1、第三章第三章 采场顶板活动规律采场顶板活动规律第一节 几个概念第二节 有关采场上覆岩层“大结构”的假说第三节 直接顶的垮落第四节 老顶的断裂形式第五节 老顶的初次断裂步距第六节 老顶断裂后的“砌体梁”结构及其S-R稳定第七节 老顶断裂时在岩体内引起的扰动1高级教育第一节 几个概念回采工作面（采场）顶板底板采空区采空区处理方法伪顶直接顶老顶2高级教育采空区处理方法采空区处理方法:(a)刀柱(留煤柱);(b)顶板缓慢下沉法;(c)充填法;(d)全部垮落法3高级教育 根据实测，回采工作面支架所承受的力仅为上覆岩层重量的百分之几。这是因为上覆岩层形成了“大结构”，这种大结构能够承担上覆岩层重量，从而起
2、到对回采工作面的保护作用。4高级教育第二节第二节 有关采场上覆岩层有关采场上覆岩层“大结构大结构”的的假说假说一、压力拱假说5高级教育二、悬臂梁假说二、悬臂梁假说6高级教育三、铰接岩块假说三、铰接岩块假说7高级教育四、四、预成裂隙假说预成裂隙假说8高级教育五、砌体梁假说五、砌体梁假说1.采动上覆岩层的岩体结构的骨架是覆岩中的坚硬岩层，可将上覆岩层划分为若干组，每组以坚硬岩层为底层，其上部的软弱岩层可视为直接作用于骨架上的载荷，同时也是更上层坚硬岩层与下部骨架联结的垫层。9高级教育2.随着工作面的推进，采空区上方坚硬岩层在裂缝带内将断裂成排列整齐的岩块，岩块间将受水平推力作用而形成铰接关系。岩层
3、移动曲线的形态经实测呈开始为下凹、而后随工作面的推进逐渐恢复水平状态的过程，由此决定了断裂岩块间铰接点的位置。若曲线下凹，则铰接点位置在岩块断裂面的偏下部；反之，则在偏上部。如果在回采空间以及邻近的采空区上方出现明显的离层区，说明该区内断裂的岩块可以形成悬露结构。10高级教育3.由于垫层传递剪切力的能力较弱，因而两层骨架间的联结能用可缩性支杆代替。4.当骨架层的断裂岩块回转恢复到近水平位置时，岩块间的剪切力趋近于零，此时的铰接关系可转化为水平连杆联结关系。5.最上层为表土冲积层，可将其视为均布载荷作用于岩体结构上，而骨架层各岩块上的载荷将随垫层的压实程度而变化。11高级教育12高级教育传递岩梁
4、假说 n传递岩梁假说于1 978 年由山东科技大学宋振骐教授根据现场实测资料提出的。该假说首先与众不同地建立了直接顶与老顶两个基本概念。直接顶：在采空区已经冒落的岩层总和，由于它们不能长久地保持向煤壁前方传递力的联系，因此其作用力必须由支架全部承担老顶：由邻近采场的一部分传递岩梁组成，该部分岩梁的运动对采场矿压显现有明显的影响。n老顶岩梁的结构采用了“传递岩梁”的概念，它包括下列含义：a）该岩梁是由同时运动（或近似于同时运动）因而对矿压显现同时有明显影响的岩层组合而成。b）该岩梁在采场推进过程中，无论是在相对稳定阶段，还是进入显著运动的阶段，都能在工作面推进方向上始终保持传递力的联系，从而能将
5、其作用力传递到煤壁前方和采空区已冒落的矸石之上。n由于采场不断推进，采场矿山压力及其显现总是在不断发展变化之中因此宋振骐教授建议研究的重点不仅是某一时刻瞬间值的大小，而是矿压的发展变化规律及其与上覆岩层运动的关系。解决了这个问题，则能通过矿压显现推测上覆岩层的运动，预测采场来压的时刻和强度，解决开采设计，生产管理等问题。13高级教育14高级教育第三节第三节 直接顶的垮落直接顶的垮落2、直接顶初次垮落距1、直接顶初次垮落3、直接顶垮落后的碎胀特性形成充满采空区所需直接顶厚度为：15高级教育4、直接顶初次垮落前的离层、直接顶初次垮落前的离层直接顶最大扰度老顶最大扰度不离层条件16高级教育4、直接顶
6、初次垮落前的离层、直接顶初次垮落前的离层粗略地讲，当直接顶厚度小于或等于老顶厚度时，均易于形成直接顶与老顶间离层。为了防止直接顶因离层产生推跨事故必须保证支架具有一定的初撑力：17高级教育第四节第四节 老顶的断裂形式老顶的断裂形式一、老顶的梁式断裂一、老顶的梁式断裂老顶两端固支梁受力分析老顶两端固支梁受力分析18高级教育二、老顶的板破断二、老顶的板破断一般老顶岩层可视为薄板，按薄板的Marcus简算法对板的破断进行分析。19高级教育老顶板的竖o-x型破断20高级教育老顶板的横O-X型破 断21高级教育第五节第五节 老顶的初次断裂步距老顶的初次断裂步距两端固支梁极限跨距：老顶达到初次断裂时的跨距
7、称为初次断初次断裂步距裂步距。按材料力学方法可求得老顶梁式断裂步距。一、梁式断裂时的极限跨距一、梁式断裂时的极限跨距22高级教育岩梁上任意点的应力分析23高级教育两端固支梁极限跨距：按抗拉强度：按抗剪强度：两端简支梁极限跨距：按抗拉强度：24高级教育举例举例：设h4，Rs=33Mpa，RT=7Mpa，q=174Kpa按抗拉：按抗拉：按抗剪：按抗剪：固支梁 破断距为 36m破断距为1011.5m简支梁 破断距为 29m弯矩形成的极限跨距比剪切力形成的极限跨距小；简支梁的抗弯极限跨距比固支梁的小；25高级教育老顶承受载荷计算26高级教育二、老顶板断裂的极限跨距二、老顶板断裂的极限跨距老顶板断裂步距
8、与边界支撑条件有关。almlm 老顶的步距准数老顶的步距准数 边长系数边长系数 对四周固支板对四周固支板1.支撑条件对断裂步距影响：a/bb 工作面长度 1 2 3 4 3227高级教育2.工作面长度对断裂步距影响：工作面长度对断裂步距影响：以四边固支为例，b3lm时，alm。说明工作面长度对破断步距影响甚微。3lm b2 lm时，则lm a 2 lm。说明随工作面长度缩短，步距显著增大。老顶破断呈竖“ox”型。28高级教育b2 lm时，则a2 lm b。老顶呈正“ox”破断，即“见方垮落”。lm b2 lm b。初次破断步距大于工作面长度，老顶呈横“ox”型破断。b lm时，老顶稳定不垮落，
9、即形成短壁开采工作面或巷道的情形。29高级教育第六节第六节 老顶断裂后的老顶断裂后的“砌体梁砌体梁”结构结构及其稳定性分析及其稳定性分析一一.老顶初次断裂后的老顶初次断裂后的“砌体梁砌体梁”平平衡衡30高级教育1、结构的滑落失稳、结构的滑落失稳若三铰拱式结构不产生滑落失稳，必须满足：可见是否产生滑落失稳主要取决于老顶破断岩块的高长比。高长比越小，结构抗滑落失稳的能力越大。31高级教育32高级教育33高级教育2、结构的变形失稳、结构的变形失稳n在岩块的回转过程中，由于挤压处局部应力集中，致使该处进入塑性状态，甚至局部受拉而使咬合处破坏造成岩块回转进一步加剧，从而导致整个结构失稳。34高级教育二二
10、.“砌体梁砌体梁”全结构模型的受力分析全结构模型的受力分析35高级教育36高级教育37高级教育si0小的含义反映了以下几种情况：1.直接顶较厚；2.采空区采用充填法处理；3.采高较小的煤层；4.离开煤层距离较远的岩层。38高级教育39高级教育第七节第七节 老顶断裂时在岩体内引起的扰动老顶断裂时在岩体内引起的扰动n老顶岩层可视为夹持在上下软岩层间的弹性地基梁或弹性地基板，近似满足Winkler弹性地基假定。n通过老顶弹性地基梁求解发现，在岩层断裂时，老顶在部分区域岩层将发生“上升”，而在另一部分区域老顶岩层对直接顶进一步“压缩”。前者称为“反弹”现象，其区域称“反弹”区；后者则称为“压缩”现象，其区域称为“压缩”区。40高级教育老顶破断前后的力学模型41高级教育42高级教育43高级教育
