礦山壓力基礎(chǔ)知識(新)

礦山壓力基礎(chǔ)知識一、巖體的原始應(yīng)力地下深部的巖層在沒有受到任何采動影響以前的應(yīng)力狀態(tài)叫原始應(yīng)力狀態(tài)。巖體的原始應(yīng)力從理論上講應(yīng)該是自重應(yīng)力、構(gòu)造應(yīng)力和物理化學(xué)應(yīng)力的合力。自重應(yīng)力是由于地球引力引起的應(yīng)力。構(gòu)造應(yīng)力是由于地質(zhì)構(gòu)造及地質(zhì)運(yùn)動引起的應(yīng)力，而物理化學(xué)應(yīng)力則是在地殼中由于溫度和壓力的變化而產(chǎn)生的物理化學(xué)變化引起的應(yīng)力。由于構(gòu)造應(yīng)力和物理化學(xué)應(yīng)力極其復(fù)雜，無法計(jì)算，一般在計(jì)算礦山壓力時把構(gòu)造應(yīng)力和物理化學(xué)應(yīng)力忽略不計(jì)，而是把自重應(yīng)力作為巖體的原始應(yīng)力計(jì)算。巖體的原始應(yīng)力經(jīng)計(jì)算為yH/m?，如圖2-10所示。圖中：Y——為上覆巖層的平均必度，kN/m3H 為計(jì)算的平均深度，m。巖體的原始應(yīng)力極大，一般支護(hù)的設(shè)備無法支撐，而人們之所以能夠安全生產(chǎn)并采用有效的支護(hù)手段是由于采動以后應(yīng)力重新分布的結(jié)果。二、 采動以后應(yīng)力的重新分布規(guī)律在采動以前應(yīng)力是均勻分布的，一旦受到采動，則原來的均勻分布被破壞，從而出現(xiàn)應(yīng)力的重新分布形成應(yīng)力的降低區(qū)和應(yīng)力在增大區(qū)。1、 煤巷上方的應(yīng)力分布規(guī)律在煤層中未開掘巷道以前，煤層上所受的力為原始狀態(tài)，當(dāng)巷道開掘以后，由于支撐原始應(yīng)力的煤被采出，會出現(xiàn)應(yīng)力的重新分布，重新分布的結(jié)果如圖2—11所示。應(yīng)力増犬區(qū) 原始應(yīng)力區(qū)原始應(yīng)力區(qū)（1）應(yīng)力降低區(qū):應(yīng)力増犬區(qū) 應(yīng)力降低區(qū)應(yīng)力増犬區(qū) 原始應(yīng)力區(qū)原始應(yīng)力區(qū)（1）應(yīng)力降低區(qū):應(yīng)力増犬區(qū) 應(yīng)力降低區(qū)在煤巷內(nèi)部及兩側(cè)大約5米范圍內(nèi)為應(yīng)力降低區(qū)。特別是在巷道內(nèi)部，原始應(yīng)力的分布為0煤巷的支護(hù)設(shè)備只承擔(dān)部分直接頂?shù)闹亓俊４藭r，支護(hù)設(shè)備上所承受的力大小和直接頂?shù)暮穸?、?jiān)硬程度有關(guān)。如果直接頂破碎，而且厚度很大則巷道支護(hù)設(shè)備所承受的力就很大。反之，直接頂完整，而且厚度小，則支護(hù)設(shè)備上所承受的力就小，如果直接頂堅(jiān)硬，煤巷還可以不支護(hù)，形成裸體巷道。（2）應(yīng)力增大區(qū)：在煤巷兩側(cè)約5?15m之間為應(yīng)力增大區(qū)，應(yīng)力最大區(qū)大約距巷道幫7?8m，其壓力值可能為原始應(yīng)力的數(shù)倍。所以在井下巷道的布置中如果必須出現(xiàn)兩條巷道平行布置的情況時一定要考慮兩條巷道的間距最好保持在20m以外。以免兩條巷道都處于壓力增大區(qū)，給巷道的支護(hù)、使用和維護(hù)帶來不便。2、采煤工作面及前方的支撐壓力分布規(guī)律采煤工作面內(nèi)部及前方的支撐壓力分布如圖2—12所示。A A圖「9A A圖「9長壁式采煤工作面應(yīng)力分布（1）應(yīng)力降低區(qū)：由于工作面的采動在工作面控頂區(qū)及煤壁內(nèi)約5米范圍之內(nèi)形成小于原始應(yīng)力的應(yīng)力降低區(qū)。特別是在采煤工作面控頂區(qū)之內(nèi)已經(jīng)不受原始應(yīng)力的影響。采煤工作面的支護(hù)設(shè)備只承受直接頂?shù)闹亓亢筒糠掷享數(shù)闹亓?。?dāng)工作面老頂來壓時，工作面支架需承受上覆老頂巖層的壓力和全部直接頂?shù)膲毫Α４藭r，工作面壓力最大。反之，如果老頂來壓過后，則工作面支架只承擔(dān)全部直接頂?shù)膲毫?，此時壓力相對就小。在工作面控頂距內(nèi)部，從煤壁向放頂線一側(cè)壓力逐漸增大，也就是說放頂線一側(cè)壓力相對較大。這正是在回柱放頂過程中容易出現(xiàn)冒頂傷人的主要原因。在工作面的煤壁處，由于煤被壓酥，所以不能支撐采動壓力，采動壓力為0。但是煤被壓酥易出現(xiàn)片幫傷人及漏頂事故。（2）壓力增大區(qū)：從煤壁內(nèi)約5m以外一段距離可以認(rèn)為是壓力增大區(qū)，其壓力都超過原始壓力值。最大壓力處于工作面煤壁前方約10m左右的范圍之內(nèi)，這種壓力叫采煤工作面的超前壓力。而且此超前壓力隨著工作面的推進(jìn)向前移動，所以也叫作動壓。超前壓力的超前范圍根據(jù)煤層的硬度及上覆巖層的厚度不同有所變化，一般在工作面前方20m至50m之間，煤質(zhì)越硬、超前距離越小，媒質(zhì)越軟、超前距離越大。為了防止采煤工作面超前壓力對采煤工作面正常開采的影響，保證采煤工作面兩巷及安全出口的暢通，必須對工作面兩巷進(jìn)行超前支護(hù)。《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定：采煤工作面必須保持至少2個暢通的安全出口，一個通到回風(fēng)巷，另一個通到進(jìn)風(fēng)巷。采煤工作面所有安全出口與巷道連接處20米范圍內(nèi)，必須加強(qiáng)支護(hù)，綜合機(jī)械化采煤工作面此范圍內(nèi)的巷道高度不得低于1.8m，其他采煤工作面此范圍的巷道高度不得低于1.6m。對于某些采煤工作面，如果在工作面前方存在有老巷，則必須提前對老巷進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，否則在超前壓力的作用下會出現(xiàn)老巷內(nèi)的大冒頂區(qū)，給工作面的開采帶來很大困難。3、煤柱上方的支承壓力分布規(guī)律在煤礦井下出現(xiàn)的煤柱一般有兩種，一種是兩側(cè)都采空區(qū)的煤柱，這樣的煤柱主要出現(xiàn)在大巷保護(hù)煤柱、采區(qū)上下山保護(hù)煤柱、區(qū)段煤柱。另一種是一側(cè)為采空區(qū)的煤柱，主要出現(xiàn)在井田邊界處。煤柱的大小、寬窄也不相同。在礦井的開采中，特別是在老礦回收中經(jīng)常會出現(xiàn)回采煤柱的情況，所以，有必要對煤柱上的支承壓力分布規(guī)律有所認(rèn)識。（1）兩側(cè)為采空區(qū)的煤柱上支撐壓力分布規(guī)律：如圖2—13所示。對于兩側(cè)都已采空的煤柱由于兩側(cè)采空區(qū)都向煤柱上傳遞支承壓力，所以在煤柱上出現(xiàn)的壓力為兩側(cè)支撐壓力的合力。所以煤柱上壓力很大。，特別是對于寬度小于20m的煤柱，其上部有極大的支承壓力，在回收這樣的煤柱時是非常危險的。

（2）一側(cè)為采空區(qū)的煤柱上壓力的分布規(guī)律：如圖2—14所示。對于一側(cè)為采空區(qū)的煤柱，則由于采空區(qū)一側(cè)向煤柱上傳遞了固定的支撐壓力，其壓力的增大區(qū)約位于煤柱中5?15m的范圍之內(nèi)。而煤柱中'0?5m范圍之內(nèi)壓力相對較小。圖2圖2—14煤柱上壓力分布KVH?■拉滑落。此時，如果?■拉滑落。此時，如果三、長壁式采煤工作面頂板跨落來壓規(guī)律及安全問題（一）采煤工作面有切眼向前推采，此時由于是處于初采階段，直接頂又具有一定的穩(wěn)定性，所以不會像正常推采階段那樣隨回柱放頂而跨落，而是要在工作面采空區(qū)懸露一定的面積以后，出現(xiàn)彎曲、下沉并且和老頂之間產(chǎn)生離層，最后才跨落。如圖2—15所示。采煤工作面支護(hù)設(shè)備不能爲(wèi)效的阻止直接接向采空區(qū)方向的推力，則會出現(xiàn)直接頂跨落過程中延工作面控頂距上方（一般都從煤壁處）拉斷的情況，從而導(dǎo)致大帽頂傷亡事故。為了防止此類事故的發(fā)生，保證直接頂沿放頂線拉斷跨落，要采取以下安全措施：1、 加強(qiáng)放頂線一側(cè)的支柱的支護(hù)能力，防止直接頂和老頂之間的離層擴(kuò)展到采煤工作面空頂距上方。同時也能保證直接頂沿放頂線上方斷裂，為了這一目的，可以在放頂線一側(cè)加打一排密集支柱。2、 對于壓力大、直接頂下沉量大的采煤工作面，可以考慮在工作面每隔7?8m加打方形木垛，以增加工作面支架的整體穩(wěn)定性，防止推垮型帽頂事故。

3、為了防止支柱的所帶戧度以后向采空區(qū)方向產(chǎn)生分力，在直接頂初次垮落之前，工作面所有支柱最好不帶戧度，支柱垂直于頂板支設(shè)。（二）采煤工作面老頂?shù)某醮慰迓鋪韷杭鞍踩珕栴}采煤工作面直接頂初次垮落以后，如果不能充滿采空區(qū)，則老頂處于懸空狀態(tài)。隨著采煤工作面不斷向前推采，直接頂不斷垮落，老頂?shù)膽衣睹娣e不斷增大，當(dāng)老頂?shù)膽衣睹娣e達(dá)到最大狀態(tài)時，會出現(xiàn)斷裂垮落。一般老頂?shù)目迓錇槔瓘澬涂迓洌鐖D2—16所示。斷裂垮落的老頂巖梁一側(cè)壓于采空區(qū)冒落得直接頂上，另一側(cè)壓于工作面的煤壁和支架上，在工作面表現(xiàn)出壓力，此時如果將工作面支撐老頂?shù)牟糠置后w采出以后，老頂巖梁就全部壓在工作面支架上，此時在工作面表現(xiàn)出極大壓力。由于這是采煤工作面老頂?shù)牡谝淮螖嗔褋韷?，所以叫老頂?shù)某醮蝸韷?。對于單體支柱支護(hù)的工作面，老頂?shù)某醮蝸韷簩ぷ髅娴闹ёo(hù)能力提出更高的要求。如果工作面的支護(hù)能力不能有效的抵抗老頂施加的壓力和推力，就會導(dǎo)致采煤工作面的冒頂事故，甚至造成人員傷亡。所以，必須采取有效的措施防止老頂初次來壓造成的冒頂事故。一般有以下措施：1、在工作面支護(hù)密度設(shè)計(jì)中要充分保證支護(hù)能力能有效的支撐頂板來壓時的最大壓力。2、開展礦山壓力的觀測工作和頂板動態(tài)監(jiān)測工作，充分掌握老頂來壓的步距和強(qiáng)度，以便在老頂來壓之前提前采取有效的防范措施。3、在老頂來壓前加強(qiáng)工作面的支護(hù)工程質(zhì)量，從柱距、排距、頂梁的鉸接、支柱的初撐力、迎山、戧度和背頂?shù)确矫?，?yán)格按作業(yè)規(guī)程的規(guī)定執(zhí)行。從而保證基本支架的支護(hù)能力。4、在老頂來壓期間，根據(jù)工作面頂板壓力的具體情況采用特種支架，如木垛、抬棚、戧柱、密集支柱等。采煤工作面老頂初次來壓以后，老頂程懸臂梁狀態(tài)。此時，隨著工作面不斷推采，直接頂?shù)牟粩嗫缏?，老頂懸臂梁的懸露長度不斷加大。當(dāng)老頂懸臂梁的長度達(dá)到最大長度時，老頂又會出現(xiàn)斷裂跨落?？缏浜蟮睦享攷r梁一側(cè)壓于采空區(qū)冒落的矸石上，另一側(cè)壓于工作面支架上，在工作面表現(xiàn)出極大壓力，而且這