矿山压力与岩层控制.docx

全国高等学校采矿工程专业
学生实践作品大赛

作品名称：矿山压力与岩层控制
作品类型：采矿数字模型
小组成员：赵健赵吉园刘更旺彭帅
指导教师：宁建国谭云亮吴士良
所属单位：山东科技大学矿业与安全工程学院
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矿山压力与岩层控制

一、矿山压力假说与理论
为了更深刻的认识矿山压力理论现状，首先回顾一下有代表性的矿山压力假说与理论：
掩护“拱”假说；掩护“梁”假说；铰接岩块假说；砌体梁理论；传递岩梁理论。
1、对于掩护“拱”假说，又可分为自然平衡拱假说和压力拱假说
其中自然平衡拱假说认为：巷道开掘后，已采空间上部岩层将逐步垮落，自然形成了拱高为h的平衡拱。而随着采深增加，通过拱结构传递至巷道两帮边缘岩体上的压力及由此在岩体内形成的应力将达到岩石的强度极限，导致两帮破坏，实际的拱高和拱宽将扩大。利用该假说可以说明回采工作面初次来压阶段煤壁前方支持压力衣回采工作面支架上显现压力随回采工作面推进而增加的现象。
而压力拱假说认为：随着回采工作面的推进，仅在工作空间上方形成压力拱，即压力拱是随工作面推进而前移的，其前后拱脚分别落在未采动的煤层和采空区的矸石上，并将岩层压力分为高压区、低压区和原始压力区。
对于掩护梁假说又可分为力悬臂梁假说和预生裂隙梁假说
其中悬臂梁假说认为：回采工作面是在一系列梁的掩护之下，若岩梁的一端在采空区已垮落，另一端嵌固在煤层上称为悬臂梁；若梁的一端由煤壁支撑，另一端由已垮落矸石支撑，则称为连续梁，正是这些梁随回采工作面推进而有规律的运动，才导致回采工作面来压的现象。
而预生裂隙梁假说认为：回采工作面是在一系列预生裂隙梁的覆盖之下，这些梁中的裂隙是在有关岩层在煤壁前方强大的支承压力作用下预先形成的。
铰接岩块假说认为：用垮落法管理顶板的回采工作面，支架上的压力显现是由两部分岩层运动所决定的的，即已垮落岩层（又分为规则垮落带，不规则垮落带）和呈铰接状态的岩层。
以上覆岩层运动为中心的矿山压力理论，即传递岩梁理论有以下要点：
(1)矿山压力和矿山压力显现之间既有联系又有差别
(2)上覆岩层的运动和发展是矿山压力和矿山压力显现发展和变化的原因
(3)传递岩梁及其含义
(4)基本顶来压时刻的“支架—围岩”关系
二、矿山压力和矿山压力显现
1、矿山压力是指：采动后作用于岩层边界上或存在于岩层之中的促使围岩向已采空间运动的力。它既包括岩层内部各点的应力，又包括作用于围岩上的任何一部分边界上的外力。
2、矿山压力显现是指：采动后在矿山压力的作用下，通过围岩运动与支架受力等形式所表现出来的矿山压力现象。基本形式包括围岩运动和支架受力。
3、因此，矿山压力的存在是绝对的、客观的，而矿山压力显现是相对的、可以控制的。
三、上覆岩层的运动形式和发展规律
1、上覆岩层的运动形式有弯拉破坏和剪切破坏两种
弯拉破坏是指：随着回采工作面推进，上覆岩层悬露→岩层端部开裂→中部开裂→自行垮落；
而当悬露岩层下部允许运动的空间小于岩层的允许沉降值时，岩层将保持“假塑性岩梁”而不垮落。
剪切破坏是指：随着回采工作面推进，悬露岩层端部开裂，而中部未开裂的情况下，突然整体切断垮落。
2、上覆岩层在纵向上的运动发展规律——传递岩梁的含义
回采工作面上覆岩层中除临近煤层的采空区已垮落岩层处，其他岩层保持“假塑性”，一端由工作面前方煤体支承，一端由采空区矿石支承，在推进方向上保持传递力的联系。传递岩梁就是指每一组同时或近似同时运动的岩层。
对于相邻的两个岩层是否同时运动组成一个传递岩梁，还是分开形成两个传递岩梁，可用岩层沉降的最大挠度ωmax进行判断。
当ω上>ω下时，两岩层组成一个传递岩梁，同时运动；
当ω上<ω下时，两岩层将形成两个传递岩梁分别单独运动，并形成离层空间。
3、上覆岩层在回采推进方向上的运动发展规律
回采工作面上覆岩层在回采推进方向上的运动包括初次运动阶段和周期运动阶段，而每个阶段又可分为稳定运动过程和显著运动过程。
3.1初次来压力学模型：岩梁初次显著运动前夕，处于两端等高嵌固状态。
3.2周期来压力学模型：岩梁周期来压结束后，其受力状态可以简化为一个不等高支承的铰接岩梁。
四、回采工作面围岩支承压力
1、支承压力与上覆岩层运动间的规律
1.1初次来压
稳定运动阶段：煤体没有破坏，处于弹性压缩状态，支承压力是一条高峰在煤壁上的单调下降曲线，而随着老顶岩梁的离展发展，塑性区支承压力逐渐上升，弹性区支承压力逐渐降低。
显著运动阶段：来压岩梁断裂前断裂线附近应力集中，断裂后，以断裂线为界分为两个应力场，随着回采工作面继续推进，两应力场压力分布背向发展。
1.2周期采压
稳定运动阶段：内应力场范围不断缩小，外应力场随工作面推进而前移。
显著运动阶段：同初次来压显著运动阶段。
2、基本顶来压时“支架——围岩”关系