）——煤壁到采空区边缘范围内顶、底 板间相对位 移。
顶板绝对下沉不易得到，一般以距煤壁4米处下沉量为 工作面顶板下沉量。
可以每米采高每米推进度下沉量S/L/M为比较标准。
第二节 老顶初次来压
一、初次来压的形成：
初采——初次放顶——老顶悬露跨度增大——老
顶断裂——形成平衡结构——失稳——初次来压
初次来压——老顶平衡结构第一次失稳而施加给工 作面以大型压力的过程。
初次来压步距——第一次来压时，工作面距开切眼 的距离（推进距离）。
“砌体梁”对初次来压的解释： 来压时工作面顶板切断情况
2、工序影响：
落煤引起顶板下沉速度增加； 放炮影响范围：上、下15m，剧烈区上、下5m
放顶引起顶板下沉速度增加； 影响范围：上20m下10m 剧烈范围：上15m下5m
落煤、放顶——改变顶板支 撑条件，顶板移 动加强。
注意： 加快推进速度，不能减弱工序对顶板下沉的影响（“甩”掉矿压）。
当顶板比较破碎时，加快推进速度可改善顶板状态。 落煤、放顶两工序要相距10—15m以上。
K
m P 1
mK0 K p 1
影响回采工作面矿山压力显现的主要因素有哪些
立志当早，存高远
影响回采工作面矿山压力显现的主要因素有哪些
一、采高与控顶距在一定的地质条件下，采高是形成覆盖层破坏性影响的最根本因素。
采高越大，覆盖层破坏越严重。
并且还直接影响工作面顶板下沉量的大小。
为了求取控顶距L 处的顶板下沉量SL，可将离工作面一定距离的岩层移动曲线简化为直线图形。
回采工作面顶板下沉量与采高及控顶距的大小成正比关系。
二、工作面推进速度的影响
1.工作面顶板下沉，是一个时间的过程。
随着时间的增大，顶板下沉量也增大。
因而有人认为加快推进速度，缩短工作面每个循环的时间，必然可使顶板下沉量减少，这样就能把顶板压力甩掉。
2.国外测定资料证明，推进速度加快后，顶板下沉速度也同样增加了。
3.根据实测，落煤与放顶时顶板下沉较激烈，平时则较为缓和。
（1）落煤时，增大了回采工作面的控顶距，破坏了煤壁前方的应力平衡，支承压力就有一个向煤壁深处移动的过程；另一方面，落煤时，随着工作面的推进，使得A 岩块逐渐趋向失稳。
（2）放顶时，撤除了采空区一侧的支架，相当于撤除了一部分对上覆岩层的支撑力，以及相当于将P 向前挪一距离，即减少了值。
放顶影响范围，沿工作面上下10~20m，剧烈影响范围5~10m。
4.结论
（1）加快工作面推进速度事实上即是缩短落煤与放顶及由放顶到再次落煤的时间间隔，其结果必然能减少平时的时间影响所形成的顶板下沉量，但绝不。
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度突增。 2、断裂扩展或显著沉降，顶底板移近出现停滞甚
至反弹。 3、断裂结束后，内外应力场中的压力显现以断裂
线为界呈背向转移变化。
（二）正常推进阶段
每一周期来压过程中分为两个过程。 1、相对稳定过程 从上次运动结束到工作面推进到岩梁端部再次断裂前夕。 压力分布：内应场缩小，压力很小；外应力场扩大，断裂前夕
作用在煤（岩）层和矸石上的垂直压力。
支承压力包括高于和低于原始应力的整个区间。
支承压力来源于重量。
在单一自重应力场条件下,若煤（岩）层水平赋存，则其支承 压力的分布见图所示：
1、支承压力大小表达式
n
n
y mii miiLiCix
1
1
单位面积上承受的压力近似看成是上覆岩层各岩梁在该处
的作用力。
2、影响因素分析
（1）直接覆盖岩层的单位岩重。与总厚度成正比。
（2）直接覆盖岩层悬跨部分重量传递至该处的作用力。
其中：a、岩梁数目 b、传递比率（与该处煤岩层强度和岩
梁自身的强度及运动发展情况有关)。c、厚度与跨度
（二）支承压力显现
概念：在支承压力作用下，发生的煤岩层破坏压缩，相应部位
的顶底板相对移动以及支架受力等现象。
我们可以以“板”的理论推断两侧支承压力分布和发展的 规律。 “岩板”运动及破坏的发展过程。 （一）两侧支承压力分布发展变化规律 走向与两侧规律是同一阶段：上下两侧煤壁边缘处于弹性状态。
两个方向上的压力高峰始终在煤壁上，峰值随推进步距增 加而增加。
2、第二阶段：煤壁边缘破坏，部分进入塑性状态。图中2位置。
（三）支承压力与支承压力显现的关系
支承压力的存在是绝对的，显现是相对的。
（支架受力、煤岩层变形）
支承压力与其显现有时不一致甚至相反的情况原因有二： 1、煤岩层不同部位的支承能力往往有很大区别。 2、作为载荷的上覆岩梁运动不同步。
注意：这里的不一致与某一部位压力增量与显现增量的 相对应的关系是不同的。
第五章
采场矿山压力显现 与上覆岩层运动间的关系
矿山压力研究的任务： 1、回采工作面顶板控制 2、回采工作面周围巷道控制 本章重点学习利用显现判断上覆岩层运动的方法以及
支架与围岩之间的力学关系。
第一节 采场支承压力分布的规律
一、支承压力及其显现
（一) 支承压力的概念 煤（矿）层采出后，在围岩应力重新分布的范围内，
y (c c )(1
x
2f
)
f h y0
tg 1 y0
x0
第三阶段：从老顶岩梁端部断裂到岩梁中部触矸为止。 特 点：支承压力分布与显现变化剧烈，压力分布与显现总体
一致。 压力特点：1、断裂线附近应力集中→2、以断裂线为界分为两
个应力场→3、两个应力场中压力分布背向发展。 显现特点： 1、岩梁断裂时，伴随压力的集中，该部位移近速
压力达到最大。 显现分布：压力大小和分布平缓，显现平缓。 2、显著变化的发展过程 从岩梁断裂前夕至老顶岩梁运动结束止。 压力分布：同初次运动阶段中的第二阶段。 显现分布：同初次运动阶段中的第二阶段。
三、工作面两侧支承压力分布及显现规律
实践及理论推导证明：
当 L 1 不会出现来压现象。
C0
当α>4~6时，按梁计算来压步距准确，并且以其推断的沿推进 方向的岩层运动和支承压力分布发展的规律是比较接近实际的。
煤壁破坏，压力高峰前移，压力分布形成弹性和塑性两个 区域。（此阶段塑性区的形成及扩展都首先从推进方向开始， 然后随着“板”的作用力向两侧转移，导致两侧塑性区形成。）
3、第三阶段：顶板在煤壁深部断裂，支承压力分布形成内外两 个应力场，随工作面的继续推进，内外应力场的峰值将呈背向 发展。
（二）走向（推进方向）与两侧支承压力分布发展规律的关系 1、两个方向上单一弹性分布存在的时间，即塑性区及出现塑 性区时工作面推进的位置都相同。 2、尽管老顶断裂在两个方向上略有先后，但其发展进程和出 现的时间却是同步的。（任何方向超前支承压力显现都可 以作为顶板来压的依据） 3、与推进方向相比的最大差距 （1）侧向不存在内应力场分布范围收缩的情况，外应力场
n
y mii(1 LCx) KxH
1
Kx 1 K 0 ebx
第二阶段：从煤壁支承能力改变到老顶岩梁端部断裂前为止。 煤体特点：煤体支承能力降低，老顶岩梁的离层发展，其
作为载荷与传递上部岩重的作用发生变化。 压力特点：塑性区（包括煤体已完全破坏部分）压力逐渐
上升。 弹性区内则单调下降，其压力高峰在交界处。 显现特点： 总体仍为单调下降曲线，但是具体讲则是塑性 区内与压力分布相反，弹性区内与压力分布相 同。 在极限平衡状态下得到塑性区支承压力表达式：
的扩展是通过内应力场扩展和煤层再度压缩破坏而实现的。 （2）老顶中每一“岩板”运动的影响，对于任意部位来说
都
只有一次。（有助于更准确确定老顶岩梁数目及有关运动参 数）。
四、关于两个应力场理论（略）
第二节 采场来压时支架与围岩关系
支架与围岩关系时顶板控制设计的基础，也是检验顶板控制 效果的依据。
一、采场支架的设计工作状态 （一）采场支架对直接顶的工作状态 1、直接顶的结构特点 初次垮落后，煤壁与支架支撑，呈悬臂梁状态，失去了传 递力的联系。端部断裂则以煤壁为支点作回转运动，支架完全 承担其作用力。 2、支架对直接顶的工作状态 由于它在采空区内已经垮落，控制设计时，必须按最危险 状态考虑。即按“给定载荷”考虑。
结论：在既定开采条件下，煤岩层上的支承压力分布与工 作面巷道中的显现，以及两者之间的关系等都是由上覆岩 层的状态和煤岩体本身各部位支承能力决定。
二、采场推进过程中支承压力发展规律
（一）、初次运动阶段
支承压力分布与显现变化划分为三个阶段： 第一阶段：采场开始推进到煤壁支承能力改变之前。 煤体特点：煤体没有破坏，弹性压缩。 压力分布：一条高峰在煤壁上的单调下降曲线。（负指数）。 显现分布：与压力分布曲线相同。 即煤壁没有进入塑性状态，各岩梁的跨度相等，同一位置的 传递系数相同，则压力公式可简化为：
PZ mzzfz A
fz
L2Z 2nzL2K
1 (1 LS )2 2nz LK
nz LR LK
（二）采场支架对老顶的工作状态
至反弹。 3、断裂结束后，内外应力场中的压力显现以断裂
线为界呈背向转移变化。
（二）正常推进阶段
每一周期来压过程中分为两个过程。 1、相对稳定过程 从上次运动结束到工作面推进到岩梁端部再次断裂前夕。 压力分布：内应场缩小，压力很小；外应力场扩大，断裂前夕
作用在煤（岩）层和矸石上的垂直压力。
支承压力包括高于和低于原始应力的整个区间。
支承压力来源于重量。
在单一自重应力场条件下,若煤（岩）层水平赋存，则其支承 压力的分布见图所示：
1、支承压力大小表达式
n
n
y mii miiLiCix
1
1
单位面积上承受的压力近似看成是上覆岩层各岩梁在该处
的作用力。
2、影响因素分析
（1）直接覆盖岩层的单位岩重。与总厚度成正比。
（2）直接覆盖岩层悬跨部分重量传递至该处的作用力。
其中：a、岩梁数目 b、传递比率（与该处煤岩层强度和岩
梁自身的强度及运动发展情况有关)。c、厚度与跨度
（二）支承压力显现
概念：在支承压力作用下，发生的煤岩层破坏压缩，相应部位
的顶底板相对移动以及支架受力等现象。
我们可以以“板”的理论推断两侧支承压力分布和发展的 规律。 “岩板”运动及破坏的发展过程。 （一）两侧支承压力分布发展变化规律 走向与两侧规律是同一阶段：上下两侧煤壁边缘处于弹性状态。
两个方向上的压力高峰始终在煤壁上，峰值随推进步距增 加而增加。
2、第二阶段：煤壁边缘破坏，部分进入塑性状态。图中2位置。
（三）支承压力与支承压力显现的关系
支承压力的存在是绝对的，显现是相对的。
（支架受力、煤岩层变形）
支承压力与其显现有时不一致甚至相反的情况原因有二： 1、煤岩层不同部位的支承能力往往有很大区别。 2、作为载荷的上覆岩梁运动不同步。
注意：这里的不一致与某一部位压力增量与显现增量的 相对应的关系是不同的。
第五章
采场矿山压力显现 与上覆岩层运动间的关系
矿山压力研究的任务： 1、回采工作面顶板控制 2、回采工作面周围巷道控制 本章重点学习利用显现判断上覆岩层运动的方法以及
支架与围岩之间的力学关系。
第一节 采场支承压力分布的规律
一、支承压力及其显现
（一) 支承压力的概念 煤（矿）层采出后，在围岩应力重新分布的范围内，
y (c c )(1
x
2f
)
f h y0
tg 1 y0
x0
第三阶段：从老顶岩梁端部断裂到岩梁中部触矸为止。 特 点：支承压力分布与显现变化剧烈，压力分布与显现总体
一致。 压力特点：1、断裂线附近应力集中→2、以断裂线为界分为两
个应力场→3、两个应力场中压力分布背向发展。 显现特点： 1、岩梁断裂时，伴随压力的集中，该部位移近速
压力达到最大。 显现分布：压力大小和分布平缓，显现平缓。 2、显著变化的发展过程 从岩梁断裂前夕至老顶岩梁运动结束止。 压力分布：同初次运动阶段中的第二阶段。 显现分布：同初次运动阶段中的第二阶段。
三、工作面两侧支承压力分布及显现规律
实践及理论推导证明：
当 L 1 不会出现来压现象。
C0
当α>4~6时，按梁计算来压步距准确，并且以其推断的沿推进 方向的岩层运动和支承压力分布发展的规律是比较接近实际的。
煤壁破坏，压力高峰前移，压力分布形成弹性和塑性两个 区域。（此阶段塑性区的形成及扩展都首先从推进方向开始， 然后随着“板”的作用力向两侧转移，导致两侧塑性区形成。）
3、第三阶段：顶板在煤壁深部断裂，支承压力分布形成内外两 个应力场，随工作面的继续推进，内外应力场的峰值将呈背向 发展。
（二）走向（推进方向）与两侧支承压力分布发展规律的关系 1、两个方向上单一弹性分布存在的时间，即塑性区及出现塑 性区时工作面推进的位置都相同。 2、尽管老顶断裂在两个方向上略有先后，但其发展进程和出 现的时间却是同步的。（任何方向超前支承压力显现都可 以作为顶板来压的依据） 3、与推进方向相比的最大差距 （1）侧向不存在内应力场分布范围收缩的情况，外应力场
n
y mii(1 LCx) KxH
1
Kx 1 K 0 ebx
第二阶段：从煤壁支承能力改变到老顶岩梁端部断裂前为止。 煤体特点：煤体支承能力降低，老顶岩梁的离层发展，其
作为载荷与传递上部岩重的作用发生变化。 压力特点：塑性区（包括煤体已完全破坏部分）压力逐渐
上升。 弹性区内则单调下降，其压力高峰在交界处。 显现特点： 总体仍为单调下降曲线，但是具体讲则是塑性 区内与压力分布相反，弹性区内与压力分布相 同。 在极限平衡状态下得到塑性区支承压力表达式：
的扩展是通过内应力场扩展和煤层再度压缩破坏而实现的。 （2）老顶中每一“岩板”运动的影响，对于任意部位来说
都
只有一次。（有助于更准确确定老顶岩梁数目及有关运动参 数）。
四、关于两个应力场理论（略）
第二节 采场来压时支架与围岩关系
支架与围岩关系时顶板控制设计的基础，也是检验顶板控制 效果的依据。
一、采场支架的设计工作状态 （一）采场支架对直接顶的工作状态 1、直接顶的结构特点 初次垮落后，煤壁与支架支撑，呈悬臂梁状态，失去了传 递力的联系。端部断裂则以煤壁为支点作回转运动，支架完全 承担其作用力。 2、支架对直接顶的工作状态 由于它在采空区内已经垮落，控制设计时，必须按最危险 状态考虑。即按“给定载荷”考虑。
结论：在既定开采条件下，煤岩层上的支承压力分布与工 作面巷道中的显现，以及两者之间的关系等都是由上覆岩 层的状态和煤岩体本身各部位支承能力决定。
二、采场推进过程中支承压力发展规律
（一）、初次运动阶段
支承压力分布与显现变化划分为三个阶段： 第一阶段：采场开始推进到煤壁支承能力改变之前。 煤体特点：煤体没有破坏，弹性压缩。 压力分布：一条高峰在煤壁上的单调下降曲线。（负指数）。 显现分布：与压力分布曲线相同。 即煤壁没有进入塑性状态，各岩梁的跨度相等，同一位置的 传递系数相同，则压力公式可简化为：
PZ mzzfz A
fz
L2Z 2nzL2K
1 (1 LS )2 2nz LK
nz LR LK
（二）采场支架对老顶的工作状态