（二）基本顶的初次垮落与初次来压
1．初次垮落：基本顶在采空区中第一次垮落。 即：随工作面的继续推进，直接顶不断垮落，基本顶悬露跨度逐渐增 大，直至达到极限跨度时，基本顶出现断裂，进而发生垮落。 2．初次来压：由于基本顶初次垮落而引起工作面矿压显现加剧的现 象，称之。 矿压显现特征：工作面顶板下沉量和下沉速度急增，煤壁片帮严重， 顶板裂缝或掉渣，支架载荷迅速提高等，其影响一般持续2～3天。 采取措施：放顶线加强支护。如：增设排柱、木垛、斜撑、抬棚、强 制放顶等。
二、基本顶的初次垮落 （一）基本顶初次来压前的岩层结构 1．板的结构：四周分别由煤柱及煤壁支撑，可视为悬空
的板。
2．两端固定的梁：因工作面长度远大于跨距，故可视为 两端固定的梁。 3．梁的作用：上覆岩重通过梁而传递到两端的煤壁及煤 柱上。
初次来压前顶板状态示意图
第四节
开采后围岩移动及矿压特征
二、基本顶的初次垮落
L初＝h 2RT q
（多用，因抗拉强度远大于抗压强度） （当τmax=Rs时）
L初
4hRs 3q
式中 L初－基本顶初次垮落步距；
RT－岩层的抗拉强度极限；
Rs－岩层的抗剪强度极限； τmax－最大剪应力； ｑ－岩梁的均布载荷； ｈ－岩梁的高度（基本顶厚度）
第四节
开采后围岩移动及矿压特征
2．基本顶初次垮落步距的确定：
第一节
二、采场空间特点 1．采场的基本形式： （1）开切巷：矩形或梯形。
矿山压力概述
（2）初次来压前：似椭园形。 （3）初次来压后：为弯曲下沉式。根据不同的采空区处理方法出现不
同的空间形式。
全部垮落法：（图旧教案中） 全部充填法：
缓慢下沉法：
2．采场特点 （1）是时间函数。即是移动的、又是变化的。
第一节
矿山压力概述
四、采场顶板组成：（自下而上）图6－2示。 1．伪顶：直接位于煤层之上，极易垮落的松软薄层。 极易垮落：指随采随落，悬顶面积小于8～10m2，悬顶时间不超过 20min。 薄层：厚度在0.3～0.5m以下者。 岩性：一般为泥质页岩、炭质页岩等。 2．直接顶：位于伪顶或煤层之上，较稳定易垮落的岩层。 较稳定：悬顶面积大于8～10m2，时间超过20min。 易垮落：放顶后及时垮落，岩石单向抗压强度小于600～800kg/cm2； 岩性：页岩、砂质页岩、薄层状砂岩等。 直接顶下位岩层：指煤层或伪顶之上1～2m厚的岩层，其稳定性直接 影响支架的结构型式。 3．基本顶（老顶）：位于直接顶或煤层之上，难垮落的坚硬岩层。 难垮落：指其允许悬露面积很大，岩石单向抗压强度大于600～800 kg/cm2，裂隙、层、节理不发育等。 厚岩层：指其厚度大于1m，总厚在2.0m以上的整体岩层。 岩性：一般为厚层状砂岩、石灰岩、砂砾岩等。 4．直接底：直接位于煤层之下的岩层。
煤层顶板岩层示意图
1－基本顶； 2－直接顶； 3－伪顶； 4－煤层； 5－底板岩层
图 6－2 煤层顶底板岩层
第二节 岩体的主要特征

一、岩体的概述
二、岩石的强度特性


三、岩体的强度特性
第二节 岩体的主要特征
一、岩体的概述 （一）岩体的概念
1．岩体是自然界，由各种岩性和各种结构特征的岩石所组成的集合体。
岩体的基本特征示意图
第二节 岩体的主要特征
二、岩石的强度特性
岩石强度：指岩石受载时抵抗破坏的能力。
1．岩性的影响：主要取决于组成岩石矿物颗粒间的联结和颗粒 大小。 2．含水的影响：水可使岩石软化、溶蚀、膨胀，降低强度。 如：砂岩含水4%时，强度降低50%；泥质页岩含水1.5%时，强
度降低70%；砾岩（大同）自由吸水6天后，强度降低39%。
（一）周期来压前的状态：图6－7示。
悬梁状态。采煤工作面处于基本顶悬梁的保护下。 （二）周期来压含义及矿压显现特征
1．周期来压：基本顶周期性折断或垮落前后，工作面的矿压显现，称
和构造应力构成。

一、自重应力 二、构取一单元体，图6－1示。 1．垂直应力：σ1=（1×1×H）＊ｒ＊ｇ=r＊H＊ｇ （Pa）；
式中 σ1－单元体所受的垂直应力，Pa；
H －单元体岩石距地表的深度，m； r－上覆岩层的加权平均容重，kg/m3； g－重力加速度，m/s2。
矿山压力概述、岩体的特征、原岩应力状态
课堂小结： 1．基本概念：矿山压力、矿压显现、伪顶、直接顶、基 本顶 2．岩石的强度特性、影响因素、岩体的强度特性
3．自重应力、构造应力。
第四节

开采后围岩移动及矿压特征
一、直接顶的初次垮落
二、基本顶的初次垮落
三、基本顶的周期来压
四、采空区上覆岩层的移动
3．非连续性。被各种结构面所切割。
第二节 岩体的主要特征
一、岩体的概述
（三）岩体的基本类型 （参考张希俊编教材中图）
1．整体岩体。节理不发育，很少有断层的厚层沉积岩层。
2．块状岩体。节理发育，有小断层或偶有层间错动的厚、中厚层。
3．层状岩层。节理不发育等，构造较简单，岩性单一或不同岩性互层。 4．碎裂岩体。完整性很差，褶皱、断层、层间错动，节理、劈理十分发育。 5．松散岩体。受剧烈构造变动后，由断层泥、岩粉、岩石碎屑等组成。
山西能源学院
煤矿开采方法电子教案
矿业工程系 采矿教研室 2018年9月
第八章 矿山压力基本知识

第一节
第二节 第三节 第四节 第五节
矿山压力概述
岩体的主要特征 原岩应力状态 开采后围岩移动及矿压特征 采煤工作面四周的支承压力及其传递


第六节
第七节
采煤工作面顶板分类
采煤工作面矿压观测
图 6-3
直接顶初次垮落状态
第四节
开采后围岩移动及矿压特征
一、直接顶的初次垮落
4．直接顶垮落的高度 （3）分析：当△=0时，
m H（KP 1）
即：冒落的直接顶将充满采空区。
故：形成充满采空区所需的直接顶厚度为：
h
m K P 1
结论：减小△，有利于控制基本顶活动。
第四节
开采后围岩移动及矿压特征
即：垂直于结构面的方向受力时，强度最大；平行次之，界于σmax与 σmin之间；成θ1～θ2内，强度最低σmin。
生产实际中：
（1）破岩时，应使岩石单向或双向受力，并处于拉伸或剪切状态。 （2）井巷维护时，应使岩石处于受压状态。
弱面对岩体强度的影响示意图
第三节 原岩应力状态
原岩：地下岩体没有受到井巷或采场等地下工程影响的 部分。 原岩应力：未受采动影响岩体内的应力。主要由自重应力
基本顶初次来压时状态示意图

图1－17《采矿学》
第四节
开采后围岩移动及矿压特征
二、基本顶的初次垮落
（三）基本顶初次垮落步距的确定 1．基本顶初次来压步距：基本顶初次垮落时，工作面距开切巷的距 离。一般为20～35m，有时可达50～70m，悬露面积可达数千至上万平方
米。
影响因素：基本顶岩性、厚度、地质构造等。 2．基本顶初次垮落步距的确定：
第一节 矿山压力概述

一、矿山压力的概念
二、采场空间特点
三、采场矿压研究的任务及目的
四、采场顶板组成
第一节 矿山压力概述
一、矿山压力的概念
1．矿山压力：由于地下采掘活动影响而引起的岩层作用在井巷、硐室
和工作面周围煤岩体中以及支护物上各种力的总称，简称“矿压”。 如：顶板对支架、煤壁、采空区充填物的压力，上位岩层对下位岩层
的支撑强度和支架的稳定性，加强顶板动态的监控等，确保安全。
直接顶初次垮落状态示意图
直接顶初次垮 落前顶板状态 直接顶初次 垮落后状态
h m k h
P
第四节
开采后围岩移动及矿压特征
一、直接顶的初次垮落
4．直接顶垮落的高度：图6－3示。
（1）碎胀系数：
Kp V V
式中 V－垮落岩层原来的体积（实体）； V′－垮落后（破碎后）的体积。
的压力，底板的反作用力等。
2．矿山压力显现：在矿山压力作用下，围岩及支护物呈现的各种力学 现象，简称“矿压显现”。
如：顶板下沉、支架变形与折损、冒顶、煤壁片帮、底臌、支柱插入
底板、充填物被压实、地表塌陷等现象。 3．矿压控制：人为地调节、改变和利用矿压作用的各种技术措施，称
为矿山压力控制，简称“矿压控制”。
（2）视基本顶为简支梁：
L初 2h RT 3q
（浅部煤层）
（3）煤柱支撑法管理顶板时，岩梁安全跨距的求解：
固定梁时： 简支梁时：
L安 h 2 RT nq
L安 2h
RT 3 n q
式中 n－安全系数，取ｎ=6 （考虑大多为脆性破坏）
第四节 开采后围岩移动及矿压特征
三、基本顶的周期来压
第四节 开采后围岩移动及矿压特征
一、直接顶的初次垮落 1．概念及过程： 直接顶初次垮落：采煤工作面自开切巷推进一定距离，直接顶悬露达 到一定距离后，采空区即进行初次回柱放顶，使直接顶垮落下来，这一 过程称之。图6－3示。
初次回柱放顶：为保证正常生产，维护一个合理的工作空间，要对控
顶以外的支架进行第一次回柱，称之。 初次垮落距：直接顶初次垮落的跨距。其大小决定于岩层强度、分层 厚度、节理裂隙的发育程度等。一般6～12m。 初次垮落特点：需人为地控制。故又称为初次放顶。 2．危害：易造成发生冒顶事故。 3．措施：初次放顶期间，加强现场指导与管理，提高工作面及切顶线
2．岩体的组成：由结构面和受它包围的结构体共同组成。 结构面：包括岩石的物质分界面和不连续面。如：层面、节理、断
层、软弱夹层等。
结构体：指由不同产状的结构面相互切割而形成的单元大块，也称单 元岩块。
（二）岩体的基本特征
1．非均质性。由多种岩石组成。 2．各向异性。受力后在各个方向上显示不同的力学性质。