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行业新闻

采场矿压概述

作者: 时间:2019-11-12 09:23

    地下的岩层上下间存在着压力和相抗的应力,这种压力和应力,处于相对平衡的状态。

    煤体采动前,煤体内的应力处于平衡状态。煤体上所受的原始应力为γ·H(即:单位面积所受上部岩体的质量)。这里的γ为岩体的堆密度(容重),H为距地面的垂高。

    当在煤体中开掘巷道(例如开切眼)后,这种平衡状态的应力分布受到破坏,应力重新分配,如图8-5所示。开切眼上方岩体质量Q,由两侧煤体平均分担。因此,在两侧煤体中产生了应力集中现象。经研究表明,一般支承压力的峰值为原始应力的2~4倍。当集中应力超过了巷道围岩的极限强度时,将导致巷道围岩变形、破坏和垮落。这是巷道开掘后需要支护的基本原因。

    当回采工作从开切眼开始后,随着工作面前进,在采场前方的煤体中同样产生支承压力。回采工作面围岩应力分布如图8-6所示。在回采工作面后方,当垮落后的岩石或充填体压实到相当程度后,也产生了支承压力。前后两个支承压力随回采工作面的推进而移动。因此,支承压力的分布情况比在巷道周围要复杂的多。采场地压现象是一个与工作面推进速度有关的动态过程。

普采面支架错梁三角柱布置

    图8-4    普采面支架错梁三角柱布置

煤体中开掘巷道后应力重新分布

    图8-5    煤体中开掘巷道后应力重新分布

    从图8-6中可以看出,由于采动影响的结果,在回采工作面前方煤体及后方采空区中,根据应力分布不同,可以分成5个区,即应力降低区,左、右两个应力升高区(升压区即支承压力区)和左、右两个原始应力区(常压区)。

    回采工作面前支承压力的分布范围,从工作面前方0.5~ 3m处开始直到10~45m,甚至深入煤层达100m以上。支承压力最高点距煤壁3~5m。支承压力的大小和范围与回采工作面顶板悬梁垮度、开采深度、煤岩性质等因素有关。顶板悬梁垮度愈大,开采深度愈深,煤岩愈坚硬,支承压力愈大,其波及的范围也愈远。

    回采工作面后方支承压力的分布范围和最高压力点的位置,距回采工作面较远,其应力集中程度亦较小。

回采工作面围岩应力分布

    图8-6    回采工作面围岩应力分布

    a-应力降低区;b-应力升高区或支撑压力区;c-原始应力区

    由图8-6可以看出,回采工作面空间虽然处于应力降低区之内,但其上方顶板岩石,在自重的作用下,也会产生变形。这种变形主要表现为顶板的弯曲下沉。回采工作面支架一般将承受这种作用力。

    由于支承压力的作用,可将工作面煤壁“压酥”,其影响深度为0.5~ 3m。这种现象有利于落煤,目前使用的各种浅截深采煤机械就是利用了这一点。但煤壁压酥,也增加了片帮的机会,影响安全,应加以注意并采取相应的措施。

    由于支承压力的作用,工作面前方的顶板在尚未悬露之前,已经开始下沉。实测资料表明其下沉量可达16~ 60mm,甚至达到100mm。这种现象可能使前方顶板在没有悬露之前,就已产生裂缝,从而增加了工作面支架的荷载,给回采工作面顶板管理增加了困难。

    同时,支承压力的作用还影响到工作面前方一段巷道的维护工作。对这段巷道应加强支护,并随时进行维修。当采空区下侧留有巷道时,应留设足够宽的护巷煤柱,以使支承压力由煤柱支撑,避免巷道维护发生困难。

    此外,支承压力还是引起井下产生冲击地压,造成煤及瓦斯突出事故的主要原因之一。