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由于矿山开采活动的影响,在硐室周围岩体中形成的和作用在巷硐支护物上的力定义为矿山压力。在矿山压力的作用下,会引起各种力学现象,如岩体变形、破坏、塌落、支护物的变形﹑破坏折损等,以及在岩体中产生的动力现象这些矿山压力显现都将严重影响矿山企业的采掘活动和经济效益。
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矿山压力及岩层控制原理
刘
飞,马 华,丁言露
(
中国矿业大学 矿业工程学院,江苏 徐州 221116)
中图分类号:T
D32 文献标志码:A 文章编号:1009- 0797(2011)01- 0098- 03
由于矿山开采活动的影响,在硐室周围岩体中形
成的和作用在巷硐支护物上的力定义为矿山压力。在
矿山压力的作用下,会引起各种力学现象,如岩体变
形、破坏、塌落、支护物的变形﹑破坏折损等,以及在岩
体中产生的动力现象 这些矿山压力显现都将严重影
响矿山企业的采掘活动和经济效益。
如今我国煤矿的平均开采深度已经接近千米,个
别矿区开采深度达到 1300 多米。随着开采日益向深
部延深,矿山压力显现更加频繁。如果矿山作业人员
能够准确预测矿压显现的预兆,做出合理的判断及采
取正确的预防措施,将会对井下人员的安全和减少矿
山经济损失方面起到积极作用。
1 矿
山压力理论发展
1.1 压力拱假说
压
力拱假说,又名自然平衡拱,是德国哈克和吉
里策尔 1928 年提出。
图 1 压力拱假说
该假说认为在回采工作空间上方
,由于岩层自然
平衡的结果而形成了一个“压力拱”。拱的一个支撑点
是在工作面前方煤体内,形成拱脚 a,而另一个支撑
点在采空区内已垮落的矸石上或采空区的充填体上,
形成拱脚 b。这样就形成了前拱脚与后拱脚, 工作面
处于拱的保护之下,并且“压力拱”将随工作面的推进
而前移。
1.2 悬臂梁假说
悬臂梁假说是由德国施托克于 1916 年提出的。
该假说认为工作面和采空区上覆岩层,可视为一
端固定于岩体内,另一端悬伸的悬臂梁,多岩层可组
成组合悬臂梁。悬臂梁平时承担岩层载荷,当其变形
下沉时,一端压在垮落矸石上,当跨度增大,断裂形成
周期来压。此假说可以解释工作面靠近煤帮处顶板下
沉量最小,支架载荷也小,而距离煤壁越远则两者大
的现象。同时也可以解释工作面前方出现支承压力和
工作面出现周期来压现象。
图 2 悬梁臂假说
1.3 预生裂隙假说
预生裂隙假说是有拉巴斯在 1954 年提出的。
图 3 预生裂隙假说
该假说认为顶板岩层受支承压力作用
,产生相互
平行的裂隙,成为“假塑性体”,在工作面推进过程中,
产生塑性弯曲,由相互挤压形成类似梁的平衡结构。
顶板分为应力降低区、应力升高区、采动影响区,三区
随工作面而移动工作面支架应具有足够的初撑力和
工作阻力,以阻止岩块滑落或离层。
1.4 铰接岩块假说
铰接岩块假说是由前苏联学者库兹涅佐夫于
1954 提出的。
该假说认为上覆岩层分为垮落带和规则移动带,
规则移动带岩块间相互铰合而形成一条多环节的岩
块铰链。规则移动带岩层变形小时,其下部岩层发生
离层,工作面支架只承受直接顶因离层而折断岩层的
全部重量(给定载荷),当规则移动带变形大或断裂
时,支架载荷与岩层变形位移有关(给定变形)。
1.5 砌体梁假说
砌体梁假说是以中国矿业大学钱鸣高院士为代
表在 20 世纪 70 年代末,借助于大屯孙庄矿开采后岩
层内部移动观测资料,上覆岩层开采后成砌体梁式平
衡的结构力学模型提出的。
煤矿现代化
2011 年第 1 期
总第 100 期
98
·
·
DOI:10.13606/j.cnki.37-1205/td.2011.01.018
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