采场顶板活动规律.ppt

第三章采场顶板活动规律,第三章,采场顶板活动规律,第三章采场顶板活动规律,主要研究内容本章介绍工作面顶板划分，老顶破断分析（梁、板），上覆岩层平衡结构（砌体梁,第三章采场顶板活动规律,本章的重点1、顶板划分及其移动规律2、在基本假设的条件下，对顶板破坏进行定量分析3、砌体梁结构难点顶板力学结构分析,第三章采场顶板活动规律,第一节,第一节,第二节,第三节,第四节,第五节,,概述,第三章采场顶板活动规律,,回采工作面（采场）在煤层或矿床的开采过程中，直接进行采煤或开采有用矿物的工作空间。,第五节,第一节,第二节,第三节,第四节,第三章采场顶板活动规律,,,,顶板,底板,煤,,,直接顶,老顶,,伪顶,位于煤层下方的岩层。,赋存在煤层之上的岩层上覆岩层。,直接顶一般指直接位于煤层上方的一层或几层性质相近的岩层。它通常由具有一定稳定性且易于随工作面回柱放顶而垮落。,页岩、砂页岩或粉砂岩等岩层组成。,老顶通常指位于直接顶之上有时直接位于煤层之上对采场矿山压力直接造成影响的厚而坚硬的岩层。,由砂岩、石灰岩及砂砾岩等岩层组成。,厚度小于0．3～0．5m、极易垮落的软弱岩层，随采随冒。,炭质页岩、泥质页岩,第一节,第二节,第三节,第四节,第五节,第三章采场顶板活动规律,,,,为了进行正常生产，需维护好回采工作面，,必须做好两方面的工作,回采工作面空间,采空区老塘,,第一节,第二节,第三节,第四节,第五节,①采空区处理,②回采工作面支护,第三章采场顶板活动规律,第一节,第二节,第三节,第四节,第五节,根据实际测定，回采工作空间支护物所承受的力仅为上覆岩层重量的百分之几。当工作空间维护时间较长时，有时由于岩体内所受的应力超过其弹性极限，或由于煤、岩的蠕变特性，使围岩不易形成稳定性结构。这种现象在巷道中尤其容易出现，从而导致巷道围岩的“挤、压、鼓”现象。工作面推进较快时,这种时间影响因素所表现的结果可能变得较为次要。由此可见，研究开采后回采工作空间上覆岩层破断规律及其形成结构的稳定性，对保证生产的正常进行有着极其重要的作用。,第三章采场顶板活动规律,第二节,第一节,第二节,第三节,第四节,第五节,,有关采场上覆岩层活动规律的假说,第三章采场顶板活动规律,由于采矿工程涉及到岩层内的原岩应力场以及岩体性质的复杂性，因而从一开始人们就对采场的矿山压力现象提出了各种不同的解释，这种解释即揭示矿山压力现象内在联系的推测或科学的概括即称为矿山压力假说。因此，矿山压力假说对岩层控制具有指导意义。,第一节,第二节,第三节,第四节,第五节,第三章采场顶板活动规律,,,,,,压力拱假说,悬臂梁假说,铰接岩块假说,砌体梁理论,关键层理论,,预成裂隙假说,第一节,第二节,第三节,第四节,第五节,第三章采场顶板活动规律,第三节,第一节,第二节,第三节,第四节,第五节,,直接顶的垮落,第三章采场顶板活动规律,煤层开采后，将首先引起直接顶的垮落。回采工作面从开切眼开始向前推进，直接顶悬露面积增大，当达到其极限跨距时开始垮落。直接顶的第一次大面积垮落称为直接顶初次垮落。直接顶初次垮落的标志是1）直接顶垮落高度超过1～1．5m2）范围超过全工作面长度的一半。此时直接顶的跨距称为初次垮落距。初次垮落距的大小决定于,直接顶岩层的强度,分层厚度,直接顶内节理裂隙的发育程度,,第一节,第二节,第三节,第四节,第五节,第三章采场顶板活动规律,直接顶初次垮落前，其变形一般相对上覆老顶变形大，容易出现直接顶与老顶间的离层。对直接顶初次垮落前的离层与变形分析如下,挠度,老顶的最大挠度为,直接顶的最大挠度为,,第一节,第二节,第三节,第四节,第五节,,,第三章采场顶板活动规律,直接顶与老顶之间自身不形成离层的条件为,相反，则直接顶与老顶互相分离。,第一节,第二节,第三节,第四节,第五节,此时若支架没有足够的初撑力，则直接顶在支架上呈离层状态，极不稳定，很易形成初次放顶期间的推垮型事故。,第三章采场顶板活动规律,直接顶初次垮落后，一般将随着回柱放顶而在采空区垮落。,由于岩层破碎后体积将产生膨胀，采空区的情形有两种,冒落的直接顶将充满采空区,△＝0,△∑hM-kP∑h＝M一∑hKp一1,老顶之间留下空隙,△＞0,,第一节,第二节,第三节,第四节,第五节,第三章采场顶板活动规律,第四节,老顶视为梁时，形成的破断状态常不能反映工作面回采过程中的全部真实情况，而将老顶岩层视为夹持在弹性基础上呈悬露状态的“板”时，其呈现的破断规律才能真正反映回采过程中的真实情况。,第一节,第二节,第三节,第四节,第五节,,老顶的断裂形式,第三章采场顶板活动规律,随着工作面自开切眼开始推进，直接顶发生初次垮落。由于老顶的强度较大，因而继续呈悬露状态。此时，可视老顶为一悬露的“板”。以下分析主要就覆岩第1层老顶岩层的断裂形式进行。,第一节,第二节,第三节,第四节,第五节,第三章采场顶板活动规律,老顶的工作结构顶板沿倾斜方向较长，变形相差不大，约束条件相同。故可将顶板视为沿走向的梁（组合梁）。按梁式结构承载、变形、破坏理论进行定量分析。（误差较大）将顶板岩层视为一个板（多块板咬合），按板式结构的变形、强度分析。（计算较为复杂，误差小）目前，提出关键层理论，更加接近实际。无论何种结构，采用全部垮落法，其边界支撑条件发生很大的变化，一侧为固定支撑，另一侧为垮落矸石柔软支撑，从而使顶板的原有结构发生变化，形成形形色色的破坏类型。,1、梁式结构,2、板式结构,第一节,第二节,第三节,第四节,第五节,第三章采场顶板活动规律,第五节,第一节,第二节,第三节,第四节,第五节,,老顶断裂后的“砌体梁”结构,第三章采场顶板活动规律,老顶初次断裂后的“砌体梁”平衡当老顶达到极限跨距后，随着回采工作面继续推进，老顶即发生初次断裂。断裂后的一般状态可用下图表示.,第一节,第二节,第三节,第四节,第五节,“OX”型破断,可能形成外表似梁，实质是拱的裂隙体梁的平衡关系。,第三章采场顶板活动规律,1、“砌体梁”的定义,由于岩层抗拉强度较小，老顶岩梁先在两侧支座的上端裂开，而后在梁的中间底部开裂。随着岩块的转动形成强大的水平挤压力，使岩块间形成了三铰拱式裂隙体梁的平衡结构。这种结构称之为“砌体梁”。,,,,,,,三铰拱,砌体梁,第一节,第二节,第三节,第四节,第五节,第三章采场顶板活动规律,此结构平衡将取决于咬合点的挤压力是否超过该咬合点接触面处的强度极限。有两个条件,2、形成“砌体梁”的条件,（1）．结构的滑落失稳条件,,要求咬合点处的摩擦力大于剪切力,即满足公式,,第一节,第二节,第三节,第四节,第五节,第三章采场顶板活动规律,（2）．结构的变形失稳条件,要求挤压处局部应力集中，咬合处不破坏或塑性变形小,即满足公式,第一节,第二节,第三节,第四节,第五节,第三章采场顶板活动规律,本章小节,老顶的形成结构的稳定状态有两种情况,1、完整状态下稳定按固定梁或简支梁分析,2、破断状态下稳定按砌体梁分析,第一节,第二节,第三节,第四节,第五节,第三章采场顶板活动规律,习题,P973、5、6q值的计算,