?

..." />
您好!歡迎來到煤礦安全生產(chǎn)網(wǎng)!

長壁工作面采動壓力

作者:佚名 2017-12-28 09:15 來源:煤礦安全網(wǎng)

?

?

長壁工作面采動壓力

?

??? 工作面周圍巖(煤)體內(nèi)的應(yīng)力和作用在支護(hù)物上壓力的統(tǒng)稱,又稱工作面礦山壓力或礦壓。在工作面地壓作用下引起的一系列力學(xué)現(xiàn)象,如頂板下沉、支架變形與折損、煤壁片幫以及在特殊情況下發(fā)生的局部冒頂和頂板沿工作面煤壁切落(大冒頂)等,稱工作面地壓顯現(xiàn)或礦壓顯現(xiàn)。?
?? 煤系地層是由強(qiáng)度較弱的層狀巖石所組成。隨著工作面的推進(jìn),上覆巖層將引起程度不同的移動,并波及到地表。上覆巖層中由破斷巖塊組合的巖體結(jié)構(gòu)形式及穩(wěn)定性,是決定工作面地壓顯現(xiàn)的基本因素。?
?? 開采后的上覆巖層可分為冒落帶、斷裂帶和彎曲下沉帶。冒落帶呈規(guī)則或不規(guī)則排列,高度一般為采高的2~5倍;斷裂帶在冒落帶之上,雖已斷裂成塊,仍整齊排列,在彎曲下沉過程中互相鉸接平衡;彎曲下沉帶位于斷裂帶之上,巖層破壞較小。?
?? 從斷裂帶往上存在著一系列巖塊互相鉸接的巖拱,使上覆巖層的重量通過巖拱轉(zhuǎn)移到工作面周圍的煤體、煤柱和采空區(qū)內(nèi)逐漸壓實(shí)的充填物或垮落矸石上,形成支承壓力,使工作面支架上的受力遠(yuǎn)小于上覆原巖的重量。?
?? 頂板??煤層上方的巖層。根據(jù)上覆巖層的冒落情況及巖層和煤層的相對位置,可分為:?
?? 直接頂??位于煤層之上的一層或幾層巖層。通常為泥質(zhì)頁巖、頁巖和砂質(zhì)頁巖等較易冒落的巖層。?
?? 偽頂??位于煤層和直接頂之間,和采煤同時冒落的薄層巖層。通常為強(qiáng)度低的碳質(zhì)頁巖、泥質(zhì)頁巖等,厚度在0.3~0.5m以下。?
?? 老頂??位于直接頂之上的厚而堅(jiān)固難冒的巖層,少數(shù)也有直接位于煤層之上。通常由砂巖、石灰?guī)r和砂礫巖等巖層組成。在采空區(qū)上部老頂能維持很大的懸露面積而不隨直接頂同時冒落。?
?? 地壓顯現(xiàn)??隨著工作面的推進(jìn),地壓顯現(xiàn)程度不斷變化。直接頂?shù)谝淮卧诓煽諈^(qū)的大面積冒落稱直接頂初次垮落。此時,工作面切頂線到開切眼煤幫的距離叫初次落頂步距,可用來衡量工作面頂板的穩(wěn)定性。老頂?shù)谝淮蔚臄嗔雅c下沉稱為初次來壓。它將使工作面頂板下沉量和下沉速度急劇增加,支架壓力增大,地壓顯現(xiàn)程度比較劇裂。初次來壓后,工作面每往前推進(jìn)一定距離。老頂就相應(yīng)地出現(xiàn)斷裂與下沉,支架壓力增大,工作面地壓顯現(xiàn)明顯增劇,并呈周期性,稱周期來壓。?
?? 初次來壓和周期來壓是長壁工作面頂板巖層移動過程中的現(xiàn)象。來壓期間,在工作面采取相應(yīng)的措施,就能保證安全生產(chǎn)。在煤礦的長壁工作面,頂板下沉及煤壁片幫等均屬常見的地壓現(xiàn)象。中國的多數(shù)頂板事故,發(fā)生在老頂初次來壓和周期來壓階段,此時如控制不當(dāng),形成局部冒頂和大冒頂,將危及安全,影響生產(chǎn)。?
?? 工作面發(fā)生局部冒頂,常是由于局部空頂過大、支護(hù)不及時和支架架型選擇不當(dāng)所致。若支架工作阻力不足,將引起頂板的臺階下沉,甚至沿煤壁切落,形成工作面大冒頂。?
?? 當(dāng)頂板為砂巖、礫巖等厚實(shí)性巖層時,頂板常能在采空區(qū)懸露數(shù)萬甚至數(shù)十萬平方米。當(dāng)煤柱逐步失去支撐能力后,頂板會產(chǎn)生瞬時大面積冒落,形成強(qiáng)烈震動與暴風(fēng),稱頂板大面積來壓,是礦井的嚴(yán)重災(zāi)害。中國大同煤礦自1956~1980年共發(fā)生大面積來壓達(dá)40余次。?
?? 影響工作面地壓顯現(xiàn)的主要因素有:直接頂、老頂?shù)膸r性與厚度,采高,煤層傾角,采深,節(jié)理,裂隙與地質(zhì)構(gòu)造,工作面推進(jìn)速度,煤回采工藝包括支架型式與規(guī)格、控頂距大小等參數(shù)。?
?? 長壁工作面地壓假說??長壁工作面地壓現(xiàn)象最一般的科學(xué)概括,它對于理論研究和作業(yè)指導(dǎo)具有一定的意義。?
?? 壓力拱假說??傳播最廣泛的經(jīng)典假說之一,德國人哈克(W.Hack)和吉利策爾 (G.Gillitzer)于1928年提出。借用巷道頂板巖石的成拱作用,認(rèn)為長壁采煤工作面自開切眼起也形成壓力拱,隨工作面不斷推進(jìn)而擴(kuò)大,直至拱頂達(dá)到地表為止。此后,壓力拱繼續(xù)擴(kuò)伸(圖1[煤層頂板和底板中的壓力拱]),在工作面前方煤體內(nèi)形成前拱腳a;后方垮落巖石上形成后拱腳b。a、b均為應(yīng)力升高區(qū);工作面則處于應(yīng)力降低區(qū)。支架承受的壓力僅為上覆巖層重量的百分之幾。底板和頂板一樣,也存在相似的壓力拱。?
?? 壓力拱假說能正確解釋圍巖卸載原因,但未能說明巖層變形、移動和破壞的發(fā)展過程以及圍巖和支架的相互作用。?
?? 懸臂梁假說??它是另一經(jīng)典假說,受許多學(xué)者擁護(hù),是由德國施托克(K.Stke)于1916年提出,后得英國弗蘭德(I.Friend)、蘇聯(lián)格爾曼(..)等支持假說認(rèn)為工作面和采空區(qū)上方的頂板可視為梁,一端固定在前方煤壁

?

?

上,另一端可自由懸露或支撐在支架和垮落巖石上(圖 2 [ 頂板懸臂梁 ] )。當(dāng)頂板由幾層巖層組成時,形成綜合懸梁,在變曲下沉后,被垮落的巖石支撐,可能僅產(chǎn)生彎曲而并不折斷。當(dāng)懸伸長度很大時,發(fā)生有規(guī)律的周期性折斷,可能引起周期來壓。懸臂梁假說可解釋以下事實(shí):工作面近煤壁處,頂板下沉最小,支架載荷也??;隨著離煤壁距離越遠(yuǎn),下沉與載荷越增大;工作面前方存在支承壓力和工作面出現(xiàn)周期來壓等。但計(jì)算所得的頂板下沉和支架載荷與實(shí)際情況不盡吻合。?
?? 鉸接巖塊假說是蘇聯(lián)庫茲涅佐夫于19501954年提出,認(rèn)為工作面上覆巖層的破壞可分兩帶,即不規(guī)則垮落帶和其上的規(guī)則移動帶。不規(guī)則垮落帶分上下兩部分,下部垮落時,巖塊雜亂無章;上部垮落時,則按原有方向較規(guī)則地排列。兩者的高度是采厚、松散膨脹系數(shù)與垮落巖層厚度的函數(shù)。規(guī)則移動帶的巖塊相互鉸合形成一條多環(huán)節(jié)的鉸

?

?

鏈,規(guī)則地在采空區(qū)上面下沉 , 見圖 3[ 鉸接巖塊假說的頂板巖層不同分布 ] 。假說認(rèn)為工作面支架存在兩種不同的工作狀態(tài)。當(dāng)規(guī)則移動帶(相當(dāng)于老頂)下部巖層變形小而不發(fā)生折斷時,不規(guī)則垮落帶巖層(相當(dāng)于直接頂)和老頂間就可能發(fā)生離層 , 支架最多只承受直接頂折斷巖層的全部重量 , 故稱支架處于“給定載荷狀態(tài)”。當(dāng)直接頂受老頂移動影響折斷時,支架所受載荷和變形取決于規(guī)則移動帶下部巖塊的相互作用,載荷和變形將隨巖塊的下沉不斷增加,直到巖塊受已垮落巖石的支承達(dá)到平衡為止。這種情況稱為支架的“給定變形狀態(tài)”。假說對支架和圍巖的相互作用作了較詳細(xì)的分析,但它缺乏巖塊與巖塊之間力的分析?
?? 中國學(xué)者在鉸接巖塊假說基礎(chǔ)上進(jìn)行研究,發(fā)展了該學(xué)說。認(rèn)為對工作面地壓顯現(xiàn)影響較大的是斷裂帶巖層。帶中已破斷的巖塊如同磚石結(jié)構(gòu)的砌體,形成的平衡結(jié)構(gòu)可稱為“砌體梁”。外形是梁,實(shí)質(zhì)是拱。?
?? 他們提出開采后的上覆斷裂帶巖層可分為三個區(qū),見圖4[a砌體梁平衡假說的斷裂帶分區(qū)b結(jié)構(gòu)力學(xué)模型]

?

?

煤礦安全網(wǎng)(http://m.cltuan.cn)

備案號:蘇ICP備12034812號-2

公安備案號:32031102000832

Powered By 煤礦安全生產(chǎn)網(wǎng) 徐州鑄安礦山安全科技有限公司

使用手機(jī)軟件掃描微信二維碼

關(guān)注我們可獲取更多熱點(diǎn)資訊

感謝網(wǎng)狐天下友情技術(shù)支持