第三章采场顶板活动规律要点.ppt

* 矿山压力与岩层控制 * 第七节 老顶断裂时在岩体内引起的扰动 基本顶断裂后分析 M0、Q0变化为0 基本顶断裂前 基本顶断裂后 * 矿山压力与岩层控制 * 第七节 老顶断裂时在岩体内引起的扰动 由基本顶断裂处至x处的弹性基础出现反弹，大于x部分形成压缩 忽略s(Q0-Q’) 且取a= 反弹区和压缩区 * 矿山压力与岩层控制 * 第七节 老顶断裂时在岩体内引起的扰动 压缩区范围 最大反弹值 （3-86） （3-87） * 矿山压力与岩层控制 * 第七节 老顶断裂时在岩体内引起的扰动 四、实例分析 基本顶为砂岩层，厚4m，其上为2m厚的页岩层（可视为基本顶上的荷载，随基本顶岩层变形而变形） 弹性模量E=30GPa ，岩层I=bh3/12(b=1)=5.33m4 体积力25kN/m3 第一步：估算基本顶断裂步距 悬伸段相对于x=0处的下沉量 悬伸部分长度 * 矿山压力与岩层控制 * 第七节 老顶断裂时在岩体内引起的扰动 1）取B岩块断裂与A岩块相等， =h/6。 2）假定支架对于基本顶岩层的控制作用甚微。（不计F及FZ） 3) 取值较小，忽略不计 * 矿山压力与岩层控制 * 第七节 老顶断裂时在岩体内引起的扰动 k/MPa 0.5×102 1×102 1.5×102 2×102 2.5×102 5×102 10×102 γ/m-2 0.01768 0.025 0.0354 0.0395 0.0559 0.0559 0.079 α/m-1 0.094 0.112 0.124 0.133 0.14 0.167 0.1987 β/m-1 0.094 0.112 0.124 0.133 0.14 0.167 0.1987 表3-3 不同垫层系数k对应的γ、α、β x/m 0 1 2 3 4 5 6 7 断裂前 y/mm 9.58 8.1 6.72 5.5 4.35 3.36 2.49 1.74 M/MN·m 16.94 18.86 19.98 20.43 20.32 19.79 18.91 17.79 断裂后 y/mm 2.67 2.37 2.1 1.8 1.54 1.3 1.07 0.86 M/MN·m 0 1.06 1.88 2.50 2.94 3.22 3.37 3.42 x/m 8 9 10 15 20 25 30 断裂前 y/mm 1.1 0.57 0.13 -0.97 -0.98 -0.63 -0.29 M/MN·m 16.49 15.09 13.62 6.73 2.07 -0.19 -0.86 断裂后 y/mm 0.68 0.52 0.38 -0.05 -0.18 -0.15 -0.09 M/MN·m 3.38 3.28 3.12 1.96 0.89 0.22 -0.08 表3-4 断裂前后位移与弯矩变化值 k/MPa 0.5×102 1×102 1.5×102 2×102 2.5×102 5×102 10×102 反弹区x/m 11.2 9.1 8.1 7.47 7 5.45 4.7 反弹值Δymax 10.46 6.91 5.43 4.6 4 2.69 2 表3-5 不同垫层系数k的反弹区和反弹值 垫层系数越大，反弹区域及反弹值越小。反之，亦然 可近似认为α=β * 矿山压力与岩层控制 * 第七节 老顶断裂时在岩体内引起的扰动 考虑各种不同垫层系数K，相应的r、a、β 如下表所示（参见课本98页表3-3）。 一般情况下，r远远大于s，故表中的a、β可认为近似相等。 K=102MP（假设条件） 研究基本顶断裂前后y和M的变化关系 基本顶断裂前 基本顶断裂后 计算结果参见表3-4（参见课本98页表3-4）。 * 矿山压力与岩层控制 * 第七节 老顶断裂时在岩体内引起的扰动 * 矿山压力与岩层控制 * 第七节 老顶断裂时在岩体内引起的扰动 扰动特征： 老顶断裂位置在煤壁前方。 老顶断裂后在一定趋于内出现“反弹”现象，而在另一些区域则出现“压缩”现象。 老顶反弹量随M0、E、I及k等的数值变化而变化。 直接顶与煤层的垫层系数k越大，则反弹区域与反弹值越小；而垫层系数k越小，则反弹区域与反弹值越大。 老反弹效应在采场上下两巷同样有所反应，利用这种信息可预测预报老顶断裂。 工作面上覆岩层有时能形成岩体内的“大结构”，这种大结构能够承担上覆岩层重量，从而对回采工作空间起保护作用。因此分析上覆岩层形成结构的可能性，研究其破断规律及其形成结构的稳定性，是这一章的主要内容。 本章首先提出直接顶、伪顶、老顶的概念和采空区的几种处理方法。 概述采场上覆岩层活动规律的压力拱假说、悬臂梁假说、铰接岩块假说、预成裂隙假说；详细介绍了我国学者在此基础上提出的岩体结构的“砌体梁”力学模型