第四章 回采工作面矿山压力 显现基本规律
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衡量矿山压力显现程度的指标：
1．顶板下沉 2．顶板下沉速度 3．支柱变形与折损 4．顶板破碎情况 5．局部冒顶 6．工作面顶板沿煤壁切落，或称大面积冒顶 其他还有：煤壁片帮、支柱插入底板、底板臌起 等一系列矿山压力现象。
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§1 初次来压前回采工作面矿压 显现的基本规律
3）按防止老顶沿工作面切落或发生台阶下沉 来估算
P 2 R 0 T · tg ， k N /m
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4) 威尔逊估算法
图4–11 威尔逊计算顶板压力的力学模型
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§4 回采工作面前后支承压力的分布
一、支承压力的形成
支承压力：指在煤层中开巷或回采后形成的垂直方向
上的集中应力。
AB
H
Q
b
CD
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根据现场实测及实验室研究，煤体边缘在 支承压力作用下，按其变形特征分为四个区 段：
4–放顶过测点15m；5–放震动炮后；6–采煤机距测点6m
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图4–21 放炮对工作面顶板下沉速度的影响 1–放炮经过测点；2–测点下4m处放炮；3–测点下10m处放炮
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图4–23 放顶对顶板下沉的影响
A–倾斜向上影响范围；B–倾斜向下影响范围
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3．开采深度 4．放炮、落煤、放顶影响 5．煤层分层开采的矿压显现
2．老顶初次来压步距：由开切眼到初次来压时 工作面推进的距离。
3．周期来压：由于裂隙带岩层周期性失稳而引 起的顶板来压现象称之为周期来压。
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图4–3 老顶断裂成岩块后的转动 图4–6 初次来压前四周围岩的支承压力分布状态
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A–增压区；B–减压区；C–稳压区
图4–9 老顶周期来压的力学模型
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二、老顶初次来压特点
1．工作面顶板急剧发生下沉。 2．工作面直接顶破碎，甚至产生台阶状下沉。 3．煤壁内支承压力增大，煤帮变形与塌落。 4．老顶初次来压较突然，工作面易出现事故。 5．顶板出现断裂声，并有顶板掉渣现象，顶板 产生裂隙。
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三、周期来压主要表现形式
顶板下沉急剧增加； 顶板下沉量变大， 支柱所受的载荷普遍增加， 有时还可能引起煤壁片帮、支柱折损、顶板发生 台阶下沉等现象。 还可能局部冒顶、甚至顶板沿工作面切落等事故 发生。
下分层的矿压显现与上分层相比有以下特点： （1）老顶来压步距小，强度低； （2）支架载荷变小； （3）顶板下沉量变大 6．上部煤层残留煤柱
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二、地质因素
1．断层与褶曲 2．挤压带与破碎带 3．节理、裂隙 4．煤层倾角
图4–24 倾角对矿山压力的影响
W–上覆岩层的重力；Q1–垂直于岩层的分力；
Q2–平行于岩层的分力
一、直接顶的初次放顶和循环放顶
L1
直接顶初跨条件： 1. 冒高：1－1.5m； 2. 斜长：超工作面1/2。
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二、碎胀系数与残余碎胀系数（Kp、Kp’） V'
Kp = V
V '' Kp’ = V Kp 与 Kp’ 对老顶有什么影响？
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§2 老顶初次来压 周期来压
一、概念:
1．老顶初次来压：由于老顶第一次失稳而产生 的工作面顶板来压。
Ⅰ. 小于原岩应力的松弛区 Ⅱ. 应力升高的塑性变形区 Ⅲ. 弹性变形区 Ⅳ. 原岩应力区
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Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
煤体边缘区应力分布
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二、支承压力分布
图4–16 各种采空区支撑条件下工作面前后支承压 力分布
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图4–18 工作面前后支承压力分布
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极限平衡区分布规律： （1）宽度与开采深度有关：当开采深由100m－
400m，增长较快；当采深大于400m，几乎与采深 成正比增长。
（2）宽度与开采厚度有关：薄煤层宽度较小，同 样地质条件下，开采厚度增加，极限平衡区将迅速 扩大。
（3）宽度随煤体抗压强度增加而减小。 （4）支架对煤壁的支撑力可起到减少极限平衡区
宽度作用。
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§5 影响回采工作面矿山压力显现的主要因素
一、生产技术因素 1．采高与控顶距
图4–19 上覆岩层移动与工作空间顶板下沉的关系
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SL L
S0 L0
SL
S0L L0
SL
h
m K 0 h L0
L (
h
m )
kp 1
m 1
K K
0 p
1 1
L
L0
KP K
P
K 1
0
1 L0
m
L
mL
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2．工作面推进速度影响
图4–20 工作面实际测定的“S–t”曲线 1–采煤机距测点15m；2–采煤机距测点10m；3–放顶过测点5m；
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§3 顶板压力估算
一、算法
图4–10 回采工作面的顶板压力
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1．直接顶载荷Q1
Q 1 h · L 1 · ， k N /m
2．老顶的载荷Q2（定性阶段） 1）以直接顶载荷的倍数估算
pn·h·
p 2 M K p 1
2 (2 ~ 4) M
(4 ~ 8) M
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2）用控制老顶变形失稳的位移量来计算 PEi K0·hh0i