EQ情商-4采场矿山压力显现基本规律 精品
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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。
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2、工序影响：
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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
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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
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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；
采场矿山压力显现基本规律
02
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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。
最新4采煤工作面矿山压力显现规律汇总
4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。
采场矿山压力显现基本规律
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。
2、矿压显现特点（据唐山矿观测）： 前方支承压力峰值高、距工作面远（16—24米）； （采高大，顶板活动范围大，平衡结构高远） 顶、底板相对移近量大（4.4m处达1.2m）； （采高大，老顶移动倾斜度大，顶板移动量大） 顶煤在煤壁前方较远处开始较大位移（垂直、水平）； （煤体受压，产生塑性变形，垂直缩，水平伸） 支架载荷、周期来压强度较小。 （支架顶部煤体起到缓冲作用）
第四节 顶板压力的估算
顶板压力是工作面支护设计的一个重要参数。
一、估算法：
1、经验估算法 ：
实质——以直接顶沿煤壁断裂、老顶平衡结构失稳时最不 利状态作为顶板压力估算的依据（最大可能载荷）。
1）直接顶载荷 q1 ：
Q1 h L1 h L
q1 h
2）老顶载荷 q2 ： （按直接顶载荷的倍数估算）
三、采深：
H↑→γH↑→KγH↑
片帮几率↑ 塑性增强，变形↑
支架载荷↑ 弹性能↑
采深对巷道影响很大，对回采工作面影响不明显。
原因： 巷道位于高应力场内，围岩承受高应力作用，变形增大。 工作面顶板在上覆岩层平衡结构保护之下，受力变化不大。
四、倾角：
垂直层面应力↓
顶板下沉量↓ 支柱载荷↓
冒落矸石充填方式改变矿压规律；
影响顶板“三带”形态；
俯斜开采时容易形成平衡结构。
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。
2、矿压显现特点（据唐山矿观测）： 前方支承压力峰值高、距工作面远（16—24米）； （采高大，顶板活动范围大，平衡结构高远） 顶、底板相对移近量大（4.4m处达1.2m）； （采高大，老顶移动倾斜度大，顶板移动量大） 顶煤在煤壁前方较远处开始较大位移（垂直、水平）； （煤体受压，产生塑性变形，垂直缩，水平伸） 支架载荷、周期来压强度较小。 （支架顶部煤体起到缓冲作用）
第四节 顶板压力的估算
顶板压力是工作面支护设计的一个重要参数。
一、估算法：
1、经验估算法 ：
实质——以直接顶沿煤壁断裂、老顶平衡结构失稳时最不 利状态作为顶板压力估算的依据（最大可能载荷）。
1）直接顶载荷 q1 ：
Q1 h L1 h L
q1 h
2）老顶载荷 q2 ： （按直接顶载荷的倍数估算）
三、采深：
H↑→γH↑→KγH↑
片帮几率↑ 塑性增强，变形↑
支架载荷↑ 弹性能↑
采深对巷道影响很大，对回采工作面影响不明显。
原因： 巷道位于高应力场内，围岩承受高应力作用，变形增大。 工作面顶板在上覆岩层平衡结构保护之下，受力变化不大。
四、倾角：
垂直层面应力↓
顶板下沉量↓ 支柱载荷↓
冒落矸石充填方式改变矿压规律；
影响顶板“三带”形态；
俯斜开采时容易形成平衡结构。
四采场矿山压力显现基本规律
h0 PEi K 0 hi
mE E LE 式中，K 0 KT L
27
4.4 顶板压力的计算
4.4.1 估算法 3、威尔逊估算法
顶板岩石类型 破碎顶板
垮落角/ 90
比较破碎顶板
75
60 45
P与Q1作用位置差异形成附加力Q3。 中等稳定顶板 稳定顶板 P Q1 Q3
成反力R后，其回转下沉才会
缓和和停止。为了不使老顶沿 工作面切落，支架工作阻力应
等于 Q1 与 Q2 之和，支架抗变形
图4-5 老顶初次来压力学模型 能力还必须与老顶回转下沉相
P—支架反力； Q1—直接顶载荷； Q2—老顶载荷；R—矸石反力
适应。
11
4.2 老顶的初次来压
老顶初次来压前支承压力分布
7
4.1 概述
讨论：
（1）关于采场矿山压力现象衡量/评价指标是根据现场顶板控制 需要确定的，不同条件回采工作面面临的生产安全问题可能不同， 使用的采场矿山压力显现评价指标也可能不同。如，除前面介绍 的指标外，还用支架工作阻力、支柱钻底、底臌（鼓）等指标。 （ 2 ）“大”、“小”结构及其作用关系：采场支架与直接顶构 成小结构，处于上覆老顶岩层组成的大结构之下。“大结构”的 变形、失稳直接影响到小结构的状态，同时“大结构”周围的支 承压力分布情况也将直接影响到煤壁及底板岩层的稳定性。小结 构的维护作用是保证生产必须的空间和安全，支护对大结构也有 影响。采空区处理方法甚至可以改变大结构形式及其状态。
图4-14a 顶分层采空区支承压力分布
（采深H=163m，H=407104Pa，面长120m）
32
4.5 回采工作面支承压力分布
4.5.3 下分层工作面采空区支承压力分布
采煤工作面矿山压力基本规律
Kp=V′/V 直接顶岩层总厚度 ，则它冒落后堆积高度为，其 与基本顶间可能留下的空隙：
第六章
第二节 工作面围岩移动特征
二、基本顶的初次垮落
（一）基本顶初次垮落前岩层结构
若Δ>0，随直接顶初次垮落，，基本顶在一定范围内呈现 悬露状态，可视为“板”;由于基本顶在采煤工作面方向 上的长度远大于推进方向长度，可将其视为一端由采煤工 作面煤壁支承，一端由煤柱支承的两端支撑的梁结构。
在矿山压力作用下，围岩和支架所表现出来的力学宏观 现象，如围岩变形，离层，破坏和冒落，支架受力变化和折 损，煤（岩）突出，充填物产生压缩和地面塌陷等，称为矿 山压力显现，简称矿压显现。
采煤工作面矿压显现的主要形式：工作面顶板下沉、支 架变形与折损、顶板破碎或大面积冒落、煤壁片帮、支柱插 入底板、底板膨胀鼓起等。
为使巷道布置在煤柱影响角以外，巷道离煤柱边界的水平距离 S为：
α－煤层倾角； θ－ φ的余角； φ－煤柱影响角，一般在25～55°间。通常支承压力越大和煤 柱尺寸越小，其值越大。
第六章
第三节 矿山压力显现规律
煤层底板巷道位置选择
巷道位置选择示意图
巷道至煤壁边缘水平 距离的计算图
第六章
第四节 采煤工作面顶板分类
一、采煤工作面支承压力显现规律 煤层采出后,在围岩应力重新分布的范围内,作用在煤层、 岩层和矸石上的垂直压力称为“支承压力”。 支承压力显现特征可用支承压力分布范围、峰值的位置及 应力集中系数表示。
（一）采煤工作面前后方支承压力分布 采煤工作面前后方支承压力分布与采空区处理方法有 关，对于采用全部垮落法管理顶板的采煤工作面，其前 后方支承压力分布如下图所示：
第六章
第二节 工作面围岩移动特征
（三）周期来压步距的确定
第六章
第二节 工作面围岩移动特征
二、基本顶的初次垮落
（一）基本顶初次垮落前岩层结构
若Δ>0，随直接顶初次垮落，，基本顶在一定范围内呈现 悬露状态，可视为“板”;由于基本顶在采煤工作面方向 上的长度远大于推进方向长度，可将其视为一端由采煤工 作面煤壁支承，一端由煤柱支承的两端支撑的梁结构。
在矿山压力作用下，围岩和支架所表现出来的力学宏观 现象，如围岩变形，离层，破坏和冒落，支架受力变化和折 损，煤（岩）突出，充填物产生压缩和地面塌陷等，称为矿 山压力显现，简称矿压显现。
采煤工作面矿压显现的主要形式：工作面顶板下沉、支 架变形与折损、顶板破碎或大面积冒落、煤壁片帮、支柱插 入底板、底板膨胀鼓起等。
为使巷道布置在煤柱影响角以外，巷道离煤柱边界的水平距离 S为：
α－煤层倾角； θ－ φ的余角； φ－煤柱影响角，一般在25～55°间。通常支承压力越大和煤 柱尺寸越小，其值越大。
第六章
第三节 矿山压力显现规律
煤层底板巷道位置选择
巷道位置选择示意图
巷道至煤壁边缘水平 距离的计算图
第六章
第四节 采煤工作面顶板分类
一、采煤工作面支承压力显现规律 煤层采出后,在围岩应力重新分布的范围内,作用在煤层、 岩层和矸石上的垂直压力称为“支承压力”。 支承压力显现特征可用支承压力分布范围、峰值的位置及 应力集中系数表示。
（一）采煤工作面前后方支承压力分布 采煤工作面前后方支承压力分布与采空区处理方法有 关，对于采用全部垮落法管理顶板的采煤工作面，其前 后方支承压力分布如下图所示：
第六章
第二节 工作面围岩移动特征
（三）周期来压步距的确定
采场矿山压力显现基本规律31页PPT
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
采场矿山压力显现基本规律
11、获得的成功越大，就越令人高兴 。野心 是使人 勤奋的 原因， 节制使 人枯萎 。 12、不问收获，只问耕耘。如同种树 ，先有 根茎， 再有枝 叶，尔 后花实 ，好好 劳动， 不要想 太多， 那样只 会使人 胆孝懒 惰，因 为不实 践，甚不怕，不悔(虽然只有四个字，但 常看常 新。 14、我在心里默默地为每一个人祝福 。我爱 自己， 我用清 洁与节 制来珍 惜我的 身体， 我用智 慧和知 识充实 我的头 脑。 15、这世上的一切都借希望而完成。 农夫不 会播下 一粒玉 米，如 果他不 曾希望 它长成 种籽； 单身汉 不会娶 妻，如 果他不 曾希望 有小孩 ；商人 或手艺 人不会 工作， 如果他 不曾希 望因此 而有收 益。-- 马钉路 德。
采场矿山压力显现基本规律
顶板下沉量与采高、控顶距成正比；
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。
和）
（周期来压显现一般较初次来压时有所缓
三、预防措施： 同初次来压，同时加强统计观测。
第四节
顶板压力的估算
顶板压力是工作面支护设计的一个重要参数。
一、估算法：
1、经验估算法 ：
实质——以直接顶沿煤壁断裂、老顶平衡结构失稳时最不
利状态作为顶板压力估算的依据（最大可能载 荷）。
q1
1）直接顶载荷
：
Q1 h L1 h L
。
Q3
的大小受直接顶垮落角的影响。
所需支撑力 P 依据直接顶形状，按照力系平衡求 出。
二、实测法
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：s0 m h h K0 且：sL s0
第二节
老顶初次来压
一、初次来压的形成：
—老
初采——初次放顶——老顶悬露跨度增大—
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
“砌体梁”对初次来压的解释： 来压时工作面顶板切断情况
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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。
二、工作面推进度的影响
顶板下沉量是时间的函数，但加快推进速 度能否必然使顶板下沉量减小，并甩开矿 压？
工序对顶板下沉量影响的实质：结构、前 后支承压力 不断推移
（76）从S-t曲线看出：加快推进速度缩短了 落煤与放顶的时间间隔，虽然减小下沉量， 改善顶板状况，但增加了工序的影响次数， 即缩短了工序的时间间隔，同时加剧了顶 板的下沉速度
一、回采工作面推进对岩体结构的影响
A稳定
A断裂
AB相向翻转
回到初始位 置，周而复 始
A BC
AB
A
B
A BC
二、采场的周期来压 周而复始 稳定－失稳－再稳定 周期来压
一线天
周期来压特征表
步距差异：坚硬岩层有多层，破断后造成 来压不一致，一大一小
直接顶稳定性对老顶稳定性有重要的影响 冐落矸石充填采空区的程度 例子
老顶来压步距的影响因素：力学性质 厚度 互相咬合的条件 地质构造
来压步距统计情况：10-30m 54％
30-55m 37.5％ 其余 大于55m （大 同坚硬顶板160m）
来压步距↑矿压显现↑ 动压系数↑
浅埋厚煤层的特殊情况 ，来压步距小，但 矿压显现强烈，东胜－神府矿区
第三节 老顶的周期来压
第四章 采场矿山压力显现规律
概述 老顶的初次来压 老顶的周期来压 顶板压力的估算 回采工作面前后支承压力的分布 影响采场矿山压力显现的主要因素
4.1 概述
一、顶板下沉 二、顶板下沉速度 三、支柱的变形与折损 四、顶板破碎情况 五、局部冒顶
六、工作面沿顶板沿煤壁切落
顶板下沉速度
第六节 影响采场矿压显现的主要因素
一、采高与控顶距 一定地质条件下：采高是上覆岩层破坏状况 最严重的因素之一。一些矿区二者成正比 关系。
小结构适应大结构，顶板下沉亦如此
结论：
Sl=ηmL 采高、控顶距的大小成正比关系 举例说明 采高↑老顶平衡↓，煤帮稳定性↓矿压显现↑ 顶板控制≤顶板估算量