采场围岩支承压力及矿压显现与讲述
37页1、采场围岩支承压力及矿压显现 与上覆岩层运动间的关系 第四章 4.1采场围岩支承压压力分布形态 4.2 采场支承压力分布与上覆岩层运动间的关系 4.3 采场支承压力分布与矿山压力显现间的关系 4.4采场矿山压力显现与上覆岩层运动间的关系 4.5 采场支承压力分布监测方法 第四章 第1页 本章目录 本章特点 学习难点 有较多的基本概念 支承压力、内外应力场概念 采场支承压力分布与上覆岩层运动间的关系 采场矿山压力显现和上覆岩层运动之间的关系 第四章 第2页 煤(矿)层采出后,在围岩应力重新分布的范围内, 作用在煤(岩)层和矸石上的垂直压力。 高于和低于原岩应力的整个区域 支承压力来源于重量。 在单一自重应力场条件下,若煤(岩)层水平赋存,则其支 承压力的分布见图4.1所示: 4.1采场围岩支承压压力分布形态 4.1.1 支承压力及基本概念 第四章 第3页 特点 概念 图4.1 上覆岩层运动状态与支承压力分布 第四章 第4页 (a) 图4.1 上覆岩层运动状态与支承压力分布 (b) 第四章 第5页 1)支承压力大小表达式 直接覆盖岩梁的单位重量 直接覆盖岩梁悬跨度部分传递至该处的作用力 第四
2、章 第6页 来源 2)支承压力与支承压力显现的关系 支承压力的存在是绝对的。支承压力的显现是支承压力 作用的结果,就其显现的形式和程度而言,则是相对的, 有条件的。 支承压力与其显现有时不一致甚至相反的情况支承压力与其显现有时不一致甚至相反的情况 第四章 第7页 思考 4.1.2 采场支承压力分布的基本规律 回采工作面前后方支承压力的分布可分为四个区域, 即工作面前方的原岩应力区(A )、应力增高区(B )、 工作面后方的应力降低区(C )和应力稳定区(D )。 在工作面中部沿走向作一剖面,(如图4.2所示)。 其分布的基本规律: 第四章 第8页 在工作面采空区沿倾斜作一剖面,(如图4.3所示)其分 布的基本规律: 即在采空区存在应力降低区C ,煤柱上存在高应 力区B2 ,以及上一个工作面采空区的压力稳定区D 。 影响因素 原岩应力、采空区的形状和尺寸、采空区上覆 岩层的性质及动态、煤柱的强度及其周围采动状 况以及煤层的开采厚度等。 图4.2 采煤工作面前后方的应力分布 第四章 第9页 工作面前方应力变化区;工作面控顶区;垮落岩石松散区; 垮落岩石逐渐压缩区;垮落岩石压实区; A原岩应
3、力区;B应力增高区;C应力降低区;D应力稳定区 图4.3 已采区及其两侧煤柱的应力分布 第四章 第10页 A原岩应力区;B1、B2应力增高区;C应力降 低区; D应力稳定区 4.1.3 关于两个应力场的理论 研究证明,对应不同的开采深度和煤层强度条件,采场 周围煤层上支承压力分布可能有以下三种情况: 第四章 第11页 单弹一的 性分布 出现塑性 破坏区的 分布 出现内应力 场的分布 图4.4 不同阶段支承压力分布规律 2)内应力场的范围及存在条件 内应力场的出现是以存在塑性区为前提的,煤层不出 现塑性区,自然也就不会出现内应力场。 或 开采深度H及集中系数Kmax越大,则塑性区范围将越大; 煤层强度越高(即单轴抗压强度c值越大),在同样深度条件 下塑性区的范围将越小;在一定采深和既定煤层条件下,塑性 区范围与煤层开采厚度成正比。 第四章 第12页 存在条件 满足相应条件的判别式为: 结论 (3)内应力场压力的大小及影响因素 同时运动的岩层数目及各岩梁的重量。参与运动的岩梁数 目越多,各岩梁的厚度及强度越大,则内应力场的压力越大 。 内应力场中的最大支承压力值与分布范围(S0)大小成反
4、比,由下部岩梁裂断位置所决定的内应力场范围越小,则压 力峰值将越高。 改变采场支架的阻力,可以改变内应力场应力的大小和分 布。 第四章 第13页 支承压力可由下式表达 影响因素: 4)外应力场应力分布特点及其稳定条件 外应力场应力稳定需要以下两个条件: 采场(工作面)停止推进;基本顶运动停止。 第四章 第14页 分布特点: 采深达到一定的界限后 同时存在弹性区和塑性区 基本顶端部裂断前 基本顶端部裂断前 范围扩展到最大值 范围收缩到最小 5)关于基本顶的作用问题 作为传递上覆岩重的介质,基本顶起着中间垫层和支托 层的作用,即上覆岩层压力只有通过它才能传递到煤层的各 个部位;基本顶本身就是支承压力来源的一个组成部分。 4.2 采场支承压力分布与上覆岩层运动间的关系 4.2.1 采场推进过程中前方支承压力分布与上覆岩层运动间的关系 支承压力分布与显现变化划分为三个阶段: 第四章 第16页 从采场推进开始至煤壁支承能力改变(即煤壁附 近煤体进入塑性状态)之前。 煤体没有破坏,弹性压缩; 显现分布: 第一阶段: 煤体特点: 压力特点: 一条高峰在煤壁上的单调下降曲线(如图4.5a); 与压力分
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