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矿山压力及岩层控制原理 刘飞;马华;丁言露 【摘要】@@由于矿山开采活动的影响,在硐室周围岩体中形成的和作用在巷硐支 护物上的力定义为矿山压力.在矿山压力的作用下，会引起各种力学现象,如岩体变形、 破坏、塌落、支护物的变形破坏折损等，以及在岩体中产生的动力现象这些矿山压 力显现都将严重影响矿山企业的采掘活动和经济效益. 【期刊名称】《煤矿现代化》 【年(卷)，期】2011(000)001 【总页数】3页(P98-100) 【作者】刘飞;马华;丁言露 【作者单位】中国矿业大学矿业工程学院，江苏，徐州221116;中国矿业大学矿业工 程学院，江苏，徐州221116;中国矿业大学矿业工程学院，江苏，徐州I 221116 【正文语种】中文 【中图分类】TD32 由于矿山开采活动的影响，在硐室周围岩体中形成的和作用在巷硐支护物上的力定 义为矿山压力。在矿山压力的作用下，会引起各种力学现象，如岩体变形、破坏、 塌落、支护物的变形、破坏折损等，以及在岩体中产生的动力现象这些矿山压力显 现都将严重影响矿山企业的采掘活动和经济效益。 如今我国煤矿的平均开采深度已经接近千米，个别矿区开采深度达到1300多米。 随着开采日益向深部延深，矿山压力显现更加频繁。如果矿山作业人员能够准确预 测矿压显现的预兆，做出合理的判断及采取正确的预防措施，将会对井下人员的安 全和减少矿山经济损失方面起到积极作用。 1.1压力拱假说 压力拱假说，又名自然平衡拱，是德国哈克和吉里策尔1928年提出。 该假说认为在回采工作空间上方，由于岩层自然平衡的结果而形成了一个〃压力 拱”。拱的一个支撑点是在工作面前方煤体内，形成拱脚a，而另一个支撑点在采 空区内已垮落的砰石上或采空区的充填体上，形成拱脚b。这样就形成了前拱脚与 后拱脚,工作面处于拱的保护之下，并且〃压力拱”将随工作面的推进而前移。 1.2悬臂梁假说 悬臂梁假说是由德国施托克于1916年提出的。 该假说认为工作面和采空区上覆岩层，可视为一端固定于岩体内，另一端悬伸的悬 臂梁，多岩层可组成组合悬臂梁。悬臂梁平时承担岩层载荷，当其变形下沉时，一 端压在垮落砰石上，当跨度增大，断裂形成周期来压。此假说可以解释工作面靠近 煤帮处顶板下沉量最小，支架载荷也小，而距离煤壁越远则两者大的现象。同时也 可以解释工作面前方出现支承压力和工作面出现周期来压现象。 1.3预生裂隙假说 预生裂隙假说是有拉巴斯在1954年提出的。 该假说认为顶板岩层受支承压力作用，产生相互平行的裂隙，成为“假塑性体”， 在工作面推进过程中，产生塑性弯曲，由相互挤压形成类似梁的平衡结构。顶板分 为应力降低区、应力升高区、采动影响区，三区随工作面而移动工作面支架应具有 足够的初撑力和工作阻力，以阻止岩块滑落或离层。 1.4铰接岩块假说 铰接岩块假说是由前苏联学者库兹涅佐夫于1954提出的。 该假说认为上覆岩层分为垮落带和规则移动带，规则移动带岩块间相互铰合而形成 一条多环节的岩块铰链。规则移动带岩层变形小时，其下部岩层发生离层，工作面 支架只承受直接顶因离层而折断岩层的全部重量（给定载荷），当规则移动带变形 大或断裂时，支架载荷与岩层变形位移有关（给定变形）。 1.5砌体梁假说 砌体梁假说是以中国矿业大学钱鸣高院士为代表在20世纪70年代末，借助于大 屯孙庄矿开采后岩层内部移动观测资料，上覆岩层开采后成砌体梁式平衡的结构力 学模型提出的。 该假说认为上覆岩层可以硬岩为底划分若干组，软岩为载荷。硬岩断裂，岩块间相 互挤压成铰接关系，铰接岩块在某些条件下可形成平衡体。 煤矿生产过程中，回采工作面常有顶板下沉、顶板破碎、局部冒顶、大面积冒顶、 支柱变形与折损等一系列矿山压力现象，这些现象作为衡量矿山压力显现程度的指 标。 2.1顶板来压 当老顶悬露达到极限跨距时，老顶断裂形成三铰拱式的平衡，同时发生已破断的岩 块回转失稳（变形失稳），有时可能伴随滑落失稳（顶板的台阶下沉），从而导致 工作面顶板的急剧下沉。此时，工作面支架呈现受力普遍加大现象，形成老顶的初 次来压。 初次来压的形成过程：初采--初次放顶--老顶悬露跨度增加--老顶断裂--形成平衡 结构--失稳--初次来压。初次来压一般要持续2~3 d。而且来压期间顶板下沉速 度急剧增大，由于老顶初次来压对工作面的影响较大，因此必须掌握初次来压步距 的大小，以便及时采取对策。在来压期间，必须加强支架的支撑力，尤其要加强支 架的稳定性。一般可以采用木垛、斜撑、抬棚等特种支架加强回采工作空间的支护。 老顶初次来压后，随着回采工作面的推进，老顶岩层将发生周期性破断，老顶破断 岩块形成的〃砌体梁”结构的稳定性将随之发生周期性变化。 根据材料力学的知识，老顶的周期来压步距可近似按老顶的悬臂梁折断来确定，即 老顶周期跨落的极限跨距和