(3.14)--3.1.1 采场矿山压力显现规律.ppt

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1、1矿山压力及岩层控制矿山压力及岩层控制知识单元三知识单元三采场矿山压力显现规律及顶板支护采场矿山压力显现规律及顶板支护教学内容教学内容p矿压显现衡量指标矿压显现衡量指标p老顶初次来压、周期来压的基本概念；老顶初次来压、周期来压的基本概念；p采场周期来压步距的计算；采场周期来压步距的计算；p顶板压力的估算；顶板压力的估算；p回采工作面前后支承压力分布状况；回采工作面前后支承压力分布状况；p影响回采工作面矿山压力显现的主要因素。影响回采工作面矿山压力显现的主要因素。重点与难点重点与难点采场周期来压步距的计算；影响回采工作面矿山压力显现的主要因素；采场周期来压步距的计算；影响回采工作面矿山压力显现的

2、主要因素；回采工作面前后支承压力分布状况。回采工作面前后支承压力分布状况。知识点知识点1：采场矿山压力显现基本规律：采场矿山压力显现基本规律本讲提要本讲提要采场矿山压力显现规律1.1.矿山山压力力显现衡量指衡量指标2.2.老老顶的初次来的初次来压3.3.老老顶的周期来的周期来压4.4.顶板板压力估算力估算一般指煤壁到采空区边缘裸露顶底板的相对移近量，简称顶板下沉量一般指煤壁到采空区边缘裸露顶底板的相对移近量，简称顶板下沉量 工作面顶底板移近曲线工作面顶底板移近曲线1-1-顶板绝对下沉曲线顶板绝对下沉曲线 2-2-顶底板相对移近量曲线顶底板相对移近量曲线 3-3-底板鼓起曲线底板鼓起曲线1.1.

3、顶板下沉量顶板下沉量S S为顶板下沉量，为顶板下沉量，L L为控顶距，为控顶距，M M为采高。为采高。顶板下沉量可以通过工作面液压支架支柱的顶板下沉量可以通过工作面液压支架支柱的变化进行观察，普采面可以用测杆进行测量。变化进行观察，普采面可以用测杆进行测量。一、一、矿山压力显现衡量指标矿山压力显现衡量指标衡量顶板的一项指标，以每米采高、每衡量顶板的一项指标，以每米采高、每米推进度下沉多少毫米米推进度下沉多少毫米 来表示：来表示：在实际生产过程中，伴随着回采工作面的推进，常有下述一些矿山压力现在实际生产过程中，伴随着回采工作面的推进，常有下述一些矿山压力现象，并习惯用这些现象作为衡量矿山压力显现

4、程度的指标：象，并习惯用这些现象作为衡量矿山压力显现程度的指标：采场矿山压力显现规律工作面所测顶板下沉速度变化情况工作面所测顶板下沉速度变化情况 采场矿山压力显现规律2.2.顶板下沉速度顶板下沉速度单位时间内顶底板移近量，以单位时间内顶底板移近量，以mm/hmm/h计算。表示顶板活动的剧烈程度。计算。表示顶板活动的剧烈程度。一、一、矿山压力显现衡量指标矿山压力显现衡量指标3 3）支柱的变形和折损）支柱的变形和折损(普采工作面普采工作面)3.3.支柱的变形和折损支柱的变形和折损(普采工作面普采工作面)4 4.顶板破碎度顶板破碎度5.5.局部冒顶局部冒顶 观察喷液、下缩、压裂、折断等观察喷液、下缩

5、、压裂、折断等 单位面积中顶板冒落面积所占百分比。单位面积中顶板冒落面积所占百分比。(冒高冒高10cm)10cm)它常常用来衡它常常用来衡量顶板管理好坏的质量标准。量顶板管理好坏的质量标准。指回采工作面顶板形成局部塌落，影响工作面的正常生产。指回采工作面顶板形成局部塌落，影响工作面的正常生产。采场矿山压力显现规律一、一、矿山压力显现衡量指标矿山压力显现衡量指标6.6.顶板沿煤壁切落（或称大面积冒顶）顶板沿煤壁切落（或称大面积冒顶）回采工作面由于顶板来压导致顶板沿工作面切落。它常常严重回采工作面由于顶板来压导致顶板沿工作面切落。它常常严重影响工作面的生产。影响工作面的生产。7 7.煤壁片帮、支柱

6、插入底板、底板鼓起煤壁片帮、支柱插入底板、底板鼓起 煤壁因支承压力作用发生的剪切坍塌破坏。煤壁因支承压力作用发生的剪切坍塌破坏。底板松软，对顶板管理很不利。底板松软，对顶板管理很不利。底板塑性变形。底板塑性变形。以上均为采煤工作面常见的矿山压力显现，且均能影响工作面的安以上均为采煤工作面常见的矿山压力显现，且均能影响工作面的安全生产。全生产。采场矿山压力显现规律一、一、矿山压力显现衡量指标矿山压力显现衡量指标本讲提要本讲提要采场矿山压力显现规律1.1.矿山山压力力显现衡量指衡量指标2.2.老老顶的初次来的初次来压3.3.老老顶的周期来的周期来压4.4.顶板板压力估算力估算1 1、老顶的初次来压

7、、老顶的初次来压由于老顶结构第一次失稳而引起顶板压力异常增大的现象叫由于老顶结构第一次失稳而引起顶板压力异常增大的现象叫老顶的初次老顶的初次来压来压。此时由开切眼到初次来压时工作面推进的距离称为此时由开切眼到初次来压时工作面推进的距离称为老顶的初次来压步距。老顶的初次来压步距。初采初采初次放顶初次放顶老顶悬露跨度增大老顶悬露跨度增大老顶断裂老顶断裂形成平衡结构形成平衡结构失稳失稳初次来压初次来压讨论：初次垮落与初次来压的区别。讨论：初次垮落与初次来压的区别。二、老顶的初次来压二、老顶的初次来压 采场矿山压力显现规律老顶断裂成岩块后的转动老顶断裂成岩块后的转动 老顶的初次来压可根据同煤层工作面的

8、矿压现象推测，同时可以通过观老顶的初次来压可根据同煤层工作面的矿压现象推测，同时可以通过观测工作面的矿压现象来确定测工作面的矿压现象来确定。采场矿山压力显现规律二、老顶的初次来压二、老顶的初次来压 模拟结果分析模拟结果分析采场矿山压力显现规律二、老顶的初次来压二、老顶的初次来压 模拟结果分析模拟结果分析采场矿山压力显现规律二、老顶的初次来压二、老顶的初次来压 模拟结果分析模拟结果分析采场矿山压力显现规律二、老顶的初次来压二、老顶的初次来压 模拟结果分析模拟结果分析采场矿山压力显现规律二、老顶的初次来压二、老顶的初次来压 模拟结果分析模拟结果分析采场矿山压力显现规律二、老顶的初次来压二、老顶的初

9、次来压 模拟结果分析模拟结果分析采场矿山压力显现规律二、老顶的初次来压二、老顶的初次来压 模拟结果分析模拟结果分析采场矿山压力显现规律二、老顶的初次来压二、老顶的初次来压 老顶初次来压老顶初次来压a-老顶断裂下沉；老顶断裂下沉；b-顶板台阶下沉顶板台阶下沉采场矿山压力显现规律老顶失稳后形成的岩块滑落，对工作面安全具有严重的威胁。老顶失稳后形成的岩块滑落，对工作面安全具有严重的威胁。老顶岩块滑落失稳的两个例子老顶岩块滑落失稳的两个例子 采场矿山压力显现规律二、老顶的初次来压二、老顶的初次来压 力学模型力学模型由由P P力形成的反力矩力形成的反力矩难以平衡难以平衡由由Q2Q2所形成的所形成的力矩。

10、因此，老顶岩块的回转在一定程度力矩。因此，老顶岩块的回转在一定程度上是上是不可避免不可避免的。的。为了不使老顶沿工作面发生切落，支架的为了不使老顶沿工作面发生切落，支架的工作阻力应等于工作阻力应等于Q1Q1和和Q2Q2之和之和。只有老顶岩层在采空区接触到冒落矸石后，只有老顶岩层在采空区接触到冒落矸石后，形成反力形成反力RrRr，冒落矸石能承担部分老顶的，冒落矸石能承担部分老顶的载荷，使工作面支架所受的载荷得到减轻。载荷，使工作面支架所受的载荷得到减轻。工作面顶板必然发生下沉，是不可避免的，工作面顶板必然发生下沉，是不可避免的，是回采工作空间的地下结构物与其它构筑是回采工作空间的地下结构物与其它

11、构筑物的重要区别之一。物的重要区别之一。老顶初次来压的力学模型老顶初次来压的力学模型 P P为支架的反力为支架的反力Q1Q1和和Q2Q2分别为直接顶和老顶的载荷。分别为直接顶和老顶的载荷。采场矿山压力显现规律二、老顶的初次来压二、老顶的初次来压 初次来压前，由于上覆岩层结初次来压前，由于上覆岩层结构中有构中有“梁梁”或或“拱拱”式结构存在，式结构存在，因此整个采空区周围的岩体可以视因此整个采空区周围的岩体可以视为一个结构系统。为一个结构系统。这个系统的顶部是老顶岩层，这个系统的顶部是老顶岩层，四周则是直接顶加煤柱。回采工作四周则是直接顶加煤柱。回采工作面就处在这样的结构系统保护之下，面就处在这

12、样的结构系统保护之下，其四周岩层的应力分布，沿走向及其四周岩层的应力分布，沿走向及倾斜方向分别如图所示。倾斜方向分别如图所示。初次来压前四周围岩的支承压力分布初次来压前四周围岩的支承压力分布状态状态 A-增压区；增压区；B-减压区；减压区；C-稳压区稳压区 显然，回采工作面煤壁上所承受的支承压力将随着老顶跨度的加大而增加。显然，回采工作面煤壁上所承受的支承压力将随着老顶跨度的加大而增加。即刚从开切眼推进时为最小，在初次来压前则达到最大。这时也可以把各个不即刚从开切眼推进时为最小，在初次来压前则达到最大。这时也可以把各个不同的应力区划分为增压区，减压区及稳压区。同的应力区划分为增压区，减压区及稳

13、压区。采场矿山压力显现规律二、老顶的初次来压二、老顶的初次来压 老顶初次来压步距一般采用固定梁条件的极限跨距来计算，即：老顶初次来压步距一般采用固定梁条件的极限跨距来计算，即：式中，式中，h h-老顶岩层的厚度；老顶岩层的厚度；R RT T-老顶岩层的抗拉强度；老顶岩层的抗拉强度；q q-老顶岩层所受老顶岩层所受的载荷。的载荷。采场矿山压力显现规律二、老顶的初次来压二、老顶的初次来压 1)1)回采回采工作面顶板急剧下沉，支架载荷增大；工作面顶板急剧下沉，支架载荷增大；2)2)工作面内直接顶破碎，甚至产生台阶下沉现象；工作面内直接顶破碎，甚至产生台阶下沉现象；3)3)煤壁中支承压力增大，煤壁中支

14、承压力增大，煤壁片帮严重；煤壁片帮严重；4)4)老顶初次来压比较突然，易造成顶板垮落事故；老顶初次来压比较突然，易造成顶板垮落事故；5)5)工作面内顶板出现裂缝，并有顶板掉掉碴现象，有时顶板有断裂工作面内顶板出现裂缝，并有顶板掉掉碴现象，有时顶板有断裂声；声；讨论：讨论：老顶初次来压的剧烈程度与哪些因素有关？2 2、初次来压时矿压显现特点、初次来压时矿压显现特点采场矿山压力显现规律二、老顶的初次来压二、老顶的初次来压 4 4、来压条件来压条件1）有老顶存在；）有老顶存在；2）直接顶垮落后不能充填满采空区。）直接顶垮落后不能充填满采空区。3 3、安全措施、安全措施采场矿山压力显现规律1 1）加强

15、矿压观测及地质、开采资料收集，做好提前预防工作。）加强矿压观测及地质、开采资料收集，做好提前预防工作。2 2）增大支架支撑力）增大支架支撑力3 3）增加支架稳定性）增加支架稳定性4）加强日常支护质量管理。加强日常支护质量管理。二、老顶的初次来压二、老顶的初次来压 本讲提要本讲提要采场矿山压力显现规律1.1.矿山山压力力显现衡量指衡量指标2.老老顶的初次来的初次来压3.3.老老顶的周期来的周期来压4.4.顶板板压力估算力估算一）回采工作面推进对岩体结构的影响一）回采工作面推进对岩体结构的影响老顶初次来压后，回采工作面继续推进，裂隙体梁所形成的机构将发生变化老顶初次来压后，回采工作面继续推进，裂隙

16、体梁所形成的机构将发生变化回采工作面推进中岩体结构的变化过程回采工作面推进中岩体结构的变化过程回采工作面推进中岩体结构的变化过程回采工作面推进中岩体结构的变化过程 周而复始：周而复始：稳定失稳再稳定稳定失稳再稳定 周期来压周期来压A稳定A断裂ABCABABABAB相向翻转回到初始位置，周而复始CA稳定A断裂ABCAB相向翻转回到初始位置，周而复始三、老顶周期来压三、老顶周期来压 采场矿山压力显现规律 由于由于A A岩块的回转，必然导致回采工作面顶板的不断下沉，支架岩块的回转，必然导致回采工作面顶板的不断下沉，支架所受的载荷也随之增加，这种现象是不可避免的。所受的载荷也随之增加，这种现象是不可避

17、免的。从管理工作面顶板出发，支架的性能必须要与这种过程相适应。从管理工作面顶板出发，支架的性能必须要与这种过程相适应。除此之外，支架应能防止顶板沿煤帮切落。除此之外，支架应能防止顶板沿煤帮切落。在在A A岩块断裂的瞬间，岩块断裂的瞬间，A A岩岩块与未断岩块的接触处的剪切力达到最大，为块与未断岩块的接触处的剪切力达到最大，为Q QA+BA+B，即相当于，即相当于A A岩块与岩块与B B岩块本身的重量再加上他们的载荷。为了防止滑落失稳，其条件应岩块本身的重量再加上他们的载荷。为了防止滑落失稳，其条件应力为：力为：三、老顶周期来压三、老顶周期来压 采场矿山压力显现规律周期来压的形成：周期来压的形成

18、：有初次来压必有周期来压。有初次来压必有周期来压。初次来压初次来压老顶悬顶跨度增大老顶悬顶跨度增大老顶断裂老顶断裂 平衡结构平衡结构失稳失稳周期来压周期来压。由于裂隙带岩层周期性失稳而引起的顶板来压现象称之为由于裂隙带岩层周期性失稳而引起的顶板来压现象称之为工作面顶板的周工作面顶板的周期来压期来压相邻两次周期来压之间回采工作面推进的距离叫做相邻两次周期来压之间回采工作面推进的距离叫做老顶的周期来压步距老顶的周期来压步距。二）采场的周期来压二）采场的周期来压三、老顶周期来压三、老顶周期来压 采场矿山压力显现规律1 1、周期周期来压时矿压显现特点来压时矿压显现特点2 2、预防措施预防措施同初次来压

19、，同时加强统计观测。同初次来压，同时加强统计观测。三、老顶周期来压三、老顶周期来压 采场矿山压力显现规律1 1）顶板下沉速度急剧增大，顶板下沉量也增大；）顶板下沉速度急剧增大，顶板下沉量也增大；2 2）支架上所受的载荷急剧增大，有时会导致支柱折损；）支架上所受的载荷急剧增大，有时会导致支柱折损；3 3）煤壁上支承压力增大，从而引起煤壁片帮；）煤壁上支承压力增大，从而引起煤壁片帮；4 4）工作面内顶板破碎，难于管理，当支撑力不足时，工作面回出）工作面内顶板破碎，难于管理，当支撑力不足时，工作面回出现台阶下沉；现台阶下沉；如果支护参数选择不合理，会发生冒顶、切顶。如果支护参数选择不合理，会发生冒顶

20、、切顶。3 3、受力分析、受力分析 根据上述分析，可将周期来压时顶板根据上述分析，可将周期来压时顶板来压状态绘成如图所示的力学模型。与初来压状态绘成如图所示的力学模型。与初次来压一样，支架必须保证足够的支撑力次来压一样，支架必须保证足够的支撑力以满足以满足 ，但并不能阻止老顶岩，但并不能阻止老顶岩块的回转。块的回转。支架对老顶岩块所具有的作用力支架对老顶岩块所具有的作用力P1应为应为A、B岩块的重量再减去岩块的重量再减去断裂岩块与未断岩体间的摩擦力。后者决定于断裂岩块与未断岩体间的摩擦力。后者决定于T值，在前面叙述中，值，在前面叙述中，均假设均假设T值为常数，而事实上是一个变值。这样，值为常数

21、，而事实上是一个变值。这样，P1应表达为：应表达为：老顶周期来压的力学模型老顶周期来压的力学模型 三、老顶周期来压三、老顶周期来压 采场矿山压力显现规律 若上式为负值，说明岩块间的摩擦力足以阻止其间的滑动力，此若上式为负值，说明岩块间的摩擦力足以阻止其间的滑动力，此时时P1可取为零。可取为零。若若T=0，则，则P1=Q，即说明相当于规则垮落带及其以下的直接顶，即说明相当于规则垮落带及其以下的直接顶岩层的岩块全部由支架承担。因此，对于在回采工作空间上方的相当岩层的岩块全部由支架承担。因此，对于在回采工作空间上方的相当于规则垮落带及其以下的岩层，按最危险的状态考虑，支柱应以能承于规则垮落带及其以下

22、的岩层，按最危险的状态考虑，支柱应以能承受此控制区内的全部载荷为准。受此控制区内的全部载荷为准。三、老顶周期来压三、老顶周期来压 采场矿山压力显现规律极限跨距的计算公式为：极限跨距的计算公式为：式中，式中，h h-老顶岩层的厚度；老顶岩层的厚度；R RT T-老顶岩层的抗拉强度；老顶岩层的抗拉强度；q q-老顶岩层所受的载荷。老顶岩层所受的载荷。与老顶初次来压步距与老顶初次来压步距 相比，周期来压步距相当于初次相比，周期来压步距相当于初次来压步距的来压步距的 。例：某回采工作面老顶岩层为粗砂岩，其厚例：某回采工作面老顶岩层为粗砂岩，其厚h=6m，极限抗拉强，极限抗拉强度度 RT=6860kpa

23、，上覆岩层作用在老顶上的载荷，上覆岩层作用在老顶上的载荷q=250kpa，试求老顶，试求老顶的初次来压步距和周期来压步距？的初次来压步距和周期来压步距？三、老顶周期来压三、老顶周期来压 采场矿山压力显现规律回采工作面老顶周期来压步距一般按简支梁来计算：回采工作面老顶周期来压步距一般按简支梁来计算：将题中所给的各项数据代入上式则得：将题中所给的各项数据代入上式则得：老顶的周期来压步距大约为老顶的周期来压步距大约为18m左右，初次来压步距大约为左右，初次来压步距大约为44m左右。左右。老顶的初次来压步距相当于周期来压步距的老顶的初次来压步距相当于周期来压步距的245倍，所以，老顶的倍，所以，老顶的

24、初次来压步距为：初次来压步距为：三、老顶周期来压三、老顶周期来压 采场矿山压力显现规律 案例：案例：阜新矿务局高德矿北翼九层一区二段工作面周期来压时的特征。阜新矿务局高德矿北翼九层一区二段工作面周期来压时的特征。该工作面长该工作面长170m，煤层厚度为，煤层厚度为3m，老顶为，老顶为4.5m，直接顶为，直接顶为3.5m厚的细砂厚的细砂岩，煤层倾角为岩，煤层倾角为3235。表表4-1 顶板周期来压特征表顶板周期来压特征表来压序号来压序号来压情况来压情况支架载荷（支架载荷（kNkN）动压系数动压系数持续时间持续时间影响范围（影响范围（m m）来压步距（来压步距（m m）平时平时来压来压循环数循环数

25、小时数（次小时数（次/h/h）初次初次 3636 37.437.4 1.951.951 18 827271.51.517.617.6420420108010801.811.812 2111148482.02.019.819.8900900138013801.851.853 37 742422.12.118.218.25405407907901.761.76三、老顶周期来压三、老顶周期来压 采场矿山压力显现规律 在老顶初次来压及周期来压期间，老顶的作用都是通过直接顶而在老顶初次来压及周期来压期间，老顶的作用都是通过直接顶而作用于支架上，同样，支架的支撑力也是通过直接顶而对老顶进行控作用于支架上，

26、同样，支架的支撑力也是通过直接顶而对老顶进行控制，因此保证制，因此保证直接顶的完整性有十分重要的意义直接顶的完整性有十分重要的意义。但此时由于老顶岩。但此时由于老顶岩层的变形及其与支架的相互作用，常常导致直接顶破碎。层的变形及其与支架的相互作用，常常导致直接顶破碎。另外，由前面的知识可知，来压的大小还与采空区冒落矸石充满另外，由前面的知识可知，来压的大小还与采空区冒落矸石充满采空区的程度直接相关。采空区冒落越严实，老顶对工作面影响越小，采空区的程度直接相关。采空区冒落越严实，老顶对工作面影响越小，反之则越大。反之则越大。三、老顶周期来压三、老顶周期来压 采场矿山压力显现规律本讲提要本讲提要采场

27、矿山压力显现规律1.1.矿山山压力力显现衡量指衡量指标2.老老顶的初次来的初次来压3.3.老老顶的周期来的周期来压4.4.顶板板压力估算力估算采场顶板压力直接影响到工作面支护设计中支柱的支设密度和支柱选型。采场顶板压力直接影响到工作面支护设计中支柱的支设密度和支柱选型。目前，确定顶板压力的方法主要有两种：目前，确定顶板压力的方法主要有两种：一种是估算法一种是估算法，即根据现有的矿山压力研究成果，对工作面可能出现的，即根据现有的矿山压力研究成果，对工作面可能出现的顶板压力大小进行估算；顶板压力大小进行估算；另一种是实测法另一种是实测法，即根据对大量工作面的实测统计数据，确定工作面顶，即根据对大量

28、工作面的实测统计数据，确定工作面顶板压力的大小。板压力的大小。顶板压力是工作面支护设计的一个重要参数。顶板压力是工作面支护设计的一个重要参数。一）估算法：一）估算法：四、顶板压力的估算四、顶板压力的估算采场矿山压力显现规律 1 1、经验估算法、经验估算法 ：按，二是老顶通过直接顶作用按，二是老顶通过直接顶作用照前述支架承受载荷的原则，可将照前述支架承受载荷的原则，可将工作面支架受力情况简化为如下图示的形式。即支架受力一是直接顶工作面支架受力情况简化为如下图示的形式。即支架受力一是直接顶的载荷的载荷于支架上的载荷。于支架上的载荷。1）直接顶载荷）直接顶载荷 ：实质实质以直接顶沿煤壁断裂、老顶平衡

29、结构失稳时最不利状态作为以直接顶沿煤壁断裂、老顶平衡结构失稳时最不利状态作为顶板压力估算的依据（最大可能载荷）。顶板压力估算的依据（最大可能载荷）。回采工作面的顶板压力回采工作面的顶板压力四、顶板压力的估算四、顶板压力的估算采场矿山压力显现规律2）老顶载荷）老顶载荷 ：（按直接顶载荷的倍数估算）（按直接顶载荷的倍数估算）经大量观测，周期来压时形成的载荷不超过平时的经大量观测，周期来压时形成的载荷不超过平时的2倍。倍。故：故：因因 且且所以有：所以有：即：即：顶板压力相当于顶板压力相当于 48 倍采高岩柱重量。倍采高岩柱重量。四、顶板压力的估算四、顶板压力的估算采场矿山压力显现规律 讨论：造成上

30、述情况的原因。讨论：造成上述情况的原因。上述按采高上述按采高48倍岩柱重量估算顶板压力方法是基于悬顶距等于倍岩柱重量估算顶板压力方法是基于悬顶距等于控顶距这个假设的，在采高不大的条件下准确度高。控顶距这个假设的，在采高不大的条件下准确度高。在周期来压不明显时应采用低倍数，而在周期来压较剧烈时应采在周期来压不明显时应采用低倍数，而在周期来压较剧烈时应采用高倍数加以估算。用高倍数加以估算。四、顶板压力的估算四、顶板压力的估算采场矿山压力显现规律 对于上述的两种情况，我们可以归纳为计算顶板的一般公式：对于上述的两种情况，我们可以归纳为计算顶板的一般公式：P顶板压力；顶板压力；Q1垮落带载荷；垮落带载

31、荷；Q2裂隙裂隙带载荷。带载荷。垮落带载荷垮落带载荷Q1的计算方法分为以下两种情况：的计算方法分为以下两种情况：当采高较小，老顶在裂隙带，且悬顶距当采高较小，老顶在裂隙带，且悬顶距L=控顶距控顶距Lm时，时，Q1=h1Lm当采高较大，老顶在垮落带，且悬顶距当采高较大，老顶在垮落带，且悬顶距L控顶距控顶距Lm时，时，Q1=h1Lm+h2L。其中。其中h1为直接顶厚度，为直接顶厚度，h2为老顶厚度及其载荷层厚度。为老顶厚度及其载荷层厚度。裂隙带载荷裂隙带载荷Q2按砌体梁结构平衡关系进行估算。按砌体梁结构平衡关系进行估算。四、顶板压力的估算四、顶板压力的估算采场矿山压力显现规律 实质实质直接顶载荷全

32、部由支架承担，老顶载荷仅当老顶结构失直接顶载荷全部由支架承担，老顶载荷仅当老顶结构失稳时产生。（失稳：滑落、变形）稳时产生。（失稳：滑落、变形）1）滑落失稳估算：）滑落失稳估算：老顶载荷老顶载荷=两岩块重量（荷载）两岩块重量（荷载）-咬合处摩擦力咬合处摩擦力 四、顶板压力的估算四、顶板压力的估算采场矿山压力显现规律 2 2、从老顶结构平衡关系估算：、从老顶结构平衡关系估算：43支撑力与顶板下沉量为双曲线关系支撑力与顶板下沉量为双曲线关系：实测要求即：即：式中式中 实测顶板下沉量；实测顶板下沉量；要求控制顶板的下沉量；要求控制顶板的下沉量；顶板下沉量为顶板下沉量为 时，老顶岩时，老顶岩梁在控顶距

33、范围内的作用力，即梁在控顶距范围内的作用力，即四、顶板压力的估算四、顶板压力的估算采场矿山压力显现规律2）变形失稳估算：）变形失稳估算：英国学者威尔逊（英国学者威尔逊（Wilson）在估算顶板压力时，只考虑直接顶）在估算顶板压力时，只考虑直接顶的形状和载荷，鉴于载荷作用力的位置与支架可能形成的最大反力的形状和载荷，鉴于载荷作用力的位置与支架可能形成的最大反力的作用位置不一致，从而引出由于支架与围岩相互平衡而产生的附的作用位置不一致，从而引出由于支架与围岩相互平衡而产生的附加力的概念，其力学模型如加力的概念，其力学模型如下图下图所示。所示。四、顶板压力的估算四、顶板压力的估算采场矿山压力显现规律

34、3 3、威尔逊估算法：、威尔逊估算法：实质实质 只估算直接顶载荷载荷与支撑力不同线，从而有只估算直接顶载荷载荷与支撑力不同线，从而有附加载荷附加载荷 。的大小受直接顶垮落角的影响。的大小受直接顶垮落角的影响。所需支撑力所需支撑力 P 依据直接顶形状，按照力系平衡求出。依据直接顶形状，按照力系平衡求出。四、顶板压力的估算四、顶板压力的估算采场矿山压力显现规律上述各种估算法，事实上各有其适用条件。例如上述各种估算法，事实上各有其适用条件。例如根据根据一般的顶板状态一般的顶板状态，如我国华北等地区的绝大部分矿区，用，如我国华北等地区的绝大部分矿区，用经验估算方法，经验估算方法，即工即工作面支架主要承

35、担相当于作面支架主要承担相当于4 48 8倍采高岩柱的重量估算，方法简单，比较实用。倍采高岩柱的重量估算，方法简单，比较实用。在一些单体支架工作面，在一些单体支架工作面，尤其是工作阻力偏低，常常导致工作面顶板下沉量过大的尤其是工作阻力偏低，常常导致工作面顶板下沉量过大的情况下，情况下，可采用控制老顶变形失稳估算法，可采用控制老顶变形失稳估算法，此法的实质并非控制老顶的位移量，而此法的实质并非控制老顶的位移量，而是由于直接顶的位移量与老顶的位移量不相适应而造成的结果。根据力学分析，企是由于直接顶的位移量与老顶的位移量不相适应而造成的结果。根据力学分析，企图依靠支架的反作用控制老顶的回转，在一定条

36、件下也是较难实现的。图依靠支架的反作用控制老顶的回转，在一定条件下也是较难实现的。对一些对一些坚硬顶板地区坚硬顶板地区，或经常发生老顶切落或台阶下沉的地区或经常发生老顶切落或台阶下沉的地区，则显然使用控制老，则显然使用控制老顶顶滑落失稳方法估算比较合适滑落失稳方法估算比较合适。四、顶板压力的估算四、顶板压力的估算采场矿山压力显现规律威尔逊威尔逊计算法实际上已考虑了计算法实际上已考虑了“支架支架-围岩围岩”相互作用而导致顶板的作用力。相互作用而导致顶板的作用力。显然，它将随支架架型（即显然，它将随支架架型（即P力的作用位置）及顶板完整状态而变化。因此，力的作用位置）及顶板完整状态而变化。因此，Q

37、3是一个不定值。此法对决定支架工作阻力较为实用。是一个不定值。此法对决定支架工作阻力较为实用。显然，各种顶板形成的附加力大小不同，顶板越坚硬，附加力越大。显然，各种顶板形成的附加力大小不同，顶板越坚硬，附加力越大。对于采用采高倍数的方法来估算顶板的压力，在国外也比较常用。在对于采用采高倍数的方法来估算顶板的压力，在国外也比较常用。在国内，由于国内，由于综采工作面与单体工作面有所差异综采工作面与单体工作面有所差异，因此有学者提出不同的支架，因此有学者提出不同的支架条件下，其顶板载荷的估算也应采用不同的估算值，例如条件下，其顶板载荷的估算也应采用不同的估算值，例如中国矿业大学乔福中国矿业大学乔福祥

38、教授祥教授在研究不同条件下液压支架控制顶板效果的基础上，提出了在研究不同条件下液压支架控制顶板效果的基础上，提出了支撑式和支撑式和支撑掩护式支架综采工作面支撑掩护式支架综采工作面，其顶板的压力可按，其顶板的压力可按10倍采高岩石重量来估算顶倍采高岩石重量来估算顶板载荷，掩护式支架则可按板载荷，掩护式支架则可按4.5倍采高岩石重量来估算顶板载荷。倍采高岩石重量来估算顶板载荷。实测法是从工作面支架上测定实测法是从工作面支架上测定 其所受的实际载荷。从一定意义上讲，其所受的实际载荷。从一定意义上讲，井下工作面所测得的载荷已不仅是顶板压力，同时还含有支架性能的影响。井下工作面所测得的载荷已不仅是顶板压力，同时还含有支架性能的影响。这些将在第五章学习。这些将在第五章学习。四、顶板压力的估算四、顶板压力的估算采场矿山压力显现规律二）实测法二）实测法