顶板事故力学原理
顶板事故原因综合分析及防止对策的探讨
顶板事故原因综合分析及防止对策的探讨顶板事故是指矿井采煤过程中，顶板失稳而引起的意外事故。
它是一种危险的采矿事故，已经造成了许多工人的死亡和财产的损失。
因此，在矿井生产中，必须认真对待和预防顶板事故。
本文将从顶板事故的原因分析和防止对策两个方面进行探讨。
一、顶板事故的原因分析1. 煤层结构不稳煤层结构不稳是顶板事故的主要原因之一。
当煤层内部的应力达到一定程度时，就会引起煤层结构的变化，从而导致顶板的塌落或者剥落。
这种情况在软煤层中尤其常见。
此外，当煤层的厚度较大或者煤层中嵌有煤柱等岩体时，也会加剧煤层的不稳定性，进而引发顶板事故。
2. 煤柱破坏在采煤过程中，如遇到煤层中嵌有不易剥落的煤柱或其他坚硬岩体，往往需要打通煤层才能全面开采。
这种情况下，如果没有及时和有效地支护煤柱，就会造成煤柱的破坏，引发顶板事故。
3. 掘进方式不当掘进方式不当也是顶板事故的一个重要因素。
例如，在采煤过程中，如果使用过于密集的钻孔排放煤矸石，就会加剧煤层的紊乱和应力不稳定，增加顶板事故的风险。
4. 采煤面倾角过大采煤面倾角过大也是顶板事故的一个常见原因。
在采煤过程中，如果煤层的倾角较大，就会加剧煤层的不稳定性，导致顶板的塌落或者剥落。
二、防止顶板事故的对策1. 加强煤层调查和预测要防止顶板事故，首先要加强煤层调查和预测。
生产前，必须对煤层进行详细的钻孔勘探和地质勘测，分析煤层结构和岩性特征，掌握煤层内部应力和应变规律，预测煤层变形和塌落的可能性，为后续支护和配合采煤作业提供科学依据。
2. 采用有效的支护技术支护技术是防止顶板事故的关键。
根据煤层结构和应力特点，选择合适的支护方法和支护材料，对采煤工作面进行周密的支护。
常用的支护方法有钢架支护、木材支护、液压支护等。
3. 优化掘进方式优化掘进方式也是防止顶板事故的重要手段。
要合理控制钻孔排放，尽量减少煤矸石的堆积，防止煤层紊乱，降低顶板事故发生的风险。
在实际操作中，可以结合煤层的特点和工作面的实际情况，灵活选择掘进方式，提高掘进效率和采煤安全性。
分析煤矿采场顶板冒落机理及其控制
分析煤矿采场顶板冒落机理及其控制引言据不完全统计，顶板冒顶事故占到总煤矿事故的2/5以上，其中以工作面顶板冒顶事故最为突出。
采煤工作面是采煤的主要工作场所，此处人员和设备相对集中，其安全性直接关系到人员的生命安全和煤矿的生产效益，因此需做好顶板的管理工作。
影响采煤工作面顶板稳定的因素是多方面的，笔者认为应从4个方面进行分析，然后以此为基础并结合矿山具体地质条件制定出合理的采场顶板控制措施。
1、煤矿采场顶板冒落机理分析1.1 应力集中影响在采矿工程进行以前，岩体周围应力水平处于原始平衡状态。
煤炭采掘后，这个平衡状态会因此而打破，在采场周围形成“三带”，岩石结构遭到破坏，原岩应力会重新进行分布。
随着采矿工程的继续，工作面不断向前推移，原岩应力不断发生变化，应力场也会向前移动并形成新的应力场，采场顶板悬空而形成应力集中。
根据“压力拱假说”，由于顶板受到应力集中的作用，回采空间形成后导致冒落拱范围内的岩体力学失稳，表现为逐渐向下移动趋势，并在拱中央部位形成拉应力。
一旦此拉应力超过岩石抗拉强度极限时，首先在上述岩体中产生裂隙，然后随着时间效应的影响，裂隙会逐渐扩大，最终形成顶板冒落。
1.2 结构弱面影响结构弱面的形成与地质构造因素有关，也就是说采场内所有岩体必然会存在结构弱面，是采场顶板冒落影响因素之一。
结构弱面一方面会破坏顶板的结构完整性，导致顶板的应力强度降低，一方面会使得顶板组合结构发生变化。
当层理、裂隙等构造发育时，采场容易出现小范围的冒顶事故，某些情况下甚至会引发较大规模的顶板冒顶事故。
由于结构弱面的影響，顶板岩体不是作为整体结构而存在，岩性也会发生变化。
顶板冒落时，岩体破坏形式主要表现为岩石容易沿着结构弱面而出现离层发育，导致与母体逐渐分离，裂隙逐渐扩大，顶板岩石强度进一步降低，力学平衡结构遭到破坏，造成滑落失稳。
结构弱面的倾角会影响采场顶板的稳定性，例如，具有斜交层理结构的顶板，其稳定性就比具有水平层理的顶板的要强得多。
防治顶板事故的力学原理及基本措施
R
4
则 为
图
5
初 级裂 隙 次级裂缭
,
、
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,
采 取 矿 务局 自检
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,
省
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,
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3
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、
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3
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,
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(R ; )
这 两 种裂 隙 多在 工 作 面 前方 的 支承
,
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原 因 将在 后 面 阐述
4
.
在采场 内张 开
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这 是 控 制煤炭 质 量 的 一项 有 效
“
措施
,
要 坚 决贯 彻部
。
关 于 在 煤 矿 经济承 包
”
。
一 定要 在 年 内设 立 和 配 齐 3 要 建立 煤 质监督 检 查 制 度
.
,
各局
、
中加 强 煤质 管理 工作 的 规 定 2 生 产 矿 井要 建 立 健 全煤 质 专 职 机 构 有 些企 业至今 没 有煤 质专 职 机构 设 立 了 专职 机 构
形 成 破 坏 或断 裂
。
。
它 是顶 板 冒
落 或垮 落 的 先 兆 顶板 裂 隙分为原 生 裂 隙 (开采 工 程 之 前
顶板事故的原因及防治技术
顶板事故的原因及防治技术顶板事故是指煤、金属矿山等井下作业中，由于顶板破裂、坍塌等原因引发的事故。
顶板事故的发生频率高、危害大，是井下作业安全的重要隐患之一。
本文将从顶板事故的原因及防治技术两个方面进行论述。
一、顶板事故的原因1.地质原因地质构造是影响顶板稳定的主要因素之一。
在煤矿中，煤层倾角、断层、岩性和煤层的厚度等都会影响顶板的稳定性。
另外，如果存在地下水、煤层气等大量流体，也会对顶板的稳定造成影响。
2.采矿方法采矿方法也是影响顶板稳定的主要因素之一。
目前，煤矿中常用的采矿方法包括分层开采、长壁采煤、综放采煤等。
这些采矿方法各有优劣，但都存在对顶板稳定的影响。
例如，综放采煤会在顶部形成一定的空间，增加顶板破坏的风险。
3.采矿工艺采矿工艺也是影响顶板稳定的因素之一。
在煤矿的采煤过程中，常常会采用暴力破坏的方式，如冲击钻、炸药爆破等，这些都会破坏顶板的稳定性。
另外，如果采煤进程中不及时排放瓦斯等有害气体，也会导致顶板事故的发生。
二、顶板事故的防治技术1.地质预测技术地质预测技术可以在采矿前对矿区的地质情况进行预测和评估，为采矿过程中的顶板控制提供依据。
例如，光谱分析、探地雷达等技术可以准确判断地下岩层的厚度、倾角、断层等特征，为采矿作业提供科学依据。
2.支护技术支护技术是目前防治顶板事故的主要手段。
支护技术可以将崩落中的岩石和煤矸石固定在原位，防止其破坏顶板。
目前，常用的支护技术包括钢筋网相结合支护法、涂石漆支护法、冷喷性材料喷浆支护法等。
3.安全生产管理技术安全生产管理技术是防治顶板事故的重要措施，其核心是建立完善的安全生产管理体系。
建立完善的安全管理制度，严格执行安全标准和操作规程，强化安全教育和培训，加强安全检查和监管，对减少顶板事故的发生具有重要作用。
结论顶板事故是煤矿等井下作业中最为常见的事故类型之一，直接威胁到生产工人的生命安全和矿山的生产经济效益。
因此，在井下作业的过程中，必须严格遵守相关的安全规定和标准，在采取安全管理技术、支护技术和地质预测技术等方面下足功夫，全力预防和减少顶板事故的发生。
03煤矿顶板事故预防
1 引言：煤矿的顶板事故是指：在煤矿井下采煤过程中，煤层顶板意外冒落造成的人员伤亡、设备损坏、生产中止等灾害事故。
在实行综采以前，煤层顶板事故在煤矿事故中占有极高的比例，随着支护设备的改进及对煤层顶板事故的研究、预防技术的深入和逐步完善，煤层顶板事故所占的比例有所下降，但仍是煤矿生产的主要灾害之一。
2 采煤工作面煤层顶板事故致因及防治2.1 煤层顶板事故分类按冒顶范围的不同可将煤层顶板事故分为局部冒顶和大型冒顶两类。
按发生冒顶事故的力学原因进行分类，可将煤层顶板事故分为：压垮型冒顶、漏垮型冒顶和推垮型冒顶三类。
2.1.1 局部冒顶局部冒顶是指范围不大，有时仅在3～5架范围内，伤亡人数不多（1～2人）的冒顶，常发生在靠近煤壁附近、采煤工作面两端以及放顶线附近。
在实际煤矿生产过程中，局部冒顶事故的次数远多于大型冒顶事故，约占采煤工作面冒顶事故的70%，总的危害比较大。
从开采工序与煤层顶板事故发生的地点来看，局部冒顶分为：靠近煤壁附近的局部冒顶、采煤工作面两端的局部冒顶、放顶线附近的局部冒顶。
2.1.2 大型冒顶大型冒顶是指范围较大，伤亡人数较多（每次死亡3人以上）的冒顶。
它主要包括老顶来压时的压垮型冒顶、厚层难冒顶板大面积冒顶、直接顶导致的压垮型冒顶、大面积漏垮型冒顶、复合顶板推垮型冒顶。
2.2 局部冒顶事故的致因及防治2.2.1 靠煤壁附近的局部冒顶（1）局部冒顶的原因在煤层的直接顶中，存在多组相交裂隙。
这些相交裂隙容易将直接顶分割成游离岩块，极易发生脱落，在采煤机采煤或爆破落煤后，如果支护不及时，这类游离岩块可能突然冒落砸人，造成局部冒顶事故。
局部冒顶的原因一般有三种：a. 直接顶被密集裂隙切割，形成了游离岩块；b. 采高过大，在老顶来压期间，煤壁片帮，扩大了无支护空间；c. 放顶煤开采，顶板破碎。
（2）单体支柱采煤工作面预防靠近煤壁局部冒顶的措施a. 采用能及时支护顶板悬露煤层顶板的支架，如正悬臂交错顶梁支架，正倒悬臂错梁直线柱支架等，并使端面距不大于200mm，还应提高支柱的初撑力，以使端面冒高不超过200mm。
坚硬顶板工作面冒顶事故的原因与对策
坚硬顶板工作面冒顶事故的原因与对策倪海峰(七煤集团公司建设矿，黑龙江七台河154600)”黼要】压垮型冒项事故的主要碌因是：在初次来压和周期米压期闻支柱载荷过大，支柱初撑力不足或有较大悬项，直接项冒落后不能充满采空区或离层后与上覆坚硬岩层冒落不同步。
支护质量与顶板动态监测是防止压垮型冒顶事故的前提，合理支护参数与支护强度是防止压垮型冒顶事故的关键，人工强制放顶、高压注水软化顶板技书是防止压垮型冒顶的保障，控顶区顶板控制是防止压垮型冒顶事故的补充。
一供键词】J坚硬项板；工作面；冒顶事故；删．，，，0．卜。
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一，当煤层之上无直接顶或直接顶很薄，垮落后不能充填采空区，而基本项为坚硬、完整和厚度大的砂岩、砾岩或石灰岩时，这类基本项板为坚巧E I；-{吸。
坚硬项板的强度很高，而裂隙又不发育，其分层厚度—般在4．10m以上，单向抗压强度—般达80—100M P a以上，弹性模量达20—40G Pa。
1事故的征兆与主要机理煤壁压酥及片帮(有时可达0．5—1m以上)，顶板下沉速度急剧增加，一般顶板下沉速度在O．1～O．5m m，h，顶板来压时可达到7～10m m／h，瞬时速度1．5～2．0m m／m i n。
顶板出现台阶下沉，金属液压支柱出现明显下缩并发出响声；支架安全阀开启，支柱的载荷急剧增大，有时能听到顶板深处断裂声，煤壁侧顶板掉碴、断裂，摩擦支柱。
放炮”，f辩折断发生劈裂声等。
压垮型冒顶事故的主要机理：在工作面初次来压和周期来压时，由于老顶断裂，项板急剧下沉；特别是顶板出现台阶下沉时，如果工作面支架的强度不足，就会发生压垮型冒顶事故。
2原因分析2．1在初次来压和周期来压期间支柱载荷过大这是坚硬顶板工作面易发生压垮型冒顶事故的直接原因。
在初次来压和周期来压期间，当工作面推进到老顶断裂线附近时，如果工作面支护系统的支撑力，不足以支撑老顶的附加载荷与直接顶的重量时，支柱就超载被折损，从而压垮工作面，造成冒顶事故的发生：其中多数发生在木支架工1筒面或支护强度达不到要求的工作面。
冒顶事故的类型
冒顶事故的类型
冒顶事故是矿井采掘工作面生产过程中经常发生的事故之一。
按照顶板一次冒落的范围及造成伤亡的严重程度，可将常见的顶板事故分为两大类：
1.局部冒顶
局部冒顶的发生主要决定于顶板的岩石性质以及支架对每一块顶板的支撑力。
当顶板破碎、节理发育时，不进行支护，就会发生冒顶。
在地质条件变化的区域，也易发生冒顶。
有时尽管顶板比较稳定，但忽视支架规格质量，违反操作规程，也会引起局部冒顶。
2.大冒顶
采煤工作面不断向前推进，采场控顶面积便逐步增大，当厚度不大的直接顶逐渐塌落，而坚硬的老顶大面积的悬露时，在工作面顶
板岩层形成一个自然压力拱，煤壁受压发生变化，造成工作面压力集中。
在这种情况下，如果工作面支架对顶板的总支撑力不能与维持顶板稳定下沉的要求相适应，就会出现大冒顶。
根据力学原因的不同可将冒顶事故划分为以下三类：
1.坚硬顶板压垮型冒顶
坚硬顶板压垮型冒顶是指采空区内大面积悬露的坚硬顶板在短时间内突然塌落，将工作面压垮而造成的大型顶板事故。
2.破碎顶板漏垮型冒顶
破碎顶板漏垮型冒顶是指在采煤工作面某个地点由于支护失效而发生局部漏冒，破碎顶板就有可能从该处开始沿工作面往上全部漏完，造成支架失稳，导致漏垮型冒顶事故。
3.复合顶板摧垮型冒顶
复合顶板摧垮型冒顶是指在工作面开采过程中，由于复合顶板的下部软岩下沉，与上部硬岩离层，支架处于失稳状态。
一旦遇到外力作用，工作面支架就会因水平方向的推力而发生倾倒，造成摧垮型冒顶事故。
今天。
顶板事故及防治
顶板事故及防治在地下采掘过程中，由于矿山压力的作用，顶板会垮落。
如果顶板管理工作出现漏洞，则会发生顶板事故。
在煤矿井下事故中，以顶板事故的数量为最多。
据统计我国煤矿顶板事故的伤亡人数约占各类事故总伤亡人数的40～50%，小煤矿的顶板事故尤为严重。
一、顶板类型煤层顶板岩层依其所处位置分为伪顶、直接顶、老顶。
伪顶是指紧贴在煤层之上，极易垮落的薄岩层；直接顶是位于伪顶或煤层(无伪顶时）之上，一般由一层或几层厚度不定的泥岩、页岩、粉砂岩等比较容易垮落的岩层所组成，直接顶按稳定性可分为：不稳定顶板，中等稳定顶板，稳定顶板，坚硬顶板；老顶又叫基本顶，一般指位于直接顶之上(有时也直接位于煤层之上）厚而坚硬的岩层。
顶板分为坚硬难冒顶板、破碎顶板和复合型顶板。
坚硬难冒顶板是指直接顶岩层比较完整、坚硬(固），回柱后不能立即垮落的顶板。
一般为砂岩、砾岩和石灰岩。
破碎顶板指的岩层的强度低、节理裂隙十分发育、整体性差，自稳能力低，并在工作面控顶区范围内维护困难的顶板。
二、矿井顶板事故的危害1、一般会推垮支架、埋压设备，造成停电、停风，给安全管理带来困难，对安全不利。
2、如果是地质构造带附近的冒顶事故，不仅给生产造成麻烦，而且有时会引起透水事故的发生。
3、在有瓦斯涌出区附近发生顶板事故将伴有瓦斯的突出，易造成瓦斯事故。
4、如果是采掘工作面发生顶板事故，一旦人员被堵或被埋，将造成人员伤亡。
三、顶板事故发生的原因1、客观原因。
一是地质因素的影响，二是顶板压力变化的影响，三是采掘工序的影响。
2、主观原因。
一是因为工程质量低劣，主要是不坚持敲帮问顶，发现隐患不及时处理，空顶作业，违章放炮，冒险回柱等。
二是人的因素影响，管理不善，表现在生产安全管理人员不深入作业现场，不带班作业，不严格执行三大规程，违章作业，违章指挥，纪律松散等。
四、易发生冒顶的地点1、采掘工作面易冒顶的地点采掘工作面易冒顶的地点可概括为“一道、一线、两出口”。
“一道”是指煤壁道。
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5.2 反弹现象
• • • •
反弹：老顶断裂时，老顶部分区域将发生上升现象 老顶岩层断裂时在岩体中形成了反弹区和压缩区 垫层系数越大，反弹区域及反弹值越小 利用反弹信息可预测预报老顶岩层的断裂位置
5.3 岩板的断裂模型（O-X形破断)
• 弹性薄板理论:厚跨比=1/7~1/15＜ 1/4 • 破断过程:四周固支板形成O形破 断(长边形成裂缝→裂缝沿长边延 伸→短边裂缝的形成与延伸→裂 缝在四角形成圆弧形贯通)→四周 简支板再形成X形破断(板中央沿 长边裂缝形成与延伸→板形成X 形断裂) • 模型试验的验证(初次来压为X形 破断,周期来压时为半X形破断) • 四周基础视为弹性基础,则板的破 裂线将深入煤壁内
6. 传递岩梁的概念
• 起源于对老顶的定义: 老顶是由对采场矿压显 现有明显影响的一组或几组 “岩梁”组成.对于老顶中 的每一岩梁,由于裂断岩块 之间的相互咬合,始终能向 煤壁前方和采空区矸石上传 递作用力,因此,运动时的作 用力无需由支架全部承担. 支架承担作用力的大小,由 对其运动的控制要求决定. • 内外应力场的观点..
A 裂隙 区 裂隙 区 压实 区
工 作 面
开 切 眼
进风巷
“O”型圈的形成及顶板“O-X”破断过程
关键层理论的应用
• 关键层理论在采场矿压控制中的应用 关键层理论可对采场矿压控制机理作出更为 系统和准确的分析 ,因而可对传统矿压估算公式作 全面的修正 .传统采场矿压理论是以老顶作为采场 来压主体 ,老顶上部覆岩均简化为载荷作用于老 顶 .而关键层理论是将在整个覆岩活动中起主要控 制作用的岩层作为采场来压的主体 ,同时考虑关键 层的复合效应.
位态方程式
• 给定变形工作方式(岩梁位 态与支架无关) A≤PT≤A++hEγELA/2LK • 限定变形工作状态(支柱受 力大小由限定的岩梁位态决 定) PT=A+PE△hT PE=B/ △hT B=(hEγELA/2LK) △hA
砌体梁模型与传递岩梁模型的对比
比 较 砌体梁模型 传递岩梁模型
• 支撑作用。通过地面钻孔向覆岩离层空间高压注入混 合浆液 ,水将固体充填物质输送到离层空间中 ,固体充 填物质脱水沉淀 ,体积和密实程度不断增加 ,支撑上覆 岩层 ,阻止或减小其弯曲下沉 ,控制最大离层位置不再 向上发展。 • 压实作用。注入在离层空间内的高压浆液 ,作用于四周 的围岩 ,挤压其下部岩层 ,使岩层移动过程中所形成的 裂隙和碎裂空间被压实 ,在设计注浆层位置形成更大的 可注浆离层空间 ,有利于充分充填 ,减小二次沉降量 ,提 高减沉效果。 • 控制和减缓地表破坏程度。实施覆岩离层注浆技术 , 不仅可以减小开采引起的地表沉降和各种变形的绝对 值 ,而且可以降低沉降速度 ,使地表下沉盆地平缓 ,从 而降低对地面建筑设施的破坏程度。
• • • • • • • 上覆岩层的冒落移动“三带”(I,II,III) 支撑覆岩的三区(a,b,c) 砌体梁结构体(梁-拱式结构) 运动特征(分组一致下沉,且受支配层制约) 力的传递关系(水平力与垂直力) 结构特征(半拱式结构与关键块) 平衡条件(S-R平衡,滑落失稳显现为台阶, 回转失稳显现为顶板下沉量增大) Titg(φ-θ)＞ (Ri)0-0 • 解释:工作面支承压力集中在前拱角; 下沉量小(如采高小,直接顶厚,充 填法处理采空区,远离煤层的岩 层等)易形成结构; 结构保护使支架受力小于覆岩重量 • 问题:顶板下沉量的估计; 支架与围岩的相互作用关系
• 关键层理论在岩层移动裂隙分布中的应用 在工作面初次采动后 ,采场覆岩中关键层未破 断前 ,关键层将以弹性地基板或梁的结构形式产生 挠曲下沉变形 .此时 ,关键层下部将产生离层 ,离层 的大小取决于采高及软弱岩层的松散系数 .如有亚 关键层 ,则破断后的亚关键层将形成砌体梁结构 , 并也将在主关键层下部产生离层 .亚关键层与主关 键层都破断成砌体梁结构后 ,在覆岩中将形成不整 合性离层 ,这种离层将发生在开采边界的四周 ,而 并非在中部.
顶板事故的力学原理及防治
刘桥培训部 李晓辉 2006年1月
一、采场矿山压力力学模型
对采场围岩属性的认识 开采后岩体结构及平衡机理的解释与分析 建立力学模型及相应的支架受力关系式
1.压力拱假说
(1928,德.哈克,吉里策尔)
• 松散介质 • 自然平衡的“压力拱” • 前、后拱角的形成与移动 （支承压力的初始描述） • 减压区的形成与经典描述 • 问题：层状岩体？ 拱内岩层如何运动？ 拱的几何特征？ 后拱脚存在？
岩性与围岩压力的关系
6. 巷道围岩压力控制方法
6.1 煤柱护巷的矿压显现
煤柱宽度与围岩变形的关系
6.2 沿空掘巷与上覆岩层的结构关系
沿空掘巷的矿压显现
（沿已稳定的采空区掘巷）
窄煤柱沿空掘巷
• 窄煤柱不起支撑作用 • 隔离作用不明显（影响带内 透气性比其它大17%~32%， 瓦斯自然释放率高达 80%~90%，且易于自燃）
• 关键层理论在煤层瓦斯抽放中的应用 1)运用关键层破断移动规律 ,建立了卸压瓦斯抽放“O”形圈理论 ,它 是指导卸压瓦斯抽放钻孔布置的理论依据 ,并已在淮北、淮南、 阳泉等矿区的卸压瓦斯抽放中得到成功应用 . 2 )理论与实测研究证明 ,覆岩远距离煤层能充分卸压 ,其卸压煤层气 可通过“O”形圈大面积抽放出来 .首次在桃园进行了覆岩远距离 卸压煤层气抽放的工业性试验 ,取得了较好的抽放效果 ,为我国低 透气性煤田煤层气开采开辟了一条新途径 .同时 ,该方法扩展了开 采下解放层的应用范围 ,为煤与瓦斯突出的防治提供了新途径 .该 方法在我国许多矿区具备推广应用前景 . 3 )试验研究表明 ,邻近开采煤层的下部关键层的破断运动对“导气” 裂隙发育的动态过程起控制作用 .邻近层卸压瓦斯的涌出受控于 “导气”裂隙发育的动态过程 ,对阳泉五矿 1 5煤综放面而言 ,在 初采期 ,其上部邻近层卸压瓦斯涌出呈四阶段特征 . 4)根据“导气”裂隙发育规律 ,上部邻近层卸压瓦斯走向高抽巷布置 应遵循如下原则 :高抽巷沿倾向位置 ,在初采期应位于采空区中 部 ,而在正常回采期间 ,应位于“O”形圈内 .据此提出了阳泉五矿 1 5煤综放面邻近层卸压瓦斯走向高抽巷布置的优化方案 .
• 假塑性梁(非连续体)的形成及准 梁式平衡结构 • 应力降低区(塑性弯曲,离层) • 应力升高区(最初产生预成裂隙) • 采动影响区 • 随工作面推进,三区同时移动 • 支架要有足够的初撑力和工作阻 力,以靠挤压摩擦作用阻止张裂、 离层和相对滑移 • 存在问题:岩块之间的平衡 支架受力关系不明确
5.砌体梁力学模型系统 (79-2000.中.钱鸣高等) 5.1 砌体梁模型
5.4 岩板的破断与工作面来压
• 图(a):中部可用“砌体梁” 结构来加以解释;而上下两 侧应该用“弧三角板”说 明.显现不同 • 图(b):为横O-X形断裂.沿 工作面推进方向不能应用 “砌体梁”的概念. • 应用:工作面支架工作阻力 的分布规律 沿空掘巷的围岩结构 原理
5.5 岩板断裂引起的地基扰动
沿尚未稳定的采空区掘巷
• 比沿已稳定的采空区开 掘的窄煤柱巷道围岩移 近量大1倍； • 比完全沿空掘巷（沿已 稳定的采空区）巷道的 围岩移近量大5倍
6.3 沿空留巷的矿压显现
沿空留巷的受力状况
采空区 顶板岩 层的沉 降规律
沿空留巷的围岩变形
7. 巷道围岩开槽（孔）卸压
•巷道围岩开槽（孔）及松动爆破卸压
“O”形圈岩移理论及“O”型圈形成过程
根据岩层移动理论，开切眼与工作面和上下顺槽构成的几何图形为矩形， 矩形周围及上覆岩层受采动的影响发生移动破坏，破坏的机理是在矩形 的四边岩层破坏裂缝呈下面咬合，矩形四角破坏裂缝呈上面咬合，采空 区形成了如图所示岩层移动形状。
裂隙 区 回风巷 A A
A 压 实 区
相同点
不同点
•考虑成层性,假定分组一致下沉 •垮落步距采用梁假说 •认为岩梁可以传递水平力 •岩块的受力与平衡 •梁的几何特征(双曲 (推断) 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)
覆岩注浆减沉的作用机理
•关键层理论在岩层移动控制中的应用 建筑物下采煤 ,对地表移动变形量控制极为严 格 ,用关键层理论指导开采设计的基本原则为 :保 证主关键层不破断 ,并限制其弯曲变形量 .当采深 较深 ,覆岩中存在多层或多组坚硬岩层时 ,根据关 键层理论分析 ,主关键层下部将产生较为显著的 离层变形 ,并且主关键层的破断将引起地表较大 幅度的沉降 .因此 ,主关键层下部将是离层注浆的 最佳层位 .另外 ,亚关键层下部也能形成较为明显 的离层区 ,在其下部注浆既能起到保护主关键层 作用 ,又能起到地表减沉的效果 .
覆岩破坏与离层发展示意图
覆岩注浆技术的工艺过程图
O形圈的概念
二、巷道围岩控制技术
1. 回采引起的支承压力分布
• 工作面前后应力分布 • 煤柱侧的应力分布
回采引起的支承压力分布参数
回采空间周围三维垂直应力分布
• I-运输巷 • II-回风巷 • III-煤柱护 巷 • IV-跨上山 回采后 • V- -跨上山 回采前
5.6 关键层的概念
• 在采场上覆岩层中存在着多层坚硬岩层时 ,对岩体活动 全部或局部起决定作用的岩层称为关键层 , 前者可称为 岩层运动的关键层 ,后者可称为亚关键层 。 • 关键层有如下特征 : • 几何特征 相对其它相同岩层厚度较厚 ; • 岩性特性 相对其它岩层较为坚硬 ,即弹性模量较大 ,强 度较高 ; • 变形特征 在关键层下沉变形时 ,其上覆全部或局部岩层 的下沉量与它是同步协调的 ; • 破断特征 关键层的破断将导致全部或局部上覆岩层的 破断 ,引起较大范围内的岩层移动 ; • 支承特征 关键层破坏前以板 (或简化为梁 )的结构形式 , 作为全部岩层或层部岩层的承载主体 ,断裂后若满足岩 块结构的Ｓ Ｒ稳定，则成为砌体梁结构 ,继续成为承载 主体 .