《(3.11)--2.1.2 老顶初次垮落步距及“砌体梁”.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《(3.11)--2.1.2 老顶初次垮落步距及“砌体梁”.ppt（19页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、矿山压力及岩层控制矿山压力及岩层控制知识单元二采场顶板活动规律及其移动控制知识单元二采场顶板活动规律及其移动控制知识点知识点2：采场岩层移动与控制采场岩层移动与控制教学内容教学内容p采场顶板分类；采场顶板分类；p顶底板上覆岩层活动规律假说；顶底板上覆岩层活动规律假说；p老顶断裂形式和断裂步距的确定；老顶断裂形式和断裂步距的确定；p老顶断裂后的老顶断裂后的“砌体梁砌体梁”结构及其稳定性分析；结构及其稳定性分析；p老顶梁式断裂在岩体内的扰动。老顶梁式断裂在岩体内的扰动。重点与难点重点与难点采场上覆岩层活动规律假说；直接顶的垮落；采场上覆岩层活动规律假说；直接顶的垮落；老顶的断裂形式及初次断裂步距；
2、老顶断裂后的老顶的断裂形式及初次断裂步距；老顶断裂后的“砌体梁砌体梁”结构及其稳定性分析结构及其稳定性分析3本讲提要本讲提要1.老老顶的初次的初次垮落步距落步距2.“砌体梁砌体梁”结构及其构及其稳定性分析定性分析 老顶初次垮落步距及“砌体梁”4定义定义老顶达到初次断裂时的跨距称为老顶达到初次断裂时的跨距称为极限跨距极限跨距，也称为，也称为初次断裂步距初次断裂步距。1 1、梁式断裂时的极限跨距、梁式断裂时的极限跨距 已知梁内任意点的正应力为：已知梁内任意点的正应力为：式中，式中，M M-该点所在断面的弯矩；该点所在断面的弯矩；y y-该点距离断面中性轴的距离；该点距离断面中性轴的距离；JZJZ-
3、对中性轴的断面矩。对中性轴的断面矩。岩梁上任意点的应力分布 一、老顶的初次垮落步距一、老顶的初次垮落步距 老顶初次垮落步距及“砌体梁”51 1）按固定梁计算时）按固定梁计算时极限跨距极限跨距：2 2）按简支梁计算时）按简支梁计算时极限跨距极限跨距：对于在简支梁条件下，按剪应力达到极限强度时的极限跨距值，与对于在简支梁条件下，按剪应力达到极限强度时的极限跨距值，与固定梁所计算的极限跨距值相同。固定梁所计算的极限跨距值相同。一、老顶的初次垮落步距一、老顶的初次垮落步距 老顶初次垮落步距及“砌体梁”6在使用煤柱支撑法或房柱法开采时，为了保证工作空间顶板的完整在使用煤柱支撑法或房柱法开采时，为了保证工
4、作空间顶板的完整性，煤柱的间距应采用岩层梁的安全跨距性，煤柱的间距应采用岩层梁的安全跨距L Ls s。此时，取岩层趋向断裂。此时，取岩层趋向断裂的安全系数为的安全系数为n n。鉴于岩层大多数属于脆性破坏，故取。鉴于岩层大多数属于脆性破坏，故取n n=6=6。为此，。为此，顶板岩层的安全跨距顶板岩层的安全跨距L Ls s将由下式确定：将由下式确定：考虑固定梁时：考虑固定梁时：考虑简支梁时：考虑简支梁时：式中，式中，E Ei i、h hi i、（、（i i=1,2,=1,2,n n）分别为第）分别为第i i层岩层的弹性模量、厚度、层岩层的弹性模量、厚度、容重。容重。老顶初次垮落步距及“砌体梁”一、
5、老顶的初次垮落步距一、老顶的初次垮落步距 7例例假设如图所示第假设如图所示第1 1层岩层控制的岩层为两层，层岩层控制的岩层为两层，即即n n=3=3，岩层的厚度、容重及弹性模量见表，岩层的厚度、容重及弹性模量见表，试求此岩层所受载荷大小。试求此岩层所受载荷大小。岩层载荷计算图 岩层岩层岩性岩性容重（容重（MN/mMN/m3 3）层厚层厚(m)(m)弹性模量弹性模量(Mpa)(Mpa)抗拉强度抗拉强度(Mpa)(Mpa)1 1中砂岩中砂岩0.0230.0234.04.02.5102.5104 47 72 2泥岩泥岩0.0250.0252.72.71.1101.1104 42 23 3碳质泥岩碳质
6、泥岩0.0260.0262.02.01.5101.5104 42.52.54 4中砂岩中砂岩0.0250.0255.55.52.3102.3104 47 7一、老顶的初次垮落步距一、老顶的初次垮落步距 老顶初次垮落步距及“砌体梁”8第第1 1层本身的载荷层本身的载荷q q1 1为：为：按固定梁：按固定梁：考虑第考虑第2 2层对第层对第1 1层的作用，则层的作用，则 计算到第计算到第3 3层，则第层，则第1 1层的载荷为：层的载荷为：同理，计算到第同理，计算到第4 4层，则第层，则第1 1层的载荷为：层的载荷为：按简支梁按简支梁 ：考虑最大剪应力考虑最大剪应力 ：一、老顶的初次垮落步距一、老顶的
7、初次垮落步距 老顶初次垮落步距及“砌体梁”9老顶初次破断前板的边界支撑条件有四种形式老顶初次破断前板的边界支撑条件有四种形式（1 1）四周均为实体煤固支的板，）四周均为实体煤固支的板，（2 2）一边采空区或断层简支、三边固支的板；）一边采空区或断层简支、三边固支的板；（3 3）两邻边简支、两邻边固支的板；）两邻边简支、两邻边固支的板；（4 4）三边简支、一边固支，即俗称孤岛工作面条件下的板；）三边简支、一边固支，即俗称孤岛工作面条件下的板；2 2、板式断裂时的极限跨距板式断裂时的极限跨距 可根据弹性力学基础分析四种形式的应力状态可根据弹性力学基础分析四种形式的应力状态一、老顶的初次垮落步距一、
8、老顶的初次垮落步距 老顶初次垮落步距及“砌体梁”10工作面长度对老顶来压步距和极限悬露面的影响 来压步距的推广换算法 一、老顶的初次垮落步距一、老顶的初次垮落步距 老顶初次垮落步距及“砌体梁”11本讲提要本讲提要1.老老顶的初次的初次垮落步距落步距2.“砌体梁砌体梁”结构及其构及其稳定性分析定性分析 老顶初次垮落步距及“砌体梁”121 1、老顶初次断裂后的、老顶初次断裂后的“砌体梁砌体梁”平衡平衡 根据老顶的根据老顶的“X”型的破坏特点，可型的破坏特点，可将工作面分为上、中、下三个区。将工作面分为上、中、下三个区。老顶断裂的一般状态 (a)(b)(c)破断岩块的拱式平衡及其受力分析二、二、“砌
9、体梁砌体梁”结构及其稳定性分析结构及其稳定性分析 老顶初次垮落步距及“砌体梁”13将将 ，代入得代入得拱式平衡结构发生失稳的两种情况拱式平衡结构发生失稳的两种情况 滑落失稳滑落失稳 变形失稳变形失稳 1 1）结构的滑落失稳）结构的滑落失稳 式中，式中，q-裂隙体梁的载荷集度；裂隙体梁的载荷集度；L-跨距；跨距；h-老顶岩层的厚度。老顶岩层的厚度。式式中中，-岩岩块块间间的的摩摩擦擦角角；h-h-岩块厚度；岩块厚度；L/2-L/2-岩块长度。岩块长度。如果剪切力大于摩擦力，此结构将出现滑落失稳，要保持此结构不发生滑落失稳，如果剪切力大于摩擦力，此结构将出现滑落失稳，要保持此结构不发生滑落失稳，必
10、须满足：必须满足：二、二、“砌体梁砌体梁”结构及其稳定性分析结构及其稳定性分析 老顶初次垮落步距及“砌体梁”14防止老顶初次破断后防止老顶初次破断后“砌体梁砌体梁”结构产生滑落失稳的条件：结构产生滑落失稳的条件：岩块的高长比要小于岩块的高长比要小于0.40.40.50.5，即岩块长度要大于，即岩块长度要大于2 22.52.5倍岩块的厚度。倍岩块的厚度。岩块咬合点处的平衡 二、二、“砌体梁砌体梁”结构及其稳定性分析结构及其稳定性分析 老顶初次垮落步距及“砌体梁”15岩梁在破断成岩块后，只要有一定的条件，它仍然能形成外形如梁而实质是岩梁在破断成岩块后，只要有一定的条件，它仍然能形成外形如梁而实质是
11、拱的平衡结构，保护着回采工作空间，使其不必承受上覆岩层的全部载荷。拱的平衡结构，保护着回采工作空间，使其不必承受上覆岩层的全部载荷。岩梁破断后互相咬合中间下沉量达时，即形成了岩块结构的变形失稳。岩梁破断后互相咬合中间下沉量达时，即形成了岩块结构的变形失稳。2 2）结构的变形失稳结构的变形失稳 变形失稳结构及其分析 二、二、“砌体梁砌体梁”结构及其稳定性分析结构及其稳定性分析 16离层区悬露岩块的重量几乎由前支承点承担；离层区悬露岩块的重量几乎由前支承点承担；岩块岩块B B与与C C之间的剪切力接近于零。因此在此处相当于岩块咬合形成半拱的拱顶；之间的剪切力接近于零。因此在此处相当于岩块咬合形成半
12、拱的拱顶；此结构的最大剪切力发生在岩块此结构的最大剪切力发生在岩块A A与与B B之间，它等于岩块之间，它等于岩块B B本身的重量及其载荷；本身的重量及其载荷；此结构中第此结构中第1 1、2 2断裂岩块即断裂岩块即B B与与C C对结构平衡起关键作用，是结构中的关键块。对结构平衡起关键作用，是结构中的关键块。2 2、“砌体梁砌体梁”结构模型的力学分析结构模型的力学分析 开采后上覆岩层岩体的结构模型 某一组结构模型受力分析图 二、二、“砌体梁砌体梁”结构及其稳定性分析结构及其稳定性分析 老顶初次垮落步距及“砌体梁”17式中，式中，-岩块间的摩擦角；岩块间的摩擦角；-破断面与垂直面的夹角。破断面与
13、垂直面的夹角。平衡条件平衡条件“砌体梁砌体梁”关键块的变形失稳分析结论关键块的变形失稳分析结论 （1 1）老顶岩块的滑落失稳是工作面顶板出现台阶以及有时地表下沉）老顶岩块的滑落失稳是工作面顶板出现台阶以及有时地表下沉出现台阶的原因；出现台阶的原因；（2 2）煤壁上方老顶剪切力最大是工作面顶板沿煤壁切落的原因；）煤壁上方老顶剪切力最大是工作面顶板沿煤壁切落的原因；（3 3）上覆岩层结构的存在是支架受力小于覆盖层重量的原因，并由）上覆岩层结构的存在是支架受力小于覆盖层重量的原因，并由此可以分析工作面支架工作阻力必须平衡顶板压力的大小；此可以分析工作面支架工作阻力必须平衡顶板压力的大小；（4 4）采
14、高小、直接顶较厚和采用充填法处理采空区，是工作面顶板）采高小、直接顶较厚和采用充填法处理采空区，是工作面顶板压力较小的原因；压力较小的原因；（5 5）工作面形成的支承压力主要集中在前拱脚的原因。）工作面形成的支承压力主要集中在前拱脚的原因。二、二、“砌体梁砌体梁”结构及其稳定性分析结构及其稳定性分析 老顶初次垮落步距及“砌体梁”18由由“砌体梁砌体梁”结构的概念出发，还可以引出：结构的概念出发，还可以引出：（1 1）选择工作面推进方向与主要构造裂隙之间的关系，以使工作面顶板）选择工作面推进方向与主要构造裂隙之间的关系，以使工作面顶板压力显现较小；压力显现较小；（2 2）确定支架的各项参数，如支
15、架合理的额定工作阻力、支架应具备的）确定支架的各项参数，如支架合理的额定工作阻力、支架应具备的性能及其它参数；性能及其它参数；（3 3）研究倾斜长壁工作面与走向长壁工作面矿山压力显现的差异；）研究倾斜长壁工作面与走向长壁工作面矿山压力显现的差异；（4 4）确定在特定条件下，煤层群开采时采用上行开采的可能性等。）确定在特定条件下，煤层群开采时采用上行开采的可能性等。二、二、“砌体梁砌体梁”结构及其稳定性分析结构及其稳定性分析 老顶初次垮落步距及“砌体梁”19 式中，式中，p p-作用在老顶上的由于所造成的扰动压力；作用在老顶上的由于所造成的扰动压力；k k-老顶的竖向位移；老顶的竖向位移；y y-Winkler-Winkler地基系数，与上下夹支的软岩层（在老顶下边的直地基系数，与上下夹支的软岩层（在老顶下边的直接顶、煤层及底板）的厚度及力学性质有关。接顶、煤层及底板）的厚度及力学性质有关。3 3、老顶岩层破断在岩体内引起的扰动、老顶岩层破断在岩体内引起的扰动 (a)断裂前 (b)断裂后老顶断裂前后的力学模型二、二、“砌体梁砌体梁”结构及其稳定性分析结构及其稳定性分析 老顶初次垮落步距及“砌体梁”