礦山壓力與巖層控制第三章采場頂板活動規律目錄第一節幾個概念第二節有關采場上覆巖層“大結構”的假說第三節直接頂的垮落第四節老頂的斷裂形式第五節老頂的初次斷裂步距第六節老頂斷裂后的“砌體梁”結構及其穩定第七節老頂斷裂時在巖體內引起的擾動第一節幾個概念回采工作面（采場）頂板底板采空區在煤層或礦床的開采過程中，直接進行采煤或采有用礦物的工作空間直接頂偽頂老頂直接位于煤層上方的一層或幾層性質相近的巖層。隨回柱放頂而垮落，頁巖、砂頁巖等位于煤層和直接頂之間，厚度小于0.3～0.5m，隨采隨冒。炭質頁巖、泥質頁巖等。位于直接頂之上，對采場礦山壓力直接造成影響的厚而堅硬的巖層。砂巖、石灰巖及砂礫巖等。序號巖性層厚/m容重/kg·m-3抗壓強度/MPa1砂質泥巖32760182泥巖22760183粗砂巖162670504泥巖52260205炭質泥巖0.718501566#煤41400107砂質泥巖10276021采空區處理方法:(a)刀柱(留煤柱);(b)頂板緩慢下沉法;(c)充填法;(d)全部垮落法

根據實測，回采工作面支架所承受的力僅為上覆巖層重量的百分之幾。這是因為上覆巖層形成了“大結構”，這種大結構能夠承擔上覆巖層重量，從而起到對回采工作面的保護作用。全部垮落法回采工作空間的變化第二節有關采場上覆巖層“大結構”的假說在前后拱腳間形成了一個減壓區，回采工作面的支架只承受壓力拱內巖石的重量。一、壓力拱假說該假說認為，由于巖層自然平衡的結果而形成一個前拱腳（支撐點）在工作面前方煤體，后拱腳（支撐點）在采空區內已垮落的矸石上或采空區充填體上。前拱角后拱角

此假說認為，工作面和采空區頂板可視為一端固定于煤壁前方巖體內，另一端處于懸伸狀態的梁，懸臂梁彎曲下沉后，受到已垮落巖石的支撐，當懸伸長度很大時，發生有規律的周期性折斷，從而引起周期來壓。二、懸臂梁假說

該假說認為，工作面支架存在兩種工作狀態：給定載荷狀態；給定變形狀態。三、鉸接巖塊假說

此假說認為，采場上覆巖層分為垮落帶和裂隙帶，二者的差別在于，裂隙帶巖塊間存在有規律的水平擠壓力的聯系，從而相互鉸合而形成一條多環節的鉸鏈。此假師說認示為，伙在采溜場周板圍存予在應嬸力降株低區阻，應軌力增丘高區花和采軍動影邀響區婆，并愈隨工籠作面尼推進黎而向蓄前移能動。脫采動才巖體哄形成建各種鵝裂隙稈，從滾而形床成假樂塑性羽梁。四、預成聞裂隙勞假說“砌體棒梁”齡結構喊是基互于采黑動巖磚體移法動的槍如下片特征豎而提輩出的勾：五、槽砌體挖梁力給學模場型采動施上覆抱巖層車的巖配體結找構的骨架是覆伯巖中東的堅硬尤巖層；可將每上覆輸巖層賢劃分余為若盤干組校，每酷組以堅儉硬巖巴層為判底層；其上括部的軟弱夾巖層可視責為直州接作融用于萄骨架呈上的載荷，同道時也懼是更垃上層透堅硬舌巖層擺與下釀部骨明架聯結途的墊此層。隨著泄工作側面的取推進揪，采淡空區它上方煤堅硬疼巖層息在裂蜘縫帶側內將麥斷裂造成排尤列整私齊的孔巖塊抖，巖可塊間參將受水平蹤蝶推力作用后而形成宰鉸接擊關系。巖層閉移動非曲線樂的形漢態經插實測炸呈開波始為見下凹寇、而竄后隨屆工作裂面的綠推進稍逐漸購恢復扇水平寧狀態跌的過渡程，稿由此練決定注了斷裂罷巖塊宇間鉸綁接點有的位畜置。若曲饑線下獄凹，眼則鉸謎接點邪位置喉在巖業塊斷嘩裂面俘的偏裳下部蘆；反土之，聽則在透偏上孫部。如果擴在回喚采空面間以略及鄰輝近的默采空駱區上棕方出勸現明謊顯的梢離層秧區，擠說明師該區扇內斷優裂的鹽巖塊期可以州形成祥懸露廢結構奴。由于非墊層源傳遞夕剪切蠅力的鼠能力約較弱查，因撇而兩買層骨唇架間蟻的聯菊結能釋用可房誠縮性士支桿躺代替昏。當骨販架層先的斷聰裂巖朋塊回膝轉恢畢復到以近水栗平位健置時崖，巖差塊間丹的剪運切力柏趨近爛于零舅，此閥時的號鉸接傭關系督可轉奧化為懷水平昂連桿螺聯結離關系捕。最上位層為孩表土妻沖積熱層，壯可將介其視變為均爬布載戲荷作蛙用于客巖體蜻結構纖上，躲而骨犬架層鈴各巖撐塊上鋪的載盆荷將貌隨墊委層的份壓實捉程度蛛而變鴨化。第三文節蛛直接由頂的依垮落2、直佳接頂港初次洲垮落掠距1、直菊接頂那初次麻垮落3、直險接頂聞垮落峽后的兵碎脹裙特性形成狡充滿潑采空呈區所諷需直圣接頂零厚度萬為：直接刷頂的年垮落姑高度甚超過1～1.凳5m，范市圍超界過全郵工作仗面長集度的仆一半據。直接宵頂的鉤第一秀次大獎面積響垮落老頂跟的最沖大撓晶度為慌：直接統頂的叛最大麥撓度裹為：不形晴成離員層的榆條件燭為：若令q1=γh3，且h3＝α·h1則上霞式可川改寫甘為：4、直暗接頂徹初次蛛垮落罰前的戲離層若考饒慮到比初次磁放頂質前支何架支內撐力償的作拆用，兩則不疑致于旱形成億離層假的條進件為檔：P—鋪—支架球單位緞面積稼初撐肚力。粗略惡地講鞏，當剃直接百頂厚棄度小福于或逗等于眼老頂運厚度樓時，墳均易賤于形耗成直救接頂真與老統頂間鉆離層侄。為賺了防傅止直趙接頂林因離恰層產渠生推僚垮事紫故必朋須保努證支宴架具硬有一劑定的晉初撐毒力：直接純頂和啟老頂必間發兼生離淹層圖2-樹6利用勢紅外迷鉆孔客探測油儀觀霉測到界的頂邪板離要層裂澇隙切眼拘鉆孔卸位置圖

紅外鉆孔攝像機一、批老頂岸巖層程的梁昌式平恢衡概念:1．初仆次垮揪落距2．膨逆脹系右數KP、殘懇余膨釣脹系首數K'P老頂態初次來垮落恐前巖貨體結乳構圖第四天節條老綱頂的膠斷裂貞形式Δ＝Σh＋M－Kp·Σh＝M－Σh(Kp－1)當Δ＝0時，老頂憑彎曲仗下沉看較小因此哄形成蜓充滿因采空肯區所是需直尼接頂魚厚度摧為：當Δ>0時，老頂棉呈懸清露狀肆態，器類似馳板狀攻結構吹。即耗所謂江“梁汗”的郊假說酬。分析綢這種位梁的還應力諸狀態老頂屯巖梁擁受力限分析對稱釘梁，管所以注：R1＝R2，彎讀矩M1＝M2。取ΣFy＝0，則任意秧截面D－D'，剪巧力為絨：所以:固定味梁任紙意截愿面D－D'的彎斧矩為抽：在梁管的兩臂端(x＝0；Ｌ)，Mma易x＝抬；在梁吸的中轉部(x＝)，M＝qL2。若為矛簡支床梁：此時連，剪色力相膝同，燭但彎弟矩不蹦同。啞即：此時撫，Mma貓x在梁然的中掛間，投即：二、謎老頂泄巖層枕作為話板結訊構時混彎矩格分布騎與破遲斷形咱式根據襖開采攔條件妙及采舍區邊葛界煤夫柱的縱大小吳，可娘將老歌頂巖態層假錄設為仗：a)四周晨固支暫；b)三邊敢固支菠一邊嘉簡支吳；c)兩邊垂固支屋兩邊中簡支遷；d)一邊稿固支料及三旺邊簡窯支。圖3–玩5老頂獻巖層沾支撐爪條件欺的簡蠟化圖3–班6各類經支撐頑條件姻下的冷彎矩職分布（1）以框四邊橋固支腎的板在為例客，老歉頂巖纏層X形破內壞簡形成膽過程靜：（2）當局采場驢處于檔一邊冊采空浸的條組件下(該邊派作為炎簡支憤條件)，其耗破斷拐規律紡與四嗎周固映支時瞧相近眠。（3）當糖老頂搶巖層概處于誦兩邊鞭簡支駝兩邊說固支帽時如艷下：長邊扯出現兇裂縫兄→斧工憂作面晴推進他→欺長梅邊另炕出現傭裂縫(原裂灰縫閉卵合)斗→短邊徑出現羊裂縫瀉→協裂倚縫貫衰通，娘板中俊央出型現X形破棗壞。（4）當圣工作匙面處秘于三考邊采址空時豆，老續頂巖潮層的電破斷度過程昂與上飽述情呀況相仿仿。老頂故板橫“O-革X”型破殃斷形詳式第五早節最老頂免的初鐘次斷坊裂步駐距兩端錘固支活梁極銳限跨若距：初次熄斷裂帆步距老頂語達到辜初次晌斷裂凳時的盲跨距情。按材腹料力盒學方裂法可張求得績老頂攻梁式沉斷裂肯步距鑒。一、烈梁式頌斷裂渠時的陳極限級跨距兩端券固支尺梁極壁限跨糕距：按抗樸拉強痕度按抗四剪強貼度兩端講簡支緊梁極遼限跨置距：按抗葡拉強映度按抗農剪強懂度舉例：設h＝4，Rs=御33每Mpa，RT=7貿Mpa，q=軋17寫4K拌pa按抗犁拉：按抗族剪：固支議梁真破斷深距為36破m破斷閱距為10數05文m簡支美梁格破斷醉距為29毯m老頂化承受孕載荷q計算二、保老頂鋤板斷忘裂的子極限捕跨距老頂魚初次洋破斷址前板衰的邊欲界支路撐條框件：（1）四呆周均怠為實方體煤汪固支負的板賀；（2）一粉邊采擁空區課或斷挽層簡濃支、映三邊鬼固支慶的板兵；（3）兩拜鄰邊誓簡支惰、兩加鄰邊冰固支什的板見；（4）三字邊簡臂支、朱一邊透固支叫，俗月稱孤齒島工樂作面械條件親下的姨板。老頂卷板斷納裂步艙距與膠邊界唯支撐曲條件液有關微。a＝lm·ωlm－老頂的步距準數ω－邊－長系數對四爭周固哈支板支撐篇條件柜對斷未裂步困距影肆響λ＝a傘/津bb－工呆作面鉗長度ω1≥ω2≥ω3≥ω4>√辭2打/紀3工作覺面長芹度對蔑斷裂告步距健影響以四浮邊固畝支為捉例（1）b>父3lm時，a≈lm。說堪明工芬作面初長度可對破幫斷步白距影衛響甚依微。（2）3lm≥泉b>跑√2lm時，童則lm<a浴<√2lm。說惰明隨與工作杜面長拐度縮兄短，追步距偉顯著銹增大租。老頂球破斷夾呈橫脅“o－x”型。（3）b＝√2lm時，茄則a＝√2lm＝b。老頂愿呈正營“o－x”破斷常，即賭“見聯方垮堤落”板。（4）lm<b嘴<√便2lm時，法則a鏟>√2lm>b。初陡次破毫斷步藍距大錯于工扎作面撈長度潑，老熔頂呈怖豎“o－x”型破乏斷。（5）b<lm時，老頂察穩定搬不垮擴落，悄即形弓成短潑壁開南采工宅作面冠或巷診道的蒜情形宜。第六鼠節媽老袋頂斷兄裂后寬的“砌體壟梁”結構遼及安其穩快定性臂分析一.老頂槍初次求斷裂豪后的“砌體窄梁”平衡1、結盾構的躁滑落矛失穩若三愛鉸拱睛式結篩構不層產生棕滑落場失穩饒，必渣須滿際足：可見仗是否找產生缺滑落關失穩糾主要閉取決夸于老舒頂破收斷巖呢塊的性高長揀比。隸高長糠比越自小，等結構權抗滑濱落失砌穩的盛能力航越大拿。一般疫情況凳下，φ=3碑8°珠~4室5°托，tanφ=0地.8泰~1.0。因私此，壯要防測止老山頂初受次破斯斷后杏“砌株體梁黑”結豎構產支生滑乞落失泥穩巖攔塊的帖高長錄比要邊小于堂0.體4~哭0.衫5，賀即巖塊顏長度碼要大樹于2車~2畫.5蓄倍巖襲塊厚描度。若考幼慮老蟲頂斷肯裂面銷與垂繞直面姜成一董斷裂消角θ，滿足喘不滑若落失速穩的修條件怕為：染對于固圖3-墻24蔽(a猾)，當θ≥φ時，抄不論顆水平責推力T有多慚大，估都不唯能取涉得平率衡。2、結因構的問變形嶺失穩在巖寨塊的毒回轉吼過程末中，級由于腔擠壓瞞處局凱部應搬力集洲中，交致使甲該處視進入蛇塑性舉狀態勿，甚償至局給部受傲拉而劍使咬壘合處縫破壞踏造成努巖塊惜回轉挑進一偶步加柔劇，情從而續導致晶整個謙結構蝕失穩授。二.“砌體海梁”全結祖構模蝦型的扶受力物分析此結睛構的態特征限為：離層飾區懸稻露巖瞎塊的訂重量紋幾乎羅全由池前支尊承點顫承擔娛；巖塊B與C間剪指切力貞接近預于零滑，因途而此求處相繼當于蔥巖塊嶄咬合娛形成封半拱敬的拱陰頂；毯此結慎構的懼最大穩剪切須力發曾生在掙巖塊A與B之間塌，等淋于巖恢塊B本身趟的重卵量及覆其載萬荷；甘此結變構中邁第一厘、二腎斷裂科巖塊墻即B與C對結恥構平繳衡起部關鍵紙作用貼，是需結構儉中的用關鍵氏塊。形成腹“砌房誠體梁渣”結攤構必違須具管有的然水平摘力為脂：可見來，hi越厚歸，si0越小栗，則弓形成急此結逃構所屑要求柿的Ti力也稅越小喂。當si0=hi時，Ti→∞。這埋種結證構無帝法形丈成。薦因此題，上耳覆巖煎層中自，只引有具堂有一述定厚婚度的遵巖層(大于纏下沉騰量Si0）才律能形真成此錫結構宜。si0小的侵含義禽反映億了以杰下幾駁種情辟況：直接親頂較聾厚；采空喚區采咽用充謝填法項處理犁；采高芒較小櫻的煤糕層；離開妥煤層壓距離犁較遠參的巖走層。按滑灘落失碗穩條臭件，明得到啄巖塊菜長度決與厚擱度的饒關系掛為：根據臺對巖坊體結馳構分決析所必得的托結論碌，可羞對以攪下礦千山壓盜力現中象做灑出解潔釋：老頂你巖塊允的滑玻落失卸穩是萌工作佛面頂垃板出情現臺垮階以樂及有險時地間表下床沉出載現臺既階的弟原因濁；煤壁侮上方肚老頂據剪切粒力最