礦壓-煤礦講課

1、礦山壓力與巖層控制E-mail：Tel:講人：顧士坦2011年4月2022/8/301一、采場(chǎng)礦壓基本理論 2 采場(chǎng)上覆巖層運(yùn)動(dòng)和發(fā)展的基本規(guī)律1 礦山壓力與礦山壓力顯現(xiàn)二、采場(chǎng)礦壓觀測(cè)方法及數(shù)據(jù)分析3采場(chǎng)支承壓力及礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運(yùn)動(dòng)間的關(guān)系4 回采工作面支架與圍巖關(guān)系2022/8/302一、采場(chǎng)礦壓基本理論 1 礦山壓力與礦山壓力顯現(xiàn)開(kāi)掘巷道和進(jìn)行回采工作在煤或巖層中形成的空間礦山壓力的概念采動(dòng)采動(dòng)空間采動(dòng)后1.1 礦山壓力及其在圍巖中的分布2022/8/303采動(dòng)空間周圍的巖(煤)體圍巖礦山壓力：采動(dòng)后作用于巖層邊界上或存在于巖層之中，促使圍巖向已采空間運(yùn)

2、動(dòng)的力。（即采動(dòng)后促使圍巖運(yùn)動(dòng)的力） 煤及巖層采動(dòng)前，一般在覆蓋層重力、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)作用力等地質(zhì)力的作用之下，處于三向受力的原始平衡狀態(tài)。煤及巖層采動(dòng)后，由于支承條件的改變，其原始平衡狀態(tài)遭到破壞，邊界上的作用力、分布在各點(diǎn)的應(yīng)力（包括大小及方向）隨之改變。 2022/8/304 礦山壓力的來(lái)源礦山壓力根源？采動(dòng)前的原巖應(yīng)力1.巖層重力2.構(gòu)造運(yùn)動(dòng)作用力3.巖體膨脹作用力各點(diǎn)主應(yīng)力的大小、方向、垂直應(yīng)力與水平應(yīng)力之間的比值等決定了采動(dòng)后圍巖應(yīng)力重新分布的規(guī)律2022/8/305（1）重力 在未受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響的地區(qū)，處于某一深度的巖層中，覆蓋巖層重量所引起的垂直壓應(yīng)力可表示為： 2022/8/306

3、（2）構(gòu)造應(yīng)力 深部巖層中各點(diǎn)的應(yīng)力將是自重應(yīng)力場(chǎng)和構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)在該點(diǎn)應(yīng)力的疊加，其最大主應(yīng)力的大小和方向，多數(shù)情況下是由構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成的應(yīng)力所決定的。（a）垂直成因構(gòu)造 （b）水平成因構(gòu)造 圖 構(gòu)造應(yīng)力 在受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)作用力影響強(qiáng)烈的地區(qū)，特別是臨近背斜軸、向斜軸等構(gòu)造線的部位，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成的應(yīng)力場(chǎng)往往是重要的。傾角變化帶、煤厚變化帶、斷層、褶曲2022/8/307（3）膨脹應(yīng)力 泥質(zhì)巖石特別是含有蒙脫石等吸水很強(qiáng)的成分情況下，遇水膨脹可以產(chǎn)生很高的膨脹應(yīng)力，是巷道礦山壓力的一個(gè)重要來(lái)源。龍口礦區(qū)、吉林省梅河、舒蘭等礦務(wù)局的一些礦井中，在軟巖中開(kāi)掘和維護(hù)巷道遇到較大的困難，主要是膨脹壓力作用的結(jié)果

4、。2022/8/308礦山壓力顯現(xiàn) 煤及巖層采動(dòng)后，應(yīng)力重新分布，處于采動(dòng)邊界的部位承受較高壓力作用，約束條件、受力狀況都發(fā)生明顯改變。當(dāng)該部位承受的壓力值沒(méi)有超出其允許的限度時(shí)(不超限)，圍巖處于穩(wěn)定狀態(tài)。 當(dāng)采動(dòng)邊界部位的煤（巖）體所承受的壓力值超出其允許極限后（超限），圍巖運(yùn)動(dòng)將明顯表現(xiàn)出來(lái)，即產(chǎn)生煤（巖）體擴(kuò)容后的塑性破壞、煤（巖）幫片塌、頂板下沉與底板鼓起等一系列礦壓現(xiàn)象。 采動(dòng)后，在礦山壓力作用下通過(guò)圍巖運(yùn)動(dòng)與支架受力等形式所表現(xiàn)出來(lái)的礦山壓力現(xiàn)象，稱為“礦山壓力顯現(xiàn)”。礦山壓力顯現(xiàn)的基本形式包括圍巖的明顯運(yùn)動(dòng)與支架受力等兩個(gè)方面。 2022/8/309礦山壓力顯現(xiàn)圍巖運(yùn)動(dòng)支架受力

5、兩幫運(yùn)動(dòng)頂板運(yùn)動(dòng)底板運(yùn)動(dòng)載荷增減支架壓折支架變形1.2 礦山壓力顯現(xiàn)2022/8/3010圖2.2 礦山壓力顯現(xiàn)的基本形式(a)冒頂、片幫(b)兩幫鼓出(c)頂?shù)装逡平?d)頂板下沉與支架承載2022/8/3011 礦山壓力顯現(xiàn)是礦山壓力作用下圍巖運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。 礦山壓力顯現(xiàn)的相對(duì)性巷道圍巖運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性支架受力的相對(duì)性2022/8/3012（1）巷道圍巖運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性 采動(dòng)過(guò)程中，圍巖要向著采動(dòng)空間運(yùn)動(dòng)。由于圍巖承受的壓力大小、自身強(qiáng)度、受力狀況等不同，運(yùn)動(dòng)的發(fā)展程度也不相同。 如果頂?shù)装迨堑蛷?qiáng)度、分層厚度小的粉砂巖、頁(yè)巖、泥巖時(shí)，則在自重及軸向力等的作用下，頂板很容易彎曲下沉，底板鼓起，造成頂?shù)?/p>

6、板移近量增大。 如果頂?shù)装鍨楦邚?qiáng)度厚分層的砂巖、砂質(zhì)頁(yè)巖等組成時(shí)，頂?shù)装逡平烤鸵〉枚唷４笸?、通化、北京等局的巷道頂?shù)装迨菆?jiān)硬砂巖，采用無(wú)支護(hù)就屬此例。 圍巖變形能力不僅取決于所承受的壓力大小，還與圍巖強(qiáng)度有關(guān)。低強(qiáng)度巖體的變形能力要高于高強(qiáng)度巖體。2022/8/3013（a） （b） （c） 圖 巷道圍巖穩(wěn)定與破壞 巷道掘進(jìn)后及時(shí)架設(shè)支架，給兩幫巖體提供側(cè)向力3（圖c），使其轉(zhuǎn)為三向應(yīng)力狀態(tài)，阻止破壞的繼續(xù)發(fā)展，可以維持圍巖的穩(wěn)定，礦壓顯現(xiàn)程度就可得到明顯控制。2022/8/3014（2）支架受力的相對(duì)性支架上的壓力顯現(xiàn)大小主要取決于三方面因素：支架對(duì)圍巖運(yùn)動(dòng)的抵抗程度 支架對(duì)圍巖抵抗程度

7、越高，承受的荷載越大，圍巖變形越小。相反，如果支架不能對(duì)圍巖的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行抵抗，而是在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中逐步“退讓”，則壓力顯現(xiàn)不明顯，而圍巖變形則相應(yīng)增大 。 同一種巷道，是采用砌碹支護(hù)，還是采用可縮性支架支護(hù)，巷道變形及支架上受力大小截然相反：前者碹體受力大，巷道變形?。ㄒ?yàn)橹Ъ軐?duì)圍巖運(yùn)動(dòng)起到了限制作用），后者則支架受力相對(duì)減小、巷道變形相應(yīng)增加。 2022/8/3015 對(duì)于回采工作面來(lái)說(shuō)，當(dāng)支架對(duì)頂板處于 “非讓壓”（“限定變形”）工作狀態(tài)時(shí)，支架抵抗程度越高（即老頂巖梁下沉量越小），對(duì)增阻支柱來(lái)說(shuō)，頂板下沉量越小，支架上顯現(xiàn)的壓力也越小。若對(duì)巖梁位態(tài)限制程度越低，處于“讓壓” （“給定變形”）工

8、作狀態(tài)，則老頂巖梁運(yùn)動(dòng)結(jié)束時(shí)的頂板下沉量越大，采用增阻支柱時(shí)顯現(xiàn)的壓力也越大。支架的力學(xué)特征 對(duì)于巷道來(lái)說(shuō)，支架一般是在“讓壓”情況下工作。2022/8/3016 采用增阻、可縮性支柱支護(hù)時(shí)，隨著頂板下沉，支柱受力隨活柱下縮而逐漸增大。頂板下沉到不同位置，支柱上壓力顯現(xiàn)是不同的。如果采用恒阻支柱支護(hù)，只要支柱受力超過(guò)安全閥開(kāi)啟壓力，則支柱下縮，并保持壓力恒定，即支柱上的壓力顯現(xiàn)在頂板下沉過(guò)程中基本不變。2022/8/3017礦壓與礦壓顯現(xiàn)的辯證關(guān)系 礦壓的存在是絕對(duì)的，而顯現(xiàn)是相對(duì)的，有條件的。壓力顯現(xiàn)強(qiáng)烈的部位不一定是壓力高峰的位置。圖中所示，在A處頂板下沉量比B處大，但支承壓力高峰卻是在B

9、處。2022/8/30182.1上覆巖層運(yùn)動(dòng)和破壞的基本形式2 采場(chǎng)上覆巖層運(yùn)動(dòng)和發(fā)展的基本規(guī)律（1）彎拉破壞的運(yùn)動(dòng)形式2022/8/3019(2)剪（切）斷破壞的運(yùn)動(dòng)形式 懸露巖層剪斷的充分必要條件是：當(dāng)采場(chǎng)推進(jìn)至巖梁端部開(kāi)裂位置附近，剩余抗剪斷面上的剪應(yīng)力超過(guò)限度，雖然中部還未裂開(kāi)，只要巖層下部有少量運(yùn)動(dòng)空間，巖層即被剪斷。 巖層懸露后產(chǎn)生很小的彎曲變形，懸露巖層端部開(kāi)裂在巖層中部未開(kāi)裂（或開(kāi)裂很少）的情況下，突發(fā)性整體切斷跨落。2022/8/3020巖層破壞形式的轉(zhuǎn)化 巖層破壞的彎拉破壞和剪切破壞兩種形式是隨地質(zhì)條件和采動(dòng)條件的變化而相互轉(zhuǎn)化的。 （1）當(dāng)工作面推至端部開(kāi)裂位置附近，提高

10、推進(jìn)速度可能會(huì)使原來(lái)呈彎拉破壞運(yùn)動(dòng)的巖層轉(zhuǎn)變?yōu)榧魯嗥茐?。這就是在日常來(lái)壓較均勻的采場(chǎng)，高產(chǎn)后往往出現(xiàn)切頂事故的原因。 （2）改變開(kāi)采程序。堅(jiān)硬巖層覆蓋的厚煤層，下行式開(kāi)采時(shí)，頂分層的堅(jiān)硬頂板可能整體切斷，威脅生產(chǎn)。同時(shí)，跨落的大塊造成中底分層假頂管理困難。為此可采用上行式開(kāi)采程序。若先采底分層，一方面堅(jiān)硬巖層離采場(chǎng)位置較高，又有較大的殘余厚度作為墊層，可防止堅(jiān)硬巖層剪斷；另一方面，最后采頂分層時(shí)，堅(jiān)硬巖層受重復(fù)采動(dòng)影響，已形成裂縫，突然剪斷的可能性較小。2022/8/3021 （4）在推進(jìn)方向遇到如圖所示的巖層，彎拉破壞的巖層可能向整體切斷的運(yùn)動(dòng)形式轉(zhuǎn)化。因?yàn)閿鄬悠茐牧藥r層的延續(xù)性。當(dāng)工作面推

11、進(jìn)到斷層部位，巖層懸露尚未達(dá)到中部裂斷所必需的跨度，可能出現(xiàn)整體切斷的危險(xiǎn)。圖 工作面前方構(gòu)造斷裂面對(duì)巖層運(yùn)動(dòng)形式的影響 （3）強(qiáng)制放頂改變堅(jiān)硬巖層的厚度，可以排除整體切斷跨落的威脅，從而使破壞形式轉(zhuǎn)化為彎拉破壞形式。2022/8/30222.2上覆巖層縱向運(yùn)動(dòng)發(fā)展的基本規(guī)律A-冒落帶 B-裂隙帶 C-緩沉帶 采場(chǎng)上覆巖層中除臨近煤層的采空區(qū)已跨落巖層外，其它巖層保持“假塑性”狀態(tài)，兩端由煤體支承，(或一端由工作面前方煤體支承，一端由采空區(qū)矸石支承)在推進(jìn)方向上保持傳遞力的聯(lián)系。因此，可把每一組同時(shí)運(yùn)動(dòng)（或近似同時(shí)運(yùn)動(dòng)）的巖層看成一個(gè)運(yùn)動(dòng)的整體，稱為“傳遞力的巖梁”，簡(jiǎn)稱“傳遞巖梁”。 傳遞巖

12、梁形成的力學(xué)原理2022/8/3023（a）直接頂 （b）基本頂 直接頂：在老塘（采空區(qū)）內(nèi)已跨落，在采場(chǎng)內(nèi)由支架暫時(shí)支撐的懸臂梁，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在采場(chǎng)推進(jìn)方向上不能始終保持水平力的傳遞?；卷敚菏侵高\(yùn)動(dòng)時(shí)對(duì)采場(chǎng)礦壓顯現(xiàn)有明顯影響的傳遞巖梁的總合，在初次來(lái)壓后，是一組在推進(jìn)方向上能始終傳遞水平力的不等高裂隙梁。2022/8/3024直接頂和基本頂?shù)南嗷マD(zhuǎn)化 造成直接頂和基本頂兩部分巖梁轉(zhuǎn)化的原因： （1）地質(zhì)條件的變化，主要是巖層厚度和斷層等構(gòu)造的影響。 （2）采動(dòng)條件的變化，主要是采高和推進(jìn)速度的變化。 （3）改變采空區(qū)頂板處理方法。 （4）改變開(kāi)采程序。 對(duì)同一采場(chǎng)，當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件和采動(dòng)條件等發(fā)

13、生變化或改變采空區(qū)頂板的處理方法時(shí)，直接頂和基本頂之間有可能相互轉(zhuǎn)化。原屬直接頂?shù)膸r層可能變成基本頂，同樣，原屬基本頂?shù)膸r層也可以轉(zhuǎn)化為直接頂 。2022/8/3025（1）地質(zhì)條件的變化，主要是巖層厚度和斷層等構(gòu)造的影響。（2）采動(dòng)條件的變化，主要是采高和推進(jìn)速度的變化。改變推進(jìn)速度到一定限度，也可能造成兩者間的轉(zhuǎn)化。 2022/8/3026（3）改變采空區(qū)頂板處理方法。（4）改變開(kāi)采程序2022/8/30273.3.3 影響巖層運(yùn)動(dòng)的因素（1）巖層的強(qiáng)度特征 強(qiáng)度高、厚度大的巖梁，周期運(yùn)動(dòng)步距c將較大，相對(duì)穩(wěn)定步距b也較大，顯著運(yùn)動(dòng)步距a則較?。磶r梁顯著運(yùn)動(dòng)發(fā)展迅速）；強(qiáng)度低、厚度小的巖

14、梁，周期來(lái)壓步距c和相對(duì)穩(wěn)定步距b則較小，顯著運(yùn)動(dòng)步距a要大些（即顯著運(yùn)動(dòng)發(fā)展較緩慢）。 若裂隙相當(dāng)發(fā)育，有時(shí)很難劃分巖梁處于相對(duì)穩(wěn)定和顯著運(yùn)動(dòng)的界限。2022/8/3028（2）采動(dòng)條件采高、推進(jìn)速度等采動(dòng)條件對(duì)巖梁的運(yùn)動(dòng)過(guò)程會(huì)產(chǎn)生重要影響。 加大采高，而工作面跨落高度不變，則增加了巖梁顯著運(yùn)動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)空間，巖梁的顯著運(yùn)動(dòng)更明顯。 當(dāng)巖層的強(qiáng)度較低時(shí)，突然提高推進(jìn)速度到某定值后，有可能導(dǎo)致巖梁運(yùn)動(dòng)步距擴(kuò)大。 有些礦井在日常推進(jìn)速度條件下采場(chǎng)來(lái)壓不明顯，高產(chǎn)后出現(xiàn)大面積來(lái)壓現(xiàn)象，就是這個(gè)原因。此時(shí)應(yīng)加強(qiáng)支護(hù)，否則易冒頂。（3）采空區(qū)處理方法 采用強(qiáng)制放頂減小巖梁厚度，可減小運(yùn)動(dòng)步距（c值、 b

15、值）。采空區(qū)充填減小巖梁運(yùn)動(dòng)空間，可使其運(yùn)動(dòng)不明顯。2022/8/3029初次運(yùn)動(dòng)階段 從巖層由開(kāi)切眼開(kāi)始懸落,到對(duì)工作面有明顯影響的一、二個(gè)傳遞巖梁第一次斷裂運(yùn)動(dòng)結(jié)束為止。2.3上覆巖層在推進(jìn)方向上的運(yùn)動(dòng)規(guī)律2022/8/3030周期性運(yùn)動(dòng)階段 從巖層初次運(yùn)動(dòng)結(jié)束到工作面采完，頂板巖層按一定周期有規(guī)律的斷裂運(yùn)動(dòng)，稱做周期性運(yùn)動(dòng)階段。2022/8/3031 把巖梁運(yùn)動(dòng)幅度較小，對(duì)采場(chǎng)礦壓影響不明顯的過(guò)程稱為巖梁處于相對(duì)穩(wěn)定過(guò)程。即巖梁處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)工作面推進(jìn)的距離。用相對(duì)穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)步距 b表示。 把巖梁運(yùn)動(dòng)幅度大，對(duì)采場(chǎng)礦壓有明顯影響的過(guò)程,稱為巖梁處于顯著運(yùn)動(dòng)過(guò)程,既通常所說(shuō)的來(lái)壓過(guò)程。即

16、巖梁大幅度運(yùn)動(dòng)開(kāi)始,到運(yùn)動(dòng)基本結(jié)束。用顯著運(yùn)動(dòng)步距a 表示。顯著運(yùn)動(dòng)過(guò)程相對(duì)穩(wěn)定階段2022/8/3032（1）初次運(yùn)動(dòng)階段的基本參數(shù)表達(dá)巖梁運(yùn)動(dòng)過(guò)程的基本參數(shù)巖梁來(lái)壓步距2022/8/3033 巖梁經(jīng)歷一次相對(duì)穩(wěn)定過(guò)程與顯著運(yùn)動(dòng)的全過(guò)程就完成了一個(gè)周期, 是指巖梁完成一次周期性運(yùn)動(dòng)工作面所推過(guò)的距離。描述巖梁運(yùn)動(dòng)周期長(zhǎng)短的參數(shù)時(shí)周期來(lái)壓步距c。 c=a+b c巖梁的周期來(lái)壓步距，m； a巖梁的顯著運(yùn)動(dòng)步距，m； b巖梁的相對(duì)穩(wěn)定步距，m。一般情況下，周期來(lái)壓步距為初次來(lái)壓步距的0.5-0.25倍。（2）周期運(yùn)動(dòng)階段的基本參數(shù)2022/8/3034 各次周期來(lái)壓步距并非都完全相等，而是呈一大一

17、小的周期性變化。這個(gè)變化將隨來(lái)壓次數(shù)的增加，差值愈來(lái)愈小。 計(jì)算及實(shí)踐結(jié)果證明，經(jīng)過(guò)兩、三個(gè)周期以后，步距的差別實(shí)際上已很小。因此采場(chǎng)進(jìn)入正常推進(jìn)階段后，把周期來(lái)壓步距看成基本相同是可行的。一般情況下，周期來(lái)壓步距為初次來(lái)壓步距的0.5-0.25倍。2022/8/3035（4）巖梁運(yùn)動(dòng)步距的實(shí)測(cè)研究 在現(xiàn)場(chǎng)確定巖層運(yùn)動(dòng)的步距，通常采用頂?shù)装逑鄬?duì)移近量和移近速度為主體的巖層動(dòng)態(tài)觀測(cè)研究方法。 分析研究各動(dòng)態(tài)曲線，對(duì)巖梁的運(yùn)動(dòng)步距（a、b、c）進(jìn)行標(biāo)定。2022/8/30362022/8/30372022/8/3038 若巖梁初次來(lái)壓步距過(guò)大，對(duì)工作面安全生產(chǎn)造成威脅，則可以通過(guò)強(qiáng)制放頂方法減小來(lái)

18、壓步距。 （a）循環(huán)放頂 （b）中部拉槽 （c）端部切斷2022/8/3039直接頂厚度的實(shí)測(cè)推斷方法 利用采場(chǎng)來(lái)壓前夕支柱承載值P，可以反推直接頂跨落厚度。 關(guān)于基本頂?shù)暮穸确秶?，宋振騏院士等曾經(jīng)在開(kāi)灤范各莊礦巖層運(yùn)動(dòng)實(shí)測(cè)的研究中進(jìn)行了探討，初步認(rèn)為基本頂范圍約為采高的5-6倍。經(jīng)過(guò)最近幾年井下實(shí)測(cè)研究的驗(yàn)證，在一般巖層條件下，這個(gè)結(jié)論比較接近客觀實(shí)際,也可以通過(guò)實(shí)測(cè)得到。2022/8/3040影響直接頂厚度的主要因素采高h(yuǎn) 的影響 從直接頂計(jì)算公式可看出：如果上覆巖層厚度都不大，強(qiáng)度和變形能力基本相同，則可以得出冒高與采高近似成正比的結(jié)論。 巖梁觸矸處已冒巖層碎脹系數(shù)KA的影響 采空區(qū)頂板

19、處理方法的影響 采用充填法可以減少冒高值；采用強(qiáng)制放頂可以將可能整體跨落的采場(chǎng)向一般采場(chǎng)轉(zhuǎn)化。 開(kāi)采程序的影響現(xiàn)場(chǎng)把改變采高看做控制采場(chǎng)礦壓和上覆巖層破壞范圍的手段是正確的。2022/8/3041 3.1 支承壓力的基本概念3采場(chǎng)支承壓力及礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運(yùn)動(dòng)間的關(guān)系支承壓力的分布范圍包括高于和低于原巖應(yīng)力的整個(gè)區(qū)域 煤（礦）層采出后，在圍巖應(yīng)力重新分布的范圍內(nèi)，作用在煤（巖）層和矸石上的垂直壓力。支承壓力來(lái)源于上覆巖層的重量。2022/8/3042圖 采煤工作面前后方的應(yīng)力分布工作面前方應(yīng)力變化區(qū)；工作面控頂區(qū)；垮落巖石松散區(qū)；垮落巖石逐漸壓縮區(qū)；垮落巖石壓實(shí)區(qū)；A原巖應(yīng)力區(qū)；B應(yīng)力增高區(qū)

20、；C應(yīng)力降低區(qū)；D應(yīng)力穩(wěn)定區(qū)2022/8/3043圖 已采區(qū)及其兩側(cè)煤柱的應(yīng)力分布A原巖應(yīng)力區(qū)；B1、B2應(yīng)力增高區(qū)；C應(yīng)力降低區(qū)；D應(yīng)力穩(wěn)定區(qū)2022/8/30443.2 采場(chǎng)支承壓力分布與上覆巖層運(yùn)動(dòng)間的關(guān)系從采場(chǎng)推進(jìn)開(kāi)始至煤壁支承能力改變(即煤壁附近煤體進(jìn)入塑性狀態(tài))之前。第一階段：2022/8/3045從煤壁支承能力改變到老頂巖梁端部斷裂前為止。第三階段第二階段從老頂巖梁端部斷裂到巖梁中部觸矸為止。2022/8/3046采場(chǎng)礦壓顯現(xiàn)與上覆巖層運(yùn)動(dòng)間的關(guān)系 圍巖變形、破壞與跨落（1）直接頂?shù)某醮慰迓鋱D4.13 直接頂初次垮落 長(zhǎng)壁工作面從開(kāi)切眼開(kāi)始采煤后，直接頂跨度不斷增加，其彎曲下沉也

21、不斷增加。一般在直接頂跨距達(dá)6m20m后，直接頂初次跨落。 當(dāng)直接頂跨落高度達(dá)到1m以上、跨落長(zhǎng)度達(dá)工作面長(zhǎng)度一半以上時(shí)，就叫做直接頂初次垮落。直接頂初次垮落時(shí)自開(kāi)切眼到支架后排放頂線的距離叫做初次垮落步距。 2022/8/3047（2）基本頂初次來(lái)壓（a）（b）圖4.14 基本頂初次來(lái)壓 隨著采煤工作面的推進(jìn)，基本頂就逐漸彎曲下沉，當(dāng)達(dá)到極限跨距斷裂下沉。這時(shí)工作面頂板下沉加快，煤壁片幫嚴(yán)重，支柱受力增大，甚至發(fā)生頂板的臺(tái)階下沉。采煤工作面開(kāi)采以來(lái)初次斷裂，使工作面支架承受較大的靜載荷或沖擊載荷，這種礦山壓力顯現(xiàn)叫做基本頂初次來(lái)壓，如圖4.14所示。基本頂初次來(lái)壓時(shí)，由開(kāi)切眼到工作面煤壁的距

22、離叫做基本頂?shù)某醮蝸?lái)壓步距，一般為20m50m。 如果直接頂跨落后不能填滿采空區(qū)空間，基本頂把自身及上位巖層的重量都加到工作面周圍的煤柱上。2022/8/3048（3）基本頂周期來(lái)壓 基本頂初次來(lái)壓后，隨著工作面的繼續(xù)推進(jìn)，基本頂呈周期性折斷下沉，工作面周期性出現(xiàn)頂板下沉加快、煤壁嚴(yán)重片幫、支柱受力增大以及頂板臺(tái)階下沉等。這種由于基本頂周期性斷裂引起的礦山壓力顯現(xiàn)叫做基本頂周期來(lái)壓，如圖4.15所示。相鄰兩次基本頂周期來(lái)壓的平均距離，即基本頂周期折斷的平均值叫做基本頂周期來(lái)壓步距。一般為基本頂初次來(lái)壓步距的1/21/4。圖4.15 基本頂周期來(lái)壓2022/8/3049(1)支架對(duì)直接頂?shù)墓ぷ鳡?/p>

23、態(tài)“給定載荷”方案 頂板控制設(shè)計(jì)時(shí)，必須按最危險(xiǎn)狀態(tài)（沿煤壁處切斷）考慮直接頂給支架的作用力可近似地看成是恒定的4 回采工作面支架與圍巖關(guān)系4.1支架對(duì)頂板的工作狀態(tài)2022/8/3050(2)支架對(duì)基本頂?shù)墓ぷ鳡顟B(tài)“給定變形”和“限定變形” “給定變形”工作方案支架只能降低巖梁運(yùn)動(dòng)速度，但不能阻止巖梁的運(yùn)動(dòng)最終狀態(tài)時(shí)的頂板下沉量 為防止支架在巖梁運(yùn)動(dòng)過(guò)程中被壓死，所要求的最大允許縮量須滿足： 2022/8/3051“限定變形”工作方案 指采場(chǎng)支架對(duì)巖梁運(yùn)動(dòng)進(jìn)行必要的限制。在支架剛度一定的條件下，要求控制的位態(tài)愈高，所需支架的阻抗力越大。位態(tài)方程2022/8/3052 在“給定變形”條件下工作

24、的增阻支架，在采場(chǎng)推進(jìn)過(guò)程中，其壓力顯現(xiàn)規(guī)律與采場(chǎng)頂板下沉量的變化規(guī)律相同，如圖4.17所示。圖4.17 “給定變形”條件下增阻支架壓力顯現(xiàn)規(guī)律2022/8/3053恒阻支架圖4.18 “給定變形”條件下恒阻支架壓力顯現(xiàn)規(guī)律2022/8/3054增阻支架增阻支架在“限定變形”狀態(tài)下工作時(shí)，其受力大小完全由采場(chǎng)頂板下沉量決定。 圖4.19“限定變形”條件下增阻支架壓力顯現(xiàn)規(guī)律2022/8/3055恒阻支架（限定變形）圖4.20 “限定變形”條件下恒阻支架壓力顯現(xiàn)規(guī)律2022/8/3056不同類型頂板條件下支架壓力顯現(xiàn)特征 對(duì)于強(qiáng)度高、厚度大的頂板，有可能發(fā)生整體跨落。在頂板跨落前，巖層大面積懸露

25、，且無(wú)明顯沉降，則支架上顯現(xiàn)的壓力將會(huì)很小，一旦切落，支架受力將迅速上升，甚至?xí)锌骞ぷ髅?。?duì)于強(qiáng)度高的基本頂板巖梁，當(dāng)其下部直接頂跨落，不足以充填采空區(qū)時(shí)，由于巖梁顯著沉降的空間較大，則在來(lái)壓時(shí)刻，往往伴有動(dòng)壓沖擊，支架受力會(huì)明顯上升。 對(duì)于強(qiáng)度低的軟巖頂板，巖梁的自穩(wěn)性能低，當(dāng)下部巖梁沉降時(shí)，上部巖梁會(huì)在不太長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)追隨下部巖梁的沉降。因此，采場(chǎng)頂板下沉量即基本頂?shù)暮穸染S時(shí)間增加而增加，致使在采場(chǎng)推進(jìn)過(guò)程中，支架受力一直十分明顯。 2022/8/3057 支承壓力現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)主要是確定其分布特征，如分布范圍、高峰位置、低應(yīng)力區(qū)范圍等重要的特征參數(shù) 。（1）鉆孔液壓枕法 該方法是利用鉆孔液壓

26、枕（油枕應(yīng)力計(jì)）測(cè)量煤體的相對(duì)應(yīng)力變化。采用鉆孔測(cè)力計(jì)測(cè)定支承壓力分布特征的關(guān)鍵是測(cè)力計(jì)的預(yù)緊，否則只能給出很低的壓力變化或根本測(cè)不出壓力。測(cè)力計(jì)的預(yù)緊一般通過(guò)楔體結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)， 支承壓力現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)2022/8/3058 油枕應(yīng)力計(jì)的測(cè)點(diǎn)布置：在開(kāi)采前，從距切眼50m100m開(kāi)始，每隔10m20m由兩順槽巷道向煤體鉆水平孔?？咨钜话?m10m。每個(gè)觀測(cè)階段每側(cè)巷道內(nèi)的鉆孔數(shù)不應(yīng)少于3個(gè)5個(gè)。鉆孔的方向也可根據(jù)觀測(cè)需要確定。2022/8/3059（2）鉆屑法 根據(jù)鉆孔過(guò)程中單位孔深排出煤屑的重量、體積和粒度組成等來(lái)判斷采煤工作面煤體應(yīng)力是一種簡(jiǎn)便方法。排出煤屑的狀況，一方面與鉆孔的幾何尺寸有關(guān)，另一方

27、面與煤體內(nèi)應(yīng)力狀況有關(guān)，在應(yīng)力作用下鉆孔發(fā)生收縮變形，使鉆孔的煤屑量和粒度組成發(fā)生改變。 用手持式電鉆垂直煤壁打眼，鉆孔深5m8m，在鉆孔過(guò)程中，收集鉆出的煤屑，每鉆進(jìn)一米測(cè)量一次煤屑重量和體積及用3mm篩子測(cè)粒度組成。2022/8/3060（3）鉆孔鋼弦測(cè)力計(jì)法鋼弦式測(cè)力計(jì)結(jié)構(gòu) 1支撐；2，6導(dǎo)軌；3楔塊； 4金屬?gòu)椥酝玻?振弦；單位mm 鉆孔鋼弦測(cè)力計(jì)方法同鉆孔液壓枕監(jiān)測(cè)支承壓力分布特征的原理相同，主要差異在于傳感原理不同。 2022/8/3061（4）超前巷道位移法 支承壓力的存在是絕對(duì)的。支承壓力顯現(xiàn)是支承壓力的作用結(jié)果，其形式和程度是相對(duì)的。只有當(dāng)煤體進(jìn)入塑料破壞狀態(tài)后才會(huì)發(fā)生明顯的

28、顯現(xiàn)，支承壓力顯示的基本規(guī)律如圖3.26所示。 煤壁不出現(xiàn)非彈性區(qū)，壓力分布呈高峰在煤壁的負(fù)指數(shù)曲線，支承壓力與顯現(xiàn)成正比關(guān)系；煤壁出現(xiàn)非彈性區(qū)后，顯現(xiàn)與壓力的分布規(guī)律不盡相同，顯現(xiàn)仍是一條高峰在煤壁單調(diào)下降曲線，彈性區(qū)內(nèi)顯現(xiàn)與壓力成對(duì)應(yīng)關(guān)系，非彈性區(qū)，顯現(xiàn)與壓力變化趨勢(shì)相反。利用巷道動(dòng)態(tài)法確定支承壓力高峰位置、分布范圍和明顯影響范圍。2022/8/3062（5）側(cè)向聯(lián)絡(luò)巷位移法 圖4.28 測(cè)區(qū)布置 在順槽一側(cè)設(shè)置一條巷道監(jiān)測(cè)線，觀測(cè)開(kāi)采前后傾向支承壓力分布狀態(tài)。 2022/8/30634.2 采場(chǎng)支護(hù)的原理(1)對(duì)直接頂“支”與“護(hù)”兩重性支護(hù)住直接頂使其不垮落護(hù)住頂板使破碎巖塊不能進(jìn)入工

29、作面(2)對(duì)基本頂控制狀態(tài)的選擇根據(jù)采場(chǎng)的需要來(lái)選擇支架的工作狀態(tài)。2022/8/3064綜采液壓支架實(shí)際支撐能力 液壓支架升架質(zhì)量，直接影響到支架對(duì)頂板的初撐力，也影響到支架由初撐狀態(tài)進(jìn)入到恒阻狀態(tài)所需的時(shí)間（即該段活柱縮量大?。?，如圖5.27所示。4.3 采場(chǎng)支護(hù)設(shè)計(jì)相關(guān)問(wèn)題2022/8/3065 液壓支架對(duì)頂板的支護(hù)特性與單體支柱不同，隨工作面推進(jìn)，存在著支架反復(fù)卸載、前移、再支撐的過(guò)程（單向割煤、雙向割煤）。在支架卸載前移過(guò)程中，卸載時(shí)對(duì)頂板的支撐力幾乎消失，使臨近的未移支架所受壓力升高，沿工作面煤壁方向明顯出現(xiàn)支架受載不均現(xiàn)象（如圖5.29），支架對(duì)頂板的實(shí)際支撐力應(yīng)當(dāng)是沿工作面煤壁

30、方向整個(gè)支架控頂范圍內(nèi)的阻力平均值。圖5.29 沿煤壁方向支架受力分布液壓支架對(duì)頂板的實(shí)際支撐能力 2022/8/3066 單體支柱工作面 通常的頂板處理方法有：留煤柱、煤垛支撐頂板（如房柱、刀柱等）；緩慢下沉法；自然垮落法；層狀堅(jiān)硬頂板（厚度不超過(guò)5m）運(yùn)動(dòng)形式轉(zhuǎn)化法；厚層堅(jiān)硬頂板特殊處理法。 自然垮落法 對(duì)頂板不采取專門的處理措施，隨工作面推進(jìn)頂板在采空區(qū)內(nèi)自行垮落稱為自然垮落法處理頂板。它借助于頂板巖層自身的垮落性控制頂板，屬既安全又經(jīng)濟(jì)的方法，在條件允許時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選擇。2022/8/3067緩慢下沉法 煤層上方覆蓋層由塑彎性能強(qiáng)的石灰?guī)r或泥質(zhì)頁(yè)巖組成時(shí)，頂板可能隨工作面推進(jìn)而彎曲下沉，

31、并在采空區(qū)內(nèi)一定距離處與底板接觸閉合。 若因頂板下沉量太大，工作空間過(guò)小，或超過(guò)支柱縮量的限度時(shí)，就需要在采空區(qū)進(jìn)行部分充填，以減小最大控頂排處的頂板下沉量，如圖5.30（b）所示。(a) 緩慢下沉 (b) 采空區(qū)充填 (c) 采空區(qū)內(nèi)強(qiáng)放圖5.30 緩慢下沉頂板采空區(qū)充填與強(qiáng)制放頂2022/8/3068綜采放頂煤采場(chǎng)礦壓控制 放頂煤采煤工藝的實(shí)質(zhì)是，在開(kāi)采煤層的底部(或沿底板，或在煤層中某一高度范圍的底部)布置一個(gè)回采工作面，用正常的機(jī)械化方法進(jìn)行回來(lái)，工作面上方的頂煤，利用礦山壓力作用或輔以人工松動(dòng)方法使其破碎，并隨工作面推進(jìn)在后方放出，這種采煤工藝稱為放頂煤采煤工藝。 1957年蘇聯(lián)開(kāi)始

32、試驗(yàn)綜合機(jī)械化放頂煤采煤方法，特別是在1964年法國(guó)首先試驗(yàn)成功以后，一些主要產(chǎn)煤國(guó)家相繼引進(jìn)了這一技術(shù)，并十分重視。目前，主要產(chǎn)煤國(guó)家已普遍認(rèn)為它是開(kāi)采厚度520m的厚煤層最好的工藝方法之一。生產(chǎn)實(shí)踐表明，采煤工藝的關(guān)鍵：頂煤破碎和被順利放出。2022/8/3069綜采放頂煤采場(chǎng)礦壓控制2022/8/3070 綜合機(jī)械化放頂煤采煤工藝的主要生產(chǎn)過(guò)程是：在工作面中，采煤機(jī)割煤后，液壓支架及時(shí)支護(hù)，移到新的位置，推移工作面輸送機(jī)；待采過(guò)兩、三刀后，即工作面推進(jìn)約1.2-1.8m后，工作面暫停開(kāi)采；按放煤工藝要求順序打開(kāi)支架后方的放煤窗口，放出已松碎的頂煤，至見(jiàn)矸石時(shí)，立即關(guān)閉放煤窗口；將工作面全

33、長(zhǎng)的頂煤全部放出后，再進(jìn)行端頭支護(hù)和其它輔助工序。 完成上述全部工序即為一個(gè)采煤工藝循環(huán)過(guò)程。但是這兩個(gè)工藝過(guò)程在工作面全長(zhǎng)內(nèi)分段同時(shí)進(jìn)行。這種回采工作面稱為放頂煤回采工作面。 根據(jù)煤層及圍巖的賦存條件(厚度和物理力學(xué)性質(zhì)等)，正?；夭晒ぷ髅婵捎胁煌牟贾梦恢?，采煤工藝可分為三種不同的類型。2022/8/3071按工作面布置方式分類（1）整層放頂煤采煤法 直接沿底板布置放頂煤工作面，當(dāng)采煤工作面推進(jìn)一定的距離后，就將上部頂煤放出，這樣一次采出煤層的全部厚度。 2022/8/3072（2）預(yù)采頂分層采煤法 沿頂板在煤層中布置一個(gè)普通長(zhǎng)壁采煤工作面（即采頂分層），然后再沿底板布置放頂煤工作面進(jìn)行回

34、采，將底分層上部的頂煤放出。 該采煤法應(yīng)解決三個(gè)問(wèn)題：一是直接頂堅(jiān)硬或厚度較薄，不能隨采隨冒，需要人工措施處理頂板；二是防止在底部放頂煤時(shí)發(fā)生混矸；三是當(dāng)煤層中瓦斯含量較大或有突出危險(xiǎn)時(shí)，預(yù)采頂分層可起到預(yù)先釋放瓦斯，或進(jìn)行抽放工作。 2022/8/3073綜采放頂煤采場(chǎng)礦壓控制（3）預(yù)采中間分層放頂煤采煤法 先在煤層中間布置一個(gè)普通長(zhǎng)壁采煤工作面進(jìn)行開(kāi)采。然后，再沿底板布置放頂煤采煤工作面。 對(duì)厚度大于10m，硬度較大，難以直接放落的煤層或需預(yù)疏干的煤層，可采用這種采煤法使頂煤預(yù)先垮落松碎，然后再放煤回收。 頂煤預(yù)先垮落松碎，還將增加自然發(fā)火的危險(xiǎn)性和放煤時(shí)的煤塵量。2022/8/3074綜

35、采放頂煤采場(chǎng)礦壓控制（4）水平分段放頂煤采煤法 對(duì)于厚度超過(guò)20m，甚至上百米的極厚煤層，可以把煤層厚度按10m20m分成若干個(gè)分段，使用放頂煤采煤法依次自上而下分段回采。這種方法叫做極厚煤層分段放頂煤采煤法。 在急傾斜特厚煤層中，水平分段放頂煤采煤法類似于水平分層采煤法，其差別是按高度劃分為分段，在分段底部采用水平分層采煤法的落煤方式（機(jī)采或炮采），分段上部的煤炭由采場(chǎng)后方放出運(yùn)走。 2022/8/30756.2 綜放采場(chǎng)頂板結(jié)構(gòu)及“支架圍巖”關(guān)系 放頂煤采場(chǎng)的需控巖層，主要指直接頂和頂煤，一般而言由于頂煤的存在，基本頂?shù)倪\(yùn)動(dòng)效應(yīng)將被頂煤“弱化”，變?yōu)榇我目刂茖?duì)象。2022/8/3076（

36、1）直接頂厚度 在放頂煤采場(chǎng)，煤從垮落到放完是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，此過(guò)程中直接頂?shù)暮穸仁亲兓模嗉椿卷數(shù)暮穸扰c位態(tài)也是變化的。 直接頂厚度： 2022/8/3077（2）基本頂作用 由于放頂煤開(kāi)采的特殊性，基本頂活動(dòng)的礦壓顯現(xiàn)是通過(guò)直接頂及頂煤介質(zhì)傳遞到工作面煤壁及支架，多數(shù)采場(chǎng)基本頂運(yùn)動(dòng)在工作面的礦壓顯現(xiàn)并不十分明顯。2022/8/3078二、綜采工作面礦壓觀測(cè)方法及數(shù)據(jù)分析 液壓支架的工作阻力由每根立柱柱腔液體壓力來(lái)反映，因此，通常通過(guò)監(jiān)測(cè)立柱內(nèi)壓來(lái)計(jì)算支架的阻力。 1、綜采工作面支護(hù)阻力的測(cè)定1.1儀器選擇 柱腔液體壓力的測(cè)量一般采用KJ-216綜采支架壓力計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng) ，它是一種適用于

37、煤礦高產(chǎn)高效工作面綜采支架壓力參數(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)距離監(jiān)測(cè)的分布式在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。2022/8/30792022/8/30801.2 測(cè)區(qū)的布置 沿回采工作面設(shè)置上、中、下3個(gè)測(cè)站，中部測(cè)站要設(shè)置2-5條測(cè)線，觀測(cè)項(xiàng)目要全，該位置的礦壓顯現(xiàn)具有代表性，該位置不受兩端護(hù)巷煤柱的影響。2022/8/3081 綜采支架壓力計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)記錄的P-t曲線包含了很豐富的內(nèi)容。但直接看記錄曲線很不直觀，必須加以整理和計(jì)算才能成為研究分析支架阻力變化規(guī)律的有用資料。一般需根據(jù)記錄曲線及時(shí)整理以下內(nèi)容: 由綜采支架壓力計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可監(jiān)測(cè)到液壓支柱的支護(hù)阻力，變化過(guò)程，可以得到支柱初撐力、最大阻力、循環(huán)經(jīng)歷時(shí)間以及支架運(yùn)

38、轉(zhuǎn)特性（P-t）曲線。1.3 日常數(shù)據(jù)整理與分析2022/8/3082實(shí)測(cè)初撐時(shí)各立柱油缸內(nèi)的壓力，MPa；每架支架的立柱數(shù)。 立柱內(nèi)徑，cm；按監(jiān)測(cè)循環(huán)計(jì)算支架的初撐力（P0）、末阻力（Pm）、時(shí)間加權(quán)平均阻力（Pt）和相應(yīng)的支護(hù)強(qiáng)度。 初撐力（P0）:指移架后的支架初始阻力。它的大小取決于泵站的工作壓力，并受管路損失和操作等因素的影響。支架立柱總初撐力可由下式計(jì)算：2022/8/3083循環(huán)末阻力（ ）:系指循環(huán)末支架移架前的工作阻力。 在正常情況下，循環(huán)末阻力為循環(huán)內(nèi)的最大工作阻力。它是反映綜采工作面礦壓顯現(xiàn)強(qiáng)弱，評(píng)價(jià)支架額定工作阻力是否富裕的重要指標(biāo)。支架立柱循環(huán)末總阻力由下式計(jì)算:

39、實(shí)測(cè)循環(huán)末油缸內(nèi)工作壓力。2022/8/3084 由于支架阻力是隨時(shí)間不斷變化的，所以，僅以循環(huán)末阻力還不足以反映支架的全面受力情況。 例如，兩個(gè)不同循環(huán)支架立柱的末阻力可能相近或相等，但在循環(huán)內(nèi)支架立柱的受力差別可能很大。兩個(gè)循環(huán)支架的受力不能認(rèn)為是等同的。2022/8/3085 用時(shí)間加權(quán)平均工作阻力（ ）則可以反映出這一差別。 時(shí)間加權(quán)平均阻力:指一個(gè)采煤循環(huán)內(nèi)以時(shí)間為加權(quán)計(jì)算的平均工作阻力，可根據(jù)阻力與時(shí)間的關(guān)系曲線求算。其值為曲線下所包圍的面積除以受力的時(shí)間。如圖所示，為簡(jiǎn)化計(jì)算，將曲線所包圍的面積分割成數(shù)個(gè)曲邊梯形，這樣，可按下式近似地求得2022/8/3086 一般應(yīng)盡量在曲線的

40、拐點(diǎn)處取分點(diǎn)。分割點(diǎn)越多，計(jì)算值越精確。但一般為簡(jiǎn)化計(jì)算，取5個(gè)左右分點(diǎn)即可。曲線變化不大時(shí)，分點(diǎn)也可再少些。時(shí)間，min；支架阻力()，kN 2022/8/3087支護(hù)強(qiáng)度( )：是指支架對(duì)頂板的支護(hù)阻力與支護(hù)面積( )的比值，單位為 。對(duì)于支撐式支架，立柱與頂板垂直， 值可用 求出 。對(duì)于掩護(hù)式支架，則需要再乘以支護(hù)效率。 統(tǒng)計(jì)支架的工作特性曲線，即統(tǒng)計(jì)阻力與時(shí)間關(guān)系曲線的類型，統(tǒng)計(jì)不同時(shí)期(如周期來(lái)壓或非周期來(lái)壓時(shí))的各循環(huán)阻力-時(shí)間關(guān)系曲線中各類型的百分比，可以分析頂板壓力的大小和支架對(duì)頂板的適應(yīng)性。例如，一次急增阻式曲線百分比極小，說(shuō)明支架的支撐力對(duì)這種頂板來(lái)說(shuō)是有富裕的。2022/

41、8/3088（a）初撐力（b）一次增阻式 （c）二次增阻式 （d）三次增阻式圖2 液壓支架阻力-時(shí)間關(guān)系曲線類型示意圖 根據(jù)以上分析，將幾條測(cè)線各值匯于監(jiān)測(cè)總圖上，在此圖上，支架阻力的變化是判定綜采工作面老頂來(lái)壓步距和強(qiáng)度的重要依據(jù)。2022/8/3089例如：根據(jù)邢臺(tái)煤礦7205頂分層綜采工作面支護(hù)阻力實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，分析頂板活動(dòng)規(guī)律，評(píng)價(jià)頂板穩(wěn)定性和支架支護(hù)阻力等參數(shù)。 7205綜采工作面位于邢臺(tái)煤礦東翼二采區(qū)，采用傾斜分層金屬網(wǎng)假頂傾斜長(zhǎng)壁下行垮落采煤法開(kāi)采七煤層。該煤層工作面直接頂為白色粗粒砂巖和粉砂巖，老頂為粗粒白色石英砂巖，底板為粉砂巖，煤層傾角平均60。所測(cè)采煤工作面為頂分層，采高2.

42、9m，采面長(zhǎng)約139m，采煤機(jī)斜切進(jìn)刀，往復(fù)雙向割煤，日進(jìn)2.4m，選用原西德貝考瑞特公司制造的兩柱掩護(hù)式支架，支護(hù)強(qiáng)度為408KN/m2492KN/m2，工作阻力為3260KN/架，初撐力為2480KN/架，支護(hù)高度1.3m3.2m。工作面運(yùn)輸巷和回風(fēng)巷采用單體液壓支柱加強(qiáng)支護(hù)。2022/8/3090 該采煤工作面中部設(shè)置了兩條觀測(cè)線（48架和50架），觀測(cè)了60個(gè)循環(huán)的支護(hù)阻力。（1）以觀測(cè)循環(huán)次數(shù)（N）、觀測(cè)日期（日 /月）和至開(kāi)切眼距離（L）為橫坐標(biāo)，以各循環(huán)的初撐力p0、循環(huán)末阻力Pm、時(shí)間加權(quán)平均阻力pt為縱坐標(biāo)，繪出支護(hù)阻力沿工作面推進(jìn)方向的分布曲線。1、頂板活動(dòng)規(guī)律1）判定老頂

43、來(lái)壓步距2022/8/30912022/8/30922022/8/3093（2）以實(shí)測(cè)阻力平均值 加其一倍均方差 為老頂來(lái)壓的判據(jù)p。 在圖中將大于判據(jù)的循環(huán)標(biāo)出，以大于pm的數(shù)據(jù)或峰值為主，參考大于 和 的數(shù)據(jù)或峰值，確定老頂來(lái)壓性質(zhì)、位置和順序，圖中觀測(cè)期間經(jīng)歷了直接頂初次垮落、老頂初次來(lái)壓和兩次周期來(lái)壓，有關(guān)來(lái)壓步距及參數(shù)見(jiàn)表所示。2022/8/30942022/8/3095 根據(jù)原煤炭部標(biāo)準(zhǔn)，利用直接頂強(qiáng)度指標(biāo)D和初次垮落步距l(xiāng)進(jìn)行直接頂分類，按直接頂與采高的比值N和老頂來(lái)壓步距L0進(jìn)行老頂分級(jí)。7205工作面未作巖石單向抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，故D值參考7404采煤工作面實(shí)測(cè)值，D=3.77M

44、Pa， l=13m17m，因此屬于中等穩(wěn)定II類直接頂，N=0.77， L0=24m，老頂屬于來(lái)壓明顯的II級(jí)頂板。2）確定老頂來(lái)壓強(qiáng)度2022/8/3096 按測(cè)試整理的數(shù)據(jù)和支護(hù)阻力分布圖，對(duì)采煤工作面所用的兩柱掩護(hù)式支架支護(hù)阻力及其強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)價(jià)。3.對(duì)掩護(hù)式支架支護(hù)阻力及支護(hù)強(qiáng)度的評(píng)述2022/8/30972022/8/30982022/8/30992022/8/301002022/8/301012022/8/30102（2）時(shí)間加權(quán)平均值為1912KN/架，其中大于2000KN/架的占34.9%，相當(dāng)于額定工作阻力（3260KN/架）的58.7%。其最大值為2452.2KN/架，相當(dāng)于

45、額定工作阻力的75.2%，由此可見(jiàn)，此類支架在該采煤工作面應(yīng)用是有較大富裕的。（1）實(shí)測(cè)最大工作阻力平均值為2155KN/架，其中大于2400KN/架的占29.6%，最大工作阻力實(shí)測(cè)值（平均值）與額定工作阻力（3260KN/架）比值為66.1%，額定工作阻力比頂板來(lái)壓時(shí)最大工作阻力3118KN/架仍剩余4.4%，這說(shuō)明兩柱掩護(hù)式支架在此工作面應(yīng)用時(shí)完全可以支撐頂板的。（3）支護(hù)強(qiáng)度實(shí)測(cè)值為：q0=326KN/m2; qm=423KN/m2; qt=389KN/架，這幾項(xiàng)指標(biāo)與設(shè)計(jì)值有一定的差距，總體來(lái)看，支護(hù)強(qiáng)度偏低，但q0/qm比額定值高，這對(duì)頂板控制是有好處的。2022/8/301032、

46、工作面頂板下沉與支架活柱下縮量監(jiān)測(cè)分析 采煤工作面“三量”觀測(cè)的測(cè)線、測(cè)區(qū)的布置應(yīng)統(tǒng)一安排，一般根據(jù)觀測(cè)目的而定。 三量：頂?shù)装逡平?、支柱活柱下縮量、支架載荷。 采場(chǎng)“三量”監(jiān)測(cè)的測(cè)站布置如圖所示。具體采場(chǎng)可根據(jù)情況適當(dāng)簡(jiǎn)化。一般可沿采場(chǎng)內(nèi)設(shè)上、中、下3個(gè)測(cè)站。中部測(cè)站要設(shè)置25條測(cè)線，觀測(cè)項(xiàng)目要全，這是因?yàn)橹胁坎皇軆啥俗o(hù)巷煤柱的影響，其礦壓顯現(xiàn)具有代表性，是重點(diǎn)觀測(cè)區(qū)。上、下測(cè)站可設(shè)12條測(cè)線，上、下測(cè)站距順槽煤柱的距離應(yīng)大于15m。2.1 測(cè)區(qū)及測(cè)線的布置2022/8/30104圖2.1 工作面“三量”監(jiān)測(cè)測(cè)站布置 2022/8/30105 觀測(cè)頂?shù)装逡平亢鸵平俣鹊膬x器有：測(cè)桿、頂板

47、動(dòng)態(tài)儀等，測(cè)量頂?shù)装逡平亢鸵平俣葧r(shí)，必須在頂、底板中安設(shè)牢固的基點(diǎn)。 基點(diǎn)的安設(shè)方法：先用電鉆在頂?shù)装宕蜓?，眼?00mm300mm，頂?shù)装迳厦恳粚?duì)基點(diǎn)的連線應(yīng)與頂?shù)装宕怪?，在孔眼?nèi)楔入事先準(zhǔn)備好的木樁，長(zhǎng)度150mm200mm，外露端釘入一個(gè)鐵釘，釘尾即作為觀測(cè)點(diǎn)。 測(cè)量基點(diǎn)的安設(shè)：在采煤機(jī)經(jīng)過(guò)后懸露的頂板上及時(shí)的安設(shè)基點(diǎn)，要注意使基點(diǎn)的位置對(duì)準(zhǔn)兩個(gè)支架間的縫隙。2.2 基點(diǎn)的設(shè)置與儀器的安裝2022/8/301062022/8/30107 頂板安設(shè)好后，首先讀取初讀數(shù)，以后要按時(shí)觀測(cè)，一般每隔12h觀測(cè)一次，綜采工作面在移架前、后必須各觀測(cè)一次，從測(cè)桿或頂板動(dòng)態(tài)儀安設(shè)時(shí)起，觀測(cè)到測(cè)點(diǎn)靠

48、近采空區(qū)報(bào)廢為止。 若采高較大時(shí)，可用鐵錘將400mm600mm長(zhǎng)的六棱鋼釬打入頂板作為基點(diǎn)。 當(dāng)頂板較堅(jiān)硬穩(wěn)定時(shí)，頂板基點(diǎn)也可用油漆或水玻璃等標(biāo)明，但底板基點(diǎn)仍按上述方法安設(shè)。2.3 觀測(cè)方法與記錄2.3.1 頂?shù)装逡平康挠^測(cè)與記錄2022/8/30108 使用頂板動(dòng)態(tài)儀或帶測(cè)速指示器的測(cè)桿觀測(cè)頂?shù)装逡平俣葧r(shí)，要用秒表或手表計(jì)時(shí)，無(wú)工序影響時(shí)，觀測(cè)時(shí)間間隔為3min10min。2.3.2 頂?shù)装逡平俣鹊挠^測(cè)和記錄2022/8/30109 活柱下縮量的觀測(cè)一般與頂?shù)装逡平康挠^測(cè)同時(shí)進(jìn)行。 單體支柱工作面，均采用標(biāo)點(diǎn)法觀測(cè)活柱下縮量，支柱支設(shè)完畢后，立即用扁鏟、鋼鋸條或其他方法在活柱上刻

49、出明顯的“+”號(hào)，用鋼直尺或鋼卷尺量取讀數(shù)。2.3.3 活柱下縮量的觀測(cè)2022/8/30110 手工測(cè)量液壓支架活柱下縮量時(shí)，可采用與單體支柱觀測(cè)基本相同的標(biāo)點(diǎn)法。為觀測(cè)循環(huán)內(nèi)的下縮量，應(yīng)在每次移架前、后各觀測(cè)1次。 觀測(cè)時(shí)，要注意安全閥的開(kāi)啟狀態(tài)，以便區(qū)分開(kāi)啟前、后的活柱下縮量。開(kāi)啟前活柱下縮量主要是柱腔內(nèi)的液體彈性壓縮及一些微滲漏造成的下縮，數(shù)值較小，大都在10mm之內(nèi)，其值主要取決于柱腔內(nèi)乳化液的容量。2022/8/30111表2.2 采煤工作面礦壓“三量”整理表工作面 測(cè)點(diǎn)號(hào) 測(cè)力計(jì)號(hào) 零讀數(shù)觀測(cè)時(shí)間頂?shù)装逡平炕钪驴s支柱載荷測(cè)點(diǎn)位置備注（工序等）月日時(shí)分讀數(shù)移近量（mm）讀數(shù)下縮量（mm）讀數(shù)讀數(shù)差載荷（t）至煤壁（m）至采空區(qū)（m）2022/8/30112表2.3 采煤工作面“三量”按循環(huán)整理表 項(xiàng)目頂?shù)装逡平浚╩m）活柱下縮量（mm）壓入底板量（mm）支柱載荷（t/ 根）至煤壁