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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,高级教育,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,高级教育,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三章 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,第三章 采场顶板活动规律第一节 几个概念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,第一节 几个概念回采工作面（采场）顶板底板采空区伪顶2高级教,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,采空区处理方法: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，从而起到对回采工作面的保护作用。,4,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,第二节 有关采场上覆岩层,“,大结构,”,的假说,拱脚（支撑点）在采空区内已垮落的矸石上或采空区充填体上。,在前后拱脚间形成了一个减压区，回采工作面的支架只承受压力拱内岩石的重量。,一、压力拱假说,该假说认为，由于岩层自然平衡的结果而形成一个前拱脚（支撑点）在工作面前方煤体，,后,5,高级教育,第二节 有关采场上覆岩层“大结构”的假说拱脚（支撑点）在采,此假说认为，工作面和采空区顶板可视为一端固定于煤壁前方岩体内，另一端处于悬伸状态的梁，悬臂梁弯曲下沉后，受到已垮落岩石的支撑，当悬伸长度很大时，发生有规律的周期性折断，从而引起周期来压。,二、悬臂梁假说,6,高级教育,此假说认为，工作面和采空区顶板可视为一端固定于煤壁前方岩体,律的水平挤压力的联系，从而相互铰合而形成一条多环节的铰链。,该假说认为，工作面支架存在两种工作状态,：,给定载荷状态；给定变形状态。,三、铰接岩块假说,此假说认为，采场上覆岩层分为垮落带和裂隙带，二者的差别在于，裂隙带岩块间,存在有规,7,高级教育,律的水平挤压力的联系，从而相互铰合而形成一条多环节的铰链。三,此假说认为，在采场周围存在应力降低区，应力增高区和采动影响区，并随工作面推进而向前移动。采动岩体形成各种裂隙，从而形成假塑性梁。,四、,预成裂隙假说,8,高级教育,此假说认为，在采场周围存在应力降低区，应力增高区和采动影响,“,砌体梁”结构是基于采动岩体移动的如下特征而提出的：,五、砌体梁假说,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,“砌体梁”结构是基于采动岩体移动的如下特征而提出的：五、砌,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,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,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。,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,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,12,高级教育,12高级教育,传递岩梁假说,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。,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，从而能将其作用力传递到煤壁前方和采空区已冒落的矸石之上。,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,传递岩梁假说 传递岩梁假说于1 978 年由山东科技大学宋振,14,高级教育,14高级教育,第三节 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,第三节 直接顶的垮落2、直接顶初次垮落距1、直接顶初,4,、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、直接顶初次垮落前的离层直接顶最大扰度老顶最大扰度,4,、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,4、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,第四节 老顶的断裂形式,一、老顶的梁式断裂,老顶两端固支梁受力分析,18,高级教育,第四节 老顶的断裂形式一、老顶的梁式断裂老顶两端固支梁受力,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,二、老顶的板破断一般老顶岩层可视为薄板，按薄板的Marcu,老顶板的竖,o-x,型破断,20,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,老顶板的横O-X型破 断21高级教育,第五节 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称为,初次断裂步距,。,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,22,高级教育,第五节 老顶的初次断裂步距两端固支梁极限跨距：老顶,岩梁上任意点的应力分析,23,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,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,举例,：设,h,4,，,R,s=33Mp,a,，,R,T,=7Mp,a,，,q=174Kp,a,按抗拉：,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,举例：设h4，Rs=33Mpa，RT=7Mpa，q=174,老顶承受载荷计算,26,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,老顶板断裂步距与边界支撑条件有关。,a,l,m,l,m,老顶的步距准数,边长系数,对四周固支板,支撑条件对断裂步距影响：,a/b,b,工作面长度,1,2,3,4,27,高级教育,二、老顶板断裂的极限跨距老顶板断裂步距与边界支撑条件有关。,工作面长度对断裂步距影响：,以四边固支为例，,b3,l,m,时，,a,l,m,。说明工作面长度对破断步距影响甚微。,3,l,m,b2,l,m,时，则,l,m,a 3lm时，,b,2,l,m,时，则,a,2,l,m,b,。,老顶呈正“,o,x”,破断，即“见方垮落”。,l,m,b,2,l,m,b,。初次破断步距大于工作面长度，老顶呈,横,“,o,x”,型破断。,b,l,m,时，,老顶稳定不垮落，即形成短壁开采工作面或巷道的情形。,29,高级教育,b2 lm时，则a2 lm b。老顶呈正“ox”,第六节 老顶断裂后的,“,砌体梁,”,结构及其稳定性分析,一,.,老顶初次断裂后的“砌体梁”平衡,30,高级教育,第六节 老顶断裂后的“砌体梁”结构及其稳定性分析一.老,1,、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,1、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：3,一般情况下，,=3845，,ta,n,=0.81,.0,。因此，要防止老顶初次破断后“砌体梁”结构产生滑落失稳岩块的高长比要小于,0.40.5,，即岩块长度要大于,22.5倍,岩块厚度。,32,高级教育,一般情况下，=3845，tan=0.81.0。因,若考虑老顶断裂面与垂直面成一断裂角,，,满足不滑落失稳的条件为：,对于图,3-24(a),，当,时，不论水平推力,T,有多大，都不能取得平衡。,33,高级教育,若考虑老顶断裂面与垂直面成一断裂角，满足不滑落失稳的条件为,2,、结构的变形失稳,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,2、结构的变形失稳在岩块的回转过程中，由于挤压处局部应力集中,二,.,“,砌体梁,”,全结构模型的受力分析,35,高级教育,二.“砌体梁”全结构模型的受力分析35高级教育,由上述分析可知，此结构的特征为：,离层区悬露岩块的重量几乎全由前支承点承担；,岩块,B,与,C,间剪切力接近于零，因而此处相当于岩块咬合形成半拱的拱顶；,此结构的最大剪切力发生在岩块,A,与,B,之间，等于岩块,B,本身的重量及其载荷；,此
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