浅谈矿山压力基础知识及综采矿压管理技术.ppt

1、13浅谈矿山压力基础知识及综采浅谈矿山压力基础知识及综采矿压管理技术矿压管理技术目录目录第一节：矿山压力的概念及机理第二节：采煤工作面围岩移动特征第三节：采煤工作面矿山压力显现规律第四节：综采矿压管理技术习 题13第一节矿山压力的概念及机理 矿山压力就是由于井下采掘工作破坏了矿山压力就是由于井下采掘工作破坏了岩体中原岩应力平衡状态，引起应力的重新分岩体中原岩应力平衡状态，引起应力的重新分布，把存在采掘空间周围岩体内和作用在支护布，把存在采掘空间周围岩体内和作用在支护物上的力称为矿山压力。物上的力称为矿山压力。举例：大面团。举例：大面团。一、矿山压力的概念一、矿山压力的概念13第一节矿山压力的概

2、念及机理二、矿山压力的来源二、矿山压力的来源（一）自重应力：上覆岩层重（一）自重应力：上覆岩层重量引起的应力量引起的应力也即也即11，一般表示第一应力，一般表示第一应力，主应力。主应力。1=1=h h-上覆岩层的平均重量，上覆岩层的平均重量，kn/m3kn/m3H-H-单元体距地面的深度，单元体距地面的深度，m m13第一节矿山压力的概念及机理二、矿山压力的来源二、矿山压力的来源（二）构造应力：（二）构造应力：地壳构造运动在岩体内引起的内地壳构造运动在岩体内引起的内应力应力特点：特点：1 1.构造应力以水平为主；水平应力以压应力为主；构造应力以水平为主；水平应力以压应力为主；2 2.在构造应力

3、场中，主应力的大小和方向可能有很在构造应力场中，主应力的大小和方向可能有很大变化；两个方向的水平应力值（大变化；两个方向的水平应力值（22、33）通常）通常不相等；不相等；3 3.相关实验测定表明，水平应力大于垂直应力，构相关实验测定表明，水平应力大于垂直应力，构造应力在坚硬岩层中出现一般比较普遍。造应力在坚硬岩层中出现一般比较普遍。（三）膨胀应力：（三）膨胀应力：遇水膨胀和温度变化与气体压力遇水膨胀和温度变化与气体压力引起的应力。引起的应力。13第一节矿山压力的概念及机理三、矿山压力显现三、矿山压力显现在矿山压力作用下，围岩和支护物所表现出来在矿山压力作用下，围岩和支护物所表现出来的力学宏观

4、现象，如围岩变形，离层，破坏和冒落，的力学宏观现象，如围岩变形，离层，破坏和冒落，支架受力变化和折损，煤（岩）突出，充填物产生支架受力变化和折损，煤（岩）突出，充填物产生压缩和地面塌陷等，称为矿山压力显现，简称矿压压缩和地面塌陷等，称为矿山压力显现，简称矿压显现。显现。工作面矿山压力显现的形式：顶板下沉、支架工作面矿山压力显现的形式：顶板下沉、支架变形与折损、顶板破碎或大面积冒落、煤壁片帮、变形与折损、顶板破碎或大面积冒落、煤壁片帮、支柱（单体、木点柱等）插入底板、底板膨胀鼓起支柱（单体、木点柱等）插入底板、底板膨胀鼓起等。等。矿压控制矿压控制-所有人为的调节、改变和利用矿山压所有人为的调节、

5、改变和利用矿山压力的各种技术措施。力的各种技术措施。13第二节采煤工作面围岩移动特征一、顶板构成一、顶板构成伪顶伪顶位于煤层之上随采随落的极不稳定岩层，位于煤层之上随采随落的极不稳定岩层，其厚度一般在其厚度一般在0.30.30.5m0.5m以下。以下。直接顶直接顶位于伪顶或直接位于煤层之上，具有位于伪顶或直接位于煤层之上，具有一定的稳定性，随移架或回柱放顶后能自行垮落的一定的稳定性，随移架或回柱放顶后能自行垮落的岩层。岩层。基本顶（老顶）基本顶（老顶）位于直接顶或煤层之上，厚位于直接顶或煤层之上，厚而坚硬垮落的岩层。而坚硬垮落的岩层。1第二节采煤工作面围岩移动特征二、直接顶的初次垮落二、直接顶

6、的初次垮落采煤工作面自开切眼推进一段距离后，直接顶悬露采煤工作面自开切眼推进一段距离后，直接顶悬露达到一定跨度，就要对采空区顶板进行初次放顶，使达到一定跨度，就要对采空区顶板进行初次放顶，使直接顶垮落下来，这一过程称作直接顶的初次垮落。直接顶垮落下来，这一过程称作直接顶的初次垮落。1第二节采煤工作面围岩移动特征三、基本顶的初次垮落三、基本顶的初次垮落（一）基本顶（也叫老顶）初次垮落前的岩层结构（一）基本顶（也叫老顶）初次垮落前的岩层结构将基本顶视为一端由采煤工作面煤壁支撑，另一端由煤柱支撑的将基本顶视为一端由采煤工作面煤壁支撑，另一端由煤柱支撑的两端固定的固定梁结构。两端固定的固定梁结构。举例

7、：独木桥举例：独木桥（二）基本顶的初次垮落与初次来压（二）基本顶的初次垮落与初次来压 基本顶初次垮落：随着采煤工作面继续推进，直接顶不断垮基本顶初次垮落：随着采煤工作面继续推进，直接顶不断垮落，基本顶悬露跨度逐渐增大并产生弯曲，当达到极限跨度时，落，基本顶悬露跨度逐渐增大并产生弯曲，当达到极限跨度时，基本顶将出现断裂，进而发生垮落。基本顶的第一次垮落称之为基本顶将出现断裂，进而发生垮落。基本顶的第一次垮落称之为基本顶的初次垮落。基本顶的初次垮落。基本顶初次来压现象：在垮落前基本顶初次来压现象：在垮落前12h12h采空区上方可能有轰隆采空区上方可能有轰隆隆的巨响，通常煤壁片帮严重，顶板产生裂隙或

8、掉渣，顶板下沉隆的巨响，通常煤壁片帮严重，顶板产生裂隙或掉渣，顶板下沉量和下沉速度明显增加，支架载荷迅速增高的现象。量和下沉速度明显增加，支架载荷迅速增高的现象。（三）基本顶初次垮落步距的确定（三）基本顶初次垮落步距的确定基本顶垮落时，其最大悬顶跨度基本顶垮落时，其最大悬顶跨度L L初初称为基本顶初次垮落步距。称为基本顶初次垮落步距。1第二节采煤工作面围岩移动特征四、基本顶的周期来压四、基本顶的周期来压（一）基本顶来压前的状态（一）基本顶来压前的状态基本顶初次跨落后，随着采煤工作面的继续推进，基本顶初次跨落后，随着采煤工作面的继续推进，工作面上方的基本顶岩层由两端固定梁转变为悬工作面上方的基本

9、顶岩层由两端固定梁转变为悬臂梁状态。臂梁状态。1第二节采煤工作面围岩移动特征四、基本顶的周期来压四、基本顶的周期来压（二）基本顶周期来压及矿压显现特征（二）基本顶周期来压及矿压显现特征周期来压：周期来压：基本顶的周期性破断失稳对工作面产生的基本顶的周期性破断失稳对工作面产生的周期性的来压显现，称之为基本顶的周期来压。周期性的来压显现，称之为基本顶的周期来压。主要表现形式：主要表现形式：顶板下沉速度急剧增大，顶板下沉速度急剧增大，顶板下沉顶板下沉量变大，支柱所受载荷普遍增加，有时可能引起煤壁量变大，支柱所受载荷普遍增加，有时可能引起煤壁片帮，支柱折损、顶板发生台阶状下沉等现象。片帮，支柱折损、顶

10、板发生台阶状下沉等现象。1第二节采煤工作面围岩移动特征四、基本顶的周期来压四、基本顶的周期来压（三）周期来压步距的确定（三）周期来压步距的确定来压周期：来压周期：基本顶两次周期来压的间隔时间称为来压基本顶两次周期来压的间隔时间称为来压周期。周期。周期来压步距：周期来压步距：在来压周期内采煤工作面推进的距离，在来压周期内采煤工作面推进的距离，周期来压步距大小在周期来压步距大小在6 630m30m，一般为，一般为101015m15m，对于，对于最大步距、最小步距通常存在客观因素影响，频次较最大步距、最小步距通常存在客观因素影响，频次较少，一般不作为参考依据少，一般不作为参考依据1第二节采煤工作面围

11、岩移动特征五、工作面上覆岩层移动规律五、工作面上覆岩层移动规律A-A-煤壁支撑影响区（煤壁支撑影响区（a-ba-b）;B-;B-离层区（离层区（b-cb-c）;C-;C-重新压实区（重新压实区（c-c-d d）I-I-冒落带冒落带;II-;II-裂隙带裂隙带;III-;III-弯曲下沉带。弯曲下沉带。1第二节采煤工作面围岩移动特征五、工作面上覆岩层移动规律五、工作面上覆岩层移动规律（一）冒落带（一）冒落带多数情况下，是由直接顶垮落后形成的。一般认为开采后冒落带的高多数情况下，是由直接顶垮落后形成的。一般认为开采后冒落带的高度为采高的度为采高的2 24 4倍。倍。（二）裂隙带（二）裂隙带位于冒落

12、带之上，随冒落带岩石的垮落和逐渐压实，裂隙带岩层出现位于冒落带之上，随冒落带岩石的垮落和逐渐压实，裂隙带岩层出现弯曲下沉，离层和断裂为排列整齐的岩块。弯曲下沉，离层和断裂为排列整齐的岩块。（三）弯曲下沉带（三）弯曲下沉带裂隙带上方直至地表的岩层。岩层可保持自身的完整性，并承担上覆裂隙带上方直至地表的岩层。岩层可保持自身的完整性，并承担上覆岩层重力，将岩层重力转移到工作面前方煤体和工作面后方采空区冒岩层重力，将岩层重力转移到工作面前方煤体和工作面后方采空区冒落的矸石上，形成一个大压力拱，使工作面处于压力拱保护之下。工落的矸石上，形成一个大压力拱，使工作面处于压力拱保护之下。工作面为低应力区。弯曲

13、下沉带可起到隔水作用。作面为低应力区。弯曲下沉带可起到隔水作用。1第二节采煤工作面围岩移动特征五、工作面上覆岩层移动规律五、工作面上覆岩层移动规律1第三节采煤工作面矿山压力显现规律一、采煤工作面四周支承压力显现规律一、采煤工作面四周支承压力显现规律（一）采煤工作面前后方支承压力分布（一）采煤工作面前后方支承压力分布主要特点：主要特点：1.1.工作面前方支承压力远比工作面后方大；工作面前方支承压力远比工作面后方大；2.2.工作面后方支承压力是移动支承压力；工作面后方支承压力是移动支承压力；3.3.采煤工作面处于减压力范围。采煤工作面处于减压力范围。1第三节采煤工作面矿山压力显现规律一、采煤工作面

14、四周支承压力显现规律一、采煤工作面四周支承压力显现规律（二）采煤工作面两侧支承压力分布（二）采煤工作面两侧支承压力分布结论：结论：1.1.其影响区并不在煤体边缘，而是位于煤体边缘有一定其影响区并不在煤体边缘，而是位于煤体边缘有一定距离的地带；距离的地带；2.2.其边缘处于应力降低区，支承压力低于原岩应力；其边缘处于应力降低区，支承压力低于原岩应力；通过此图形可以得知靠近采空区侧的压力更为集中，这通过此图形可以得知靠近采空区侧的压力更为集中，这也就是为何我矿回风顺槽帮部压力比胶运顺槽要大的直也就是为何我矿回风顺槽帮部压力比胶运顺槽要大的直接原因。接原因。1第四节综采矿压管理技术矿压简述矿压简述

15、顶板事故在煤矿事故中所占比例最大，尤其是在顶顶板事故在煤矿事故中所占比例最大，尤其是在顶板坚硬、不宜冒落的开采条件下，直接顶的管理更凸显板坚硬、不宜冒落的开采条件下，直接顶的管理更凸显其重要性，综采工作面初采期间大面积悬露顶板绝大多其重要性，综采工作面初采期间大面积悬露顶板绝大多数为直接顶板，大面积悬露的直接顶板突然垮落极易形数为直接顶板，大面积悬露的直接顶板突然垮落极易形成飓风冲击，造成人员伤害和设备损坏。成飓风冲击，造成人员伤害和设备损坏。我国多个矿区曾出现过初次来压飓风伤人事故，严重影我国多个矿区曾出现过初次来压飓风伤人事故，严重影响了矿井正常生产。响了矿井正常生产。目前，矿井普遍采用顶

16、板爆破强制放顶的措施，以目前，矿井普遍采用顶板爆破强制放顶的措施，以减小采空区顶板的悬露面积，减缓顶板的来压强度。减小采空区顶板的悬露面积，减缓顶板的来压强度。针对我矿实际情况，预计在针对我矿实际情况，预计在5 5月底对月底对3010430104工作面切眼实工作面切眼实施强制放顶工作。施强制放顶工作。1第四节综采矿压管理技术一、强制放顶管理一、强制放顶管理（一）强制放顶的作用（一）强制放顶的作用1.1.为了更好地破坏顶板的完整性，能够使直接顶板尽为了更好地破坏顶板的完整性，能够使直接顶板尽早垮落，减小初次来压步距，减缓初次来压巨大冲击早垮落，减小初次来压步距，减缓初次来压巨大冲击载荷对支架造成严重损坏。载荷对支架造成严重损坏。2.2.缩减悬顶面积，冒落直接顶板有效充填采空区后部缩减悬顶面积，冒落直接顶板有效充填采空区后部空间，避免大面积悬露直接顶板突然垮落极易形成飓空间，避免大面积悬露直接顶板突然垮落极易形成飓风冲击，造成人员伤害，保证初次来压期间的安全生风冲击，造成人员伤害，保证初次来压期间的安全生产。产。1第四节综采矿压管理技术一、强制放顶管理一、强制放顶管理（二）初次来压前回采顶