回采工作面矿山压力显现基本规律PPT
第四章 回采工作面矿山压力 显现基本规律
1
衡量矿山压力显现程度的指标：
1．顶板下沉 2．顶板下沉速度 3．支柱变形与折损 4．顶板破碎情况 5．局部冒顶 6．工作面顶板沿煤壁切落，或称大面积冒顶 其他还有：煤壁片帮、支柱插入底板、底板臌起 等一系列矿山压力现象。
2
§1 初次来压前回采工作面矿压 显现的基本规律
3）按防止老顶沿工作面切落或发生台阶下沉 来估算
P 2 R 0 T · tg ， k N /m
12
4) 威尔逊估算法
图4–11 威尔逊计算顶板压力的力学模型
13
§4 回采工作面前后支承压力的分布
一、支承压力的形成
支承压力：指在煤层中开巷或回采后形成的垂直方向
上的集中应力。
AB
H
Q
b
CD
14
根据现场实测及实验室研究，煤体边缘在 支承压力作用下，按其变形特征分为四个区 段：
4–放顶过测点15m；5–放震动炮后；6–采煤机距测点6m
22
图4–21 放炮对工作面顶板下沉速度的影响 1–放炮经过测点；2–测点下4m处放炮；3–测点下10m处放炮
23
图4–23 放顶对顶板下沉的影响
A–倾斜向上影响范围；B–倾斜向下影响范围
24
3．开采深度 4．放炮、落煤、放顶影响 5．煤层分层开采的矿压显现
2．老顶初次来压步距：由开切眼到初次来压时 工作面推进的距离。
3．周期来压：由于裂隙带岩层周期性失稳而引 起的顶板来压现象称之为周期来压。
5
图4–3 老顶断裂成岩块后的转动 图4–6 初次来压前四周围岩的支承压力分布状态
6
A–增压区；B–减压区；C–稳压区
图4–9 老顶周期来压的力学模型
7
二、老顶初次来压特点
1．工作面顶板急剧发生下沉。 2．工作面直接顶破碎，甚至产生台阶状下沉。 3．煤壁内支承压力增大，煤帮变形与塌落。 4．老顶初次来压较突然，工作面易出现事故。 5．顶板出现断裂声，并有顶板掉渣现象，顶板 产生裂隙。
8
三、周期来压主要表现形式
顶板下沉急剧增加； 顶板下沉量变大， 支柱所受的载荷普遍增加， 有时还可能引起煤壁片帮、支柱折损、顶板发生 台阶下沉等现象。 还可能局部冒顶、甚至顶板沿工作面切落等事故 发生。
下分层的矿压显现与上分层相比有以下特点： （1）老顶来压步距小，强度低； （2）支架载荷变小； （3）顶板下沉量变大 6．上部煤层残留煤柱
25
二、地质因素
1．断层与褶曲 2．挤压带与破碎带 3．节理、裂隙 4．煤层倾角
图4–24 倾角对矿山压力的影响
W–上覆岩层的重力；Q1–垂直于岩层的分力；
Q2–平行于岩层的分力
一、直接顶的初次放顶和循环放顶
L1
直接顶初跨条件： 1. 冒高：1－1.5m； 2. 斜长：超工作面1/2。
3
二、碎胀系数与残余碎胀系数（Kp、Kp’） V'
Kp = V
V '' Kp’ = V Kp 与 Kp’ 对老顶有什么影响？
4
§2 老顶初次来压 周期来压
一、概念:
1．老顶初次来压：由于老顶第一次失稳而产生 的工作面顶板来压。
Ⅰ. 小于原岩应力的松弛区 Ⅱ. 应力升高的塑性变形区 Ⅲ. 弹性变形区 Ⅳ. 原岩应力区
15
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
煤体边缘区应力分布
16
二、支承压力分布
图4–16 各种采空区支撑条件下工作面前后支承压 力分布
17
图4–18 工作面前后支承压力分布
18
极限平衡区分布规律： （1）宽度与开采深度有关：当开采深由100m－
400m，增长较快；当采深大于400m，几乎与采深 成正比增长。
（2）宽度与开采厚度有关：薄煤层宽度较小，同 样地质条件下，开采厚度增加，极限平衡区将迅速 扩大。
（3）宽度随煤体抗压强度增加而减小。 （4）支架对煤壁的支撑力可起到减少极限平衡区
宽度作用。
19
§5 影响回采工作面矿山压力显现的主要因素
一、生产技术因素 1．采高与控顶距
图4–19 上覆岩层移动与工作空间顶板下沉的关系
20
SL L
S0 L0
SL
S0L L0
SL
h
m K 0 h L0
L (
h
m )
kp 1
m 1
K K
0 p
1 1
L
L0
KP K
P
K 1
0
1 L0
m
L
mL
21
2．工作面推进速度影响
图4–20 工作面实际测定的“S–t”曲线 1–采煤机距测点15m；2–采煤机距测点10m；3–放顶过测点5m；
26
个人观点供参考，欢迎讨论！
9
§3 顶板压力估算
一、算法
图4–10 回采工作面的顶板压力
10
1．直接顶载荷Q1
Q 1 h · L 1 · ， k N /m
2．老顶的载荷Q2（定性阶段） 1）以直接顶载荷的倍数估算
pn·h·
p 2 M K p 1
2 (2 ~ 4) M
(4 ~ 8) M
11
2）用控制老顶变形失稳的位移量来计算 PEi K0·hh0i
1
衡量矿山压力显现程度的指标：
1．顶板下沉 2．顶板下沉速度 3．支柱变形与折损 4．顶板破碎情况 5．局部冒顶 6．工作面顶板沿煤壁切落，或称大面积冒顶 其他还有：煤壁片帮、支柱插入底板、底板臌起 等一系列矿山压力现象。
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§1 初次来压前回采工作面矿压 显现的基本规律
3）按防止老顶沿工作面切落或发生台阶下沉 来估算
P 2 R 0 T · tg ， k N /m
12
4) 威尔逊估算法
图4–11 威尔逊计算顶板压力的力学模型
13
§4 回采工作面前后支承压力的分布
一、支承压力的形成
支承压力：指在煤层中开巷或回采后形成的垂直方向
上的集中应力。
AB
H
Q
b
CD
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根据现场实测及实验室研究，煤体边缘在 支承压力作用下，按其变形特征分为四个区 段：
4–放顶过测点15m；5–放震动炮后；6–采煤机距测点6m
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图4–21 放炮对工作面顶板下沉速度的影响 1–放炮经过测点；2–测点下4m处放炮；3–测点下10m处放炮
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图4–23 放顶对顶板下沉的影响
A–倾斜向上影响范围；B–倾斜向下影响范围
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3．开采深度 4．放炮、落煤、放顶影响 5．煤层分层开采的矿压显现
2．老顶初次来压步距：由开切眼到初次来压时 工作面推进的距离。
3．周期来压：由于裂隙带岩层周期性失稳而引 起的顶板来压现象称之为周期来压。
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图4–3 老顶断裂成岩块后的转动 图4–6 初次来压前四周围岩的支承压力分布状态
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A–增压区；B–减压区；C–稳压区
图4–9 老顶周期来压的力学模型
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二、老顶初次来压特点
1．工作面顶板急剧发生下沉。 2．工作面直接顶破碎，甚至产生台阶状下沉。 3．煤壁内支承压力增大，煤帮变形与塌落。 4．老顶初次来压较突然，工作面易出现事故。 5．顶板出现断裂声，并有顶板掉渣现象，顶板 产生裂隙。
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三、周期来压主要表现形式
顶板下沉急剧增加； 顶板下沉量变大， 支柱所受的载荷普遍增加， 有时还可能引起煤壁片帮、支柱折损、顶板发生 台阶下沉等现象。 还可能局部冒顶、甚至顶板沿工作面切落等事故 发生。
下分层的矿压显现与上分层相比有以下特点： （1）老顶来压步距小，强度低； （2）支架载荷变小； （3）顶板下沉量变大 6．上部煤层残留煤柱
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二、地质因素
1．断层与褶曲 2．挤压带与破碎带 3．节理、裂隙 4．煤层倾角
图4–24 倾角对矿山压力的影响
W–上覆岩层的重力；Q1–垂直于岩层的分力；
Q2–平行于岩层的分力
一、直接顶的初次放顶和循环放顶
L1
直接顶初跨条件： 1. 冒高：1－1.5m； 2. 斜长：超工作面1/2。
3
二、碎胀系数与残余碎胀系数（Kp、Kp’） V'
Kp = V
V '' Kp’ = V Kp 与 Kp’ 对老顶有什么影响？
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§2 老顶初次来压 周期来压
一、概念:
1．老顶初次来压：由于老顶第一次失稳而产生 的工作面顶板来压。
Ⅰ. 小于原岩应力的松弛区 Ⅱ. 应力升高的塑性变形区 Ⅲ. 弹性变形区 Ⅳ. 原岩应力区
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Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
煤体边缘区应力分布
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二、支承压力分布
图4–16 各种采空区支撑条件下工作面前后支承压 力分布
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图4–18 工作面前后支承压力分布
18
极限平衡区分布规律： （1）宽度与开采深度有关：当开采深由100m－
400m，增长较快；当采深大于400m，几乎与采深 成正比增长。
（2）宽度与开采厚度有关：薄煤层宽度较小，同 样地质条件下，开采厚度增加，极限平衡区将迅速 扩大。
（3）宽度随煤体抗压强度增加而减小。 （4）支架对煤壁的支撑力可起到减少极限平衡区
宽度作用。
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§5 影响回采工作面矿山压力显现的主要因素
一、生产技术因素 1．采高与控顶距
图4–19 上覆岩层移动与工作空间顶板下沉的关系
20
SL L
S0 L0
SL
S0L L0
SL
h
m K 0 h L0
L (
h
m )
kp 1
m 1
K K
0 p
1 1
L
L0
KP K
P
K 1
0
1 L0
m
L
mL
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2．工作面推进速度影响
图4–20 工作面实际测定的“S–t”曲线 1–采煤机距测点15m；2–采煤机距测点10m；3–放顶过测点5m；
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个人观点供参考，欢迎讨论！
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§3 顶板压力估算
一、算法
图4–10 回采工作面的顶板压力
10
1．直接顶载荷Q1
Q 1 h · L 1 · ， k N /m
2．老顶的载荷Q2（定性阶段） 1）以直接顶载荷的倍数估算
pn·h·
p 2 M K p 1
2 (2 ~ 4) M
(4 ~ 8) M
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2）用控制老顶变形失稳的位移量来计算 PEi K0·hh0i
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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。
矿山压力与岩层控制分析PPT课件
不能对采场上覆岩层的结构状态作出更全面的描述。
18.01.2021
.
资源与环境工程学院-资源工程1系
18
Ground Pressure and Strata Control
（2）“预生裂隙梁”假说低应力区 高应力区 假塑性变形区
12
3
Ⅱ
Ⅲ
Ⅰ
σ1
σ3
σ3
σ1
优点：煤层超前破坏以及临近采场的部分岩层出露前可能预先产生 裂隙这一点，已经为实践所证实。
②假说没有正确的揭示采场支架与围岩间的力学关系， 无法解释采场支架上显现的压力往往与支架本身力学特性有 关的现象。
18.01.2021
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资源与环境工程学院-资源工程1系
16
绪论
Ground Pressure and Strata Control
1.3.2掩护“梁”假说 ①采场是在一系列“梁”的掩护之下。这些梁在冒落前能将
人数所占比重超过30%以上，每年顶板事故影响的产量约占总产量的5%，
达到3000万t至4000万t的巨大数字。
40%
60%
35%
50%
30%
40%
瓦斯 25%
30% 20%
顶板 20%
水
15%
运输
10%
其它 10% 5%
瓦斯 顶板 水 运输 其它
0% 2004
2005
0% 2004
2005
图1.1 中国煤矿安全事故比例
关键层定义：在采场上覆岩层中存在多个岩层时，对 岩体活动全部或局部起控制作用的岩层称为关键层 。
18.01.2021
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资源与环境工程学院-资源工程1系
23
绪论
矿山压力及其控制.pptx
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：
第七章 巷道矿压显现规律
1、试述采区（采准）巷道矿山压力显现的基本规律图6 区段平巷围岩变形I—掘巷影响区 II—掘巷影响稳定区 III—采动影响区 IV—采动影响稳定区V—二次采动影响区答：采区巷道从开掘到报废，经历采动造成的围岩应力重新分布，围岩变形持续增长和变化，以受到相邻区段回采影响的工作面回采巷道为例，围岩变形经历五个阶段。
（1）巷道掘进影响阶段I：煤体内开掘巷道后，巷道围岩出现应力集中，在形成塑性区的过程中，围岩向巷道空间显著位移，但随着巷道掘出时间的延长，围岩变形速度逐渐衰减，趋向缓和，所以该阶段矿山压力显现较弱，显现时间短。
巷道围岩变形量主要取决于巷道埋藏深度和围岩性质。
（2）掘进影响稳定阶段II：掘巷引起的围岩应力重新分布趋于稳定，由于煤岩一般具有流变性，围岩变形会随时间而缓慢增长，但其变形速度会比掘巷初期要小的多，巷道围岩变形速度仍取决于埋藏深度和围岩性质。
（3）采动影响阶段III：巷道受上区段工作面的回采影响后，在回采引起的超前移动支承压力作用下，巷道围岩应力再次重新分布，塑性区显著扩大，围岩变形显著增长。
巷道围岩性质、护巷煤柱宽度及巷旁支护方式、工作面顶板岩层结构对该时期围岩变形量影响很大。
（4）采动影响稳定阶段IV：回采引起的应力重新分布趋于稳定后，巷道围岩的变形速度再一次降低，但仍高于掘进影响稳定阶段的变形速度，围岩变形量按流变规律缓慢增长。
（5）二次采动影响阶段V：巷道受本段回采工作面的回采影响时，由于上区段残余支承压力，本区段工作面超前支承压力相互叠加，巷道围岩应力急剧增高，引起围岩应力重新分布，塑性区扩大，应力的反复扰动，使围岩变形比上一次采动影响更加剧烈。
2、试述区段巷道矿山压力显现的基本规律答：（1）煤体—煤体巷道服务期间内，围岩的变形将经历巷道掘进影响、掘进影响稳定和采动影响三个阶段。
由于巷道在采面后方已经废弃，巷道仅经历采面前方采动影响，围岩变形量比采动影响阶段全过程小的多，一般仅1/3左右。
采煤工作面矿山压力基本规律
2、基本顶周期来压及矿压显现特征
（1）基本顶周期来压
当采煤工作面继续推进，基本顶悬臂跨度达到极限跨度时，基本顶 当采煤工作面继续推进，基本顶悬臂跨度达到极限跨度时， 在其自重及上覆岩层载荷的作用下，将沿工作面煤壁甚至煤壁之内发生 在其自重及上覆岩层载荷的作用下， 折断和跨落。随着采煤工作面的推进，基本顶这种“稳定—失稳—再稳定” 折断和跨落。随着采煤工作面的推进，基本顶这种“稳定—失稳—再稳定” 现象，将周而复始的出现，使采煤工作面矿山压力周期性明显增大。这 现象，将周而复始的出现，使采煤工作面矿山压力周期性明显增大。 种基本顶的周期性破断失稳对工作面产生的周期性的来压显现， 种基本顶的周期性破断失稳对工作面产生的周期性的来压显现，称为基 本顶的周期来压。 本顶的周期来压。
3、弯曲下沉带
裂隙带上方直至地表的岩层为弯曲下沉带， 裂隙带上方直至地表的岩层为弯曲下沉带，这部分岩层 不产生裂缝或仅产生极微小的裂缝，并在采空区上方的地表 不产生裂缝或仅产生极微小的裂缝， 形成一个比开采范围大的沉降区。 形成一个比开采范围大的沉降区。
三、采煤工作面四周支承压力显现规律
（一）采煤工作面四周支承压力显现规律
Kp=1.5时，则∑h=2hm，即冒落带高度为采高的2倍。一般 即冒落带高度为采高的2
认为开采后冒落带的高度为采高的2 认为开采后冒落带的高度为采高的2～4倍。
2、裂隙带
裂隙带位于冒落带之上，随冒落带岩石的跨落和逐渐压 裂隙带位于冒落带之上， 实，裂隙带岩层出现弯曲下沉，离层和断裂为排列整齐的岩 裂隙带岩层出现弯曲下沉， 块。裂隙带的范围，随冒落带上覆岩层的性质、开采高度变 裂隙带的范围，随冒落带上覆岩层的性质、 化而变化。 化而变化。
开切 眼 直接顶初次跨落步距
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
(ppt版)矿山压力理论
立在巷道矿〔地〕压理论根底上，两者 无本质区别。
矿压理论的建立，起初是以经验为根底 ，较多地偏重于矿山压力显现方面 (fāngmiàn)的描述，由于测试手段不完善， 所以假说具有片面性和局限性。
第八页，共一百三十二页。
缓倾斜煤层(méicéng)工作面矿压理论假说
〔1〕压力拱假说
〔2〕双支梁假说
〔3〕悬臂梁〔悬板〕假说 〔4〕预成〔生〕裂隙假说
第十五页，共一百三十二页。
✓ 〔3) 在压力拱内为卸载区，卸载区也同时能在底板中形成。
✓ 〔4) 利用全部垮落法管理顶板时，压力拱陡峭且比较高 ；用充填法时那么拱平缓且拱高小。
✓ 〔5) 拱的高度和宽度仅取决于煤层厚度(采高)、顶板管理 方法(fāngfǎ)和顶板岩石性质。
✓ 〔6) 压力拱是非对称性的，并且沿工作面的长度方向没有表 现。
第十八页，共一百三十二页。
第3局部(júbù)
梁的假说
第十九页，共一百三十二页。
本局部主要内容： 双支梁假说 悬臂梁假说
砌体梁假说
传递岩梁假说 弹性(tánxìng)根底梁模型
第二十页，共一百三十二页。
➢ 梁的假说是近代矿压假说的显著特点。
由于对属性的梁的认识不同，有双支梁假说、悬臂梁假说、砌体(qì tǐ)梁假说、传递岩梁假说等多种。
第三十六页，共一百三十二页。
•
由于采场上下Байду номын сангаас端的镶嵌作用在工作面较长时，对顶板活动所
起的作用是很小的，因此(yīncǐ)，多视顶板为梁。
• 岩梁在自重和上覆岩层的作用下，逐渐弯曲、下沉以至于断
裂垮落。当顶板岩层坚硬时，悬伸在采空区上方的岩梁可能很
长，这时就必须采取人为的措施加以控制，以防止岩梁可能沿
矿压理论的建立，起初是以经验为根底 ，较多地偏重于矿山压力显现方面 (fāngmiàn)的描述，由于测试手段不完善， 所以假说具有片面性和局限性。
第八页，共一百三十二页。
缓倾斜煤层(méicéng)工作面矿压理论假说
〔1〕压力拱假说
〔2〕双支梁假说
〔3〕悬臂梁〔悬板〕假说 〔4〕预成〔生〕裂隙假说
第十五页，共一百三十二页。
✓ 〔3) 在压力拱内为卸载区，卸载区也同时能在底板中形成。
✓ 〔4) 利用全部垮落法管理顶板时，压力拱陡峭且比较高 ；用充填法时那么拱平缓且拱高小。
✓ 〔5) 拱的高度和宽度仅取决于煤层厚度(采高)、顶板管理 方法(fāngfǎ)和顶板岩石性质。
✓ 〔6) 压力拱是非对称性的，并且沿工作面的长度方向没有表 现。
第十八页，共一百三十二页。
第3局部(júbù)
梁的假说
第十九页，共一百三十二页。
本局部主要内容： 双支梁假说 悬臂梁假说
砌体梁假说
传递岩梁假说 弹性(tánxìng)根底梁模型
第二十页，共一百三十二页。
➢ 梁的假说是近代矿压假说的显著特点。
由于对属性的梁的认识不同，有双支梁假说、悬臂梁假说、砌体(qì tǐ)梁假说、传递岩梁假说等多种。
第三十六页，共一百三十二页。
•
由于采场上下Байду номын сангаас端的镶嵌作用在工作面较长时，对顶板活动所
起的作用是很小的，因此(yīncǐ)，多视顶板为梁。
• 岩梁在自重和上覆岩层的作用下，逐渐弯曲、下沉以至于断
裂垮落。当顶板岩层坚硬时，悬伸在采空区上方的岩梁可能很
长，这时就必须采取人为的措施加以控制，以防止岩梁可能沿
采煤工作面矿山压力显现规律
二、采煤工作面矿山压力显现规律
• 总之，在采空区四周都存在着应力集中现象。 （回风巷、溜子道几乎相等，煤壁明显大于老 塘。） • ⑸由此可见：回采工作面前方的支承压力主要 是由于工作面的采空区上方岩体的重力转移所造 成的。同时，顶板岩梁弯曲下沉作用也会引起工 作面前方煤体中产生应力升高现象（平时表现不 明显，当工作面来压时就会突然地表现出来，岩 层越硬越明显）。 • ⑹当垮落岩块被压倒一定程度后，回采工作面后 方的采空区，同样会出现支承压力。
二、采煤工作面矿山压力显现规律
④两次来压间隔的天数称为来压周期，在此期 间工作面推进的距离称为周期来压步距。 • 老顶初次来压步距与老顶岩层的力学性质、厚 度、破断岩层之间互相咬合的条件有关（一般为 20—35m，个别矿可达60—70m，甚至更大）。 • 由于周期来压时老顶岩梁处于悬臂状态，与初次 来压时老顶处于双支撑状态不同。周期来压步距 比初次来压步距小得多，一般约为5—20m左右， 少数坚硬顶板可达20—30m。 •
三、掘进工作面矿山压力显现规律
如果两帮岩石节理发育、岩性较软，则 在两帮支承压力作用下，两帮岩石沿着斜 面垮落下来，这就是片帮。 • C、巷道底压。巷道产生侧压，获得新 的平衡后，新的自然平衡拱仍然把压力传 给两帮，再传给底板。当底板岩石强度较 低时，底板岩石就会向上移动，形成底膨。 •
• • 2、影响采场矿压显现的岩层组成 对采场矿压显现有明显影响的岩层，由直接顶 和老顶两部分组成。 • A、直接顶 其作用力必须由支架完全承担， 它由泥质页岩、页岩、矿质页岩等组成。 • B、老顶 由一层或几层岩层（岩梁）组成，它 对采场矿压显现有明显影响，其运动的作用力 （岩层重量）不由支架全部承担（支架承担老顶 作用力的大小，由对岩梁位态控制要求决定）， 它由砂岩、石灰岩、砂砾岩等组成。
采煤工作面矿山压力显现规律
结论： Sl=ηmL 与采高、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↑ 采高↑老顶平衡↓，煤帮稳定性↓矿压显现↑ 顶板控制≤ 顶板控制≤顶板估算量 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。 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。 因此，随着工作面推进速度的加快，有可能将由于 时间影响而导致的工作面顶板下沉量、煤壁片帮等现象 “甩掉”。但无法把由于生产工序（即落煤与放顶）而 引起的顶板下沉等矿山压力现象“甩掉”。
第三节 老顶的周期来压
A A稳定 A B B C
A断裂
A B
AB相向翻转
A
B
C
回到初始位 置，周而复 始
采场的周期来压 周而复始 稳定－失稳－再稳定 周期来压
周期来压的矿压显现： ① 顶板下沉速度急剧增加 ② 顶板下沉量急剧增大 ③ 支柱载荷增大 ④ 煤壁片帮 ⑤ 支柱折损 ⑥ 顶板发生台阶下沉
4.大采深并影响到地顶板
采煤工作面刚开始割煤时， 最大支承压力在煤壁上方，如图 中（a）所示，但煤壁处是自由 面，抗压强度较小，煤壁发生变 形。支承压力逐步向深处转移。 如图中（b）所示。 采煤工作面前方煤体内，支 承压力的分布范围从工作面前方 1~3m处开始，直到30~40m，甚 至有的在距煤壁100m时开始变 形，最大应力的位置约距煤壁 5~15m。应力集中系数K为支承 压力与原岩应力的比值，变化范 围一般为1.25~5.00.
工作面前后支承压力分布
4、5采场矿山压力显现基本规律
倾角增大，沿岩层面的切向滑移力Wsinα (即Q2) 增大，垂直层面的压力Wcosα (即Q1)减小。
图4-17 W—上覆岩层重力；Q1—垂直岩层的分力；Q2—
30
由于倾角增加，采空区冒落矸石不一定能 在原地滞留，很可能沿着底板滑移，从而改变 了上覆岩层的运动规律。
对不同倾角的两带(冒落带、导水裂隙带) 观测(图4-18)，也可以证明岩层移动是不均匀 的，尤其在急倾斜煤层，基本上改变了原来的 规律性。
12
工作面周期来压时的特征：
阜新矿务局高德矿，北翼九层一区二段工作面，面长170 m，煤 厚为3 m，老顶为4.5 m，直接顶为3.5 m厚的细砂岩，煤层倾角 32°～35°。
来压序号 来压步距 平时支架 来压支架 动载系数 ／m 荷载/kN 荷载/kN
初次
37.4
1.95
1
17.6
596
1080
31
图4-18 1—导水裂隙带；2—冒落带
32
由于倾角增加，冒落矸石沿着底板滑移，下部充填较满，上 部形成冒空。这样必然使回采工作面支ห้องสมุดไป่ตู้受力不均匀。 图(b)表示了不同倾角时支架载荷的分布情况。
图4-19 采空区冒落矸石滑移及其造成的后果
33
4.6.5 下分层开采时矿山压力显现
下分层的矿压显现与上分层相比有以下特点： ①老顶来压步距小，强度低；
此外，来压大小与采空区冒落矸石的充满程度直接 相关。采空区冒落愈严实，老顶对工作面影响愈小； 反之，则越大。
14
老顶来压时老顶控制不当，将导致垮顶现象。
图4-10 永定庄矿8411面垮顶现象
15
预防老顶来压造成的事故的措施：
① 来压的预测预报； ② 加强支护； ③ 坚硬顶板－工作面与开
图4-17 W—上覆岩层重力；Q1—垂直岩层的分力；Q2—
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由于倾角增加，采空区冒落矸石不一定能 在原地滞留，很可能沿着底板滑移，从而改变 了上覆岩层的运动规律。
对不同倾角的两带(冒落带、导水裂隙带) 观测(图4-18)，也可以证明岩层移动是不均匀 的，尤其在急倾斜煤层，基本上改变了原来的 规律性。
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工作面周期来压时的特征：
阜新矿务局高德矿，北翼九层一区二段工作面，面长170 m，煤 厚为3 m，老顶为4.5 m，直接顶为3.5 m厚的细砂岩，煤层倾角 32°～35°。
来压序号 来压步距 平时支架 来压支架 动载系数 ／m 荷载/kN 荷载/kN
初次
37.4
1.95
1
17.6
596
1080
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图4-18 1—导水裂隙带；2—冒落带
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由于倾角增加，冒落矸石沿着底板滑移，下部充填较满，上 部形成冒空。这样必然使回采工作面支ห้องสมุดไป่ตู้受力不均匀。 图(b)表示了不同倾角时支架载荷的分布情况。
图4-19 采空区冒落矸石滑移及其造成的后果
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4.6.5 下分层开采时矿山压力显现
下分层的矿压显现与上分层相比有以下特点： ①老顶来压步距小，强度低；
此外，来压大小与采空区冒落矸石的充满程度直接 相关。采空区冒落愈严实，老顶对工作面影响愈小； 反之，则越大。
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老顶来压时老顶控制不当，将导致垮顶现象。
图4-10 永定庄矿8411面垮顶现象
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预防老顶来压造成的事故的措施：
① 来压的预测预报； ② 加强支护； ③ 坚硬顶板－工作面与开