采煤工作面矿山压力基本规律.pptxVIP

第一节 矿山压力基本概念 矿山压力会引起顶板事故、冲击地压、煤与瓦斯突出等事故。我国煤矿顶板事故在整个煤矿安全事故中所占比重超过40%，每年顶板事故影响的产量约占总产量的5%左右第一节 矿山压力基本概念一、矿山压力的概念 矿山压力：就是由于井下采掘工作破坏了岩体中原岩应力平衡状态，引起应力重新分布，我们把存在于采掘空间周围岩体内和作用在支护物上的力称为矿山压力，简称“矿压”。采动前，原始岩体中已经存在的应力是矿山压力产生的来源。如：自重应力、构造应力、遇水膨胀应力、温度应力。第一节 矿山压力基本概念二、矿山压力来源 采动前，原始岩体中已经存在的应力是矿山压力产生的根源。井下深部原岩处于复杂的受力状态。承受着上覆岩层重量引起的自重应力，地质构造引起的构造应力，遇水膨胀和温度变化引起的应力等。（一）自重应力（二）构造应力（三）膨胀应力： 遇水膨胀和温度变化与气体压力引起的应力 自重应力（一）自重应力σ1=γΗσ2=σ3 =λσ1 λ=μ/1-μ τmax=(σ1-σ2)/2泊松比：在材料的比例极限中，由均匀分布的纵向应力横向应变与相应的纵向应变之比的绝对值。μ越大λ越大 硬岩μ大 ，软岩μ小当μ=0.5时有σ1=σ2=σ3=γΗ，形成所谓的静水压力状态，即岩体深部的 原岩垂直应力与其上覆岩层重量成正比，侧向应力大致与垂直应力相等。（二）构造应力 特点：（1）构造应力以水平应力为主，并以压应力为主。（2）在构造应力场中，主应力的大小和方向可能有很大的变化；两个方向的水平应力值（σ2和σ3）通常不相等。（3）水平应力大于垂直应力，即 （4）构造应力在坚硬岩石中出现一般比较普遍。三、矿山压力显现 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。 把所有人为的调节、改变和利用矿山压力的各种技术措施，叫做矿山压力控制，简称矿压控制。第二节 采煤工作面围岩移动特征 采煤工作面上方的岩层——顶板 下方的岩层——底板顶板分类：伪顶：位于煤层之上随采随落的极不稳定岩层，厚度 一般0.3～0.5m以下；直接顶：位于伪顶或直接位于煤层之上，具有一定稳 定性，随移架或回柱放顶后能自行垮落的岩 层；基本顶：位于直接顶或煤层之上，厚而坚硬难垮落的 岩层。煤层顶底板岩层1、基本顶；2、直接顶；3、伪顶；4、煤层；5、底板岩层一、 直接顶初次垮落 采煤工作面自切眼推进一段距离后，直接顶悬露达到一定跨度，就要对采空区顶板进行初次放顶，使直接顶垮落下来，这一过程称作直接顶的初次垮落。 直接顶初次垮落的跨距称为初次垮落距。初次跨落距的大小取决于直接顶岩层的强度、分层厚度和直接顶内节理裂隙的发育程度等，一般为6—12m。由于岩层破碎后体积将产生碎胀，直接顶垮落后堆积的高度要大于原来的厚度。 Kp=V′/V 式中： Kp——碎胀系数 ， V ——跨落岩层原来的体积 V′——破碎后的体积几种岩石的碎胀系数表岩石名称碎胀系数初始KP残余KP’砂1.06~1.151.01~1.03粘土1.02以下1.03~1.07碎煤1.20以下1.05粘土页岩1.401.10砂质页岩1.60~1.801.10~1.15硬砂岩1.50~1.80—— 岩石碎胀后，在其上部岩层压力作用下，逐渐压实，使碎胀系数变小，岩块压实后的体积与破碎前原始体积之比称为残余碎胀系数以KP’表示。mKP-1 若垮落岩层原来的体积为V，破碎后的体积为V/，则两者之比值称为碎胀系数，以KP 表示，即KP＝V//V 若直接顶岩层的总厚度为∑h，则它冒落后堆积的高度为 KP∑h，它与基本顶之间可能留下的空隙Δ ： Δ ＝∑h＋m－KP∑h＝m－∑h（KP－1） 当m＝∑h（KP－1）时，则Δ ＝0，即冒落的直接顶将充满采空区。若不计基本顶下沉，形成充满采空区所需直接顶的厚度为： ∑h＝ 减小直接顶垮落后岩堆与基本顶之间的空隙Δ ，有利于控制基本顶活动。二、基本顶的初次垮落（一）基本顶初次垮落前岩层结构 若Δ0，随直接顶初次垮落，，基本顶在一定范围内呈现悬露状态，此时可将基本顶视为一边由采煤工作面煤壁支承，另外三边由煤柱支承的一个“板”的结构。但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。 若上覆岩层的强度低于基本顶的强度时，则上浮岩层的重量将通过梁传递至采煤工作面煤壁和后方煤柱上。（二）基本顶初次垮落与初次来压 随采煤面继续推进，基本顶悬露跨度逐渐增大，产生弯曲，达到