矿山顶板事故防治第一二三章.ppt
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1、煤矿顶板事故防治技术,太原理工大学矿业工程学院,第一章煤矿事故概况,第一节综述瓦斯煤尘爆炸事故次数占事故总数的29.5%,伤亡人数占总数的52.31%,居各类事故之首;其次是顶板事故,发生次数占总次数的23.5%,伤亡人数占总数的8.81%,如果统计死亡1-2人的顶板事故,顶板事故占总数的49.86%,死亡人数占总数的35.67%,可见顶板事故对煤矿安全生产的影响之大。,1950-2003年煤矿各类事故发生起数及死亡人员统计,第二节 顶板事故发展趋势1954-1985年 顶板事故死亡人数占总数的45%,其中工作面顶板事故占75%,巷道顶板事故占25%;1986-1992年顶板事故死亡人数占总数
2、的40%,其中工作面顶板事故占66%,巷道顶板事故占34%;顶板事故总体呈下降趋势,其中工作面顶板事故亦呈下降趋势,而巷道顶板事故呈上升趋势。,第二章矿山压力及其显现概述,第一节 矿山压力及其在围岩中的分布 一、矿山压力的概念原岩体:地下岩体在受到人类工程活动影响前称为原岩体。原岩体在地壳内各种力的作用下处于平衡状态。矿山压力:由于在地下进行采掘活动而在井巷、硐室及回采工作面周围煤、岩体中和支护物上所引起的力,就叫做矿山压力,二、矿山压力的来源,(1)上覆岩层的重力(自重应力)由于上覆岩层的重量所应起的力成为自重应力。自重应力可以通过计算得出:,如在深部,岩层呈现塑海姆法则,即,(金尼克假设)
3、,(2)构造运动的作用力(构造应力),由于地质构造运动而在岩体内积存的应力称为构造应力。特点:一般情况下地壳运动以水平运动为主,构造应力主要也是水平应力,而且地壳运动总的来说是以挤压运动为主,所以水平应力以压应力占绝对优势。构造应力分布很不均匀,主应力的大小和方向往往有很大变化。岩体中的构造应力具有明显的方向性,通常两个方向的水平应力值是不相等的。根据测定,岩体中的构造应力普遍存在以下规律:最大水平应力最小水平应力垂直应力在坚硬岩层中,出现构造应力一般比较普通;在软岩中,储存构造应力很少。,(3)岩体膨胀的作用力(膨胀应力)包括岩体因温度升高或遇水膨胀而产生的应力。温度主要与开采深度有关。在一
4、般深度条件下,由于温度应力与自重应力及构造应力相比很小,因此,只是在开采深度比较大的条件下才需要考虑。泥质岩石特别是含有蒙脱石等吸水很强成分的情况下,遇水膨胀可以产生很高的膨胀应力,是巷道矿山压力的一个重要来源。(铝土岩),第二节 矿山压力显现,一、概念及基本形式矿山压力显现:矿山压力显现是指在矿山压力作用下所引起的一系列力学现象。基本形式:如围岩变形、顶板下沉、岩体离层、破坏和冒落、煤体压酥、片帮和突出、支架受载、变形、折断以至大规模岩层移动、“放炮”等现象,均称之为“矿山压力显现”。所以,矿山压力显现是矿山压力作用的结果和外部表现。,图2.1 矿山压力显现的基本形式,顶板下沉与支架承载,顶
5、底板移近,两帮鼓出,冒顶、片帮,矿山压力显现,围岩运动,支架受力,两帮运动,顶板运动,底板运动,载荷增减,支架压折,支架变形,概念?,采动后表现出的矿山压力现象,矿山压力控制:人为减轻、调节、改变和利用矿山压力作用的各种方法,叫做“矿山压力控制”,简称矿压控制。把矿山压力显现控制在合理的范围,这是矿山压力控制的根本目的。,二、矿山压力与矿山压力显现间的关系矿山压力的存在是客观的、绝对的,它存在于采动空间的周围岩体中。但矿山压力的显现则是相对的、有条件的,它是矿山压力作用的结果。然而,围岩中有矿山压力存在却不一定有明显的矿山压力显现。因为围岩的明显运动本身是有条件的,只有当应力达到其变形强度后才
6、会发生。支架受力也是如此,它不仅取决于围岩的明显运动,而且还取决于支架对围岩运动的抵抗程度。压力显现强烈的部位不一定是压力高峰的位置。研究表明,在岩层运动发展过程中,矿山压力与矿山压力显现之间存在一定的对应关系,根据两者间的关系,可以通过矿山压力的显现来推断压力高峰的位置。就某一点而言,压力显现的变化幅度与该点压力的增减幅度是相关的、对应的,但不一定成正比。,三、影响矿山压力显现的因素 1深度越大,巷道越难维护,但维护费用的增加并不与深度成正比。浅部巷道的矿压主要表现在顶部,深部巷道 的矿压则来自四周,并有冲击地压现象。2岩层性质的影响 岩体内摩擦角小,结构面发育,则矿压显现显著。在缓倾斜岩层
7、中矿山压力主要来自顶板;急倾斜岩层中矿山压力来自顶底板,在巷道中表现为两帮压力较大。在强度较大的岩体中,顶压较明显;在强度低的岩体中,四周压力较明显,底鼓影响严重。遇水膨胀的岩体最难维护。3地质构造的影响在向斜轴、背斜轴、压应力断层或剪应力断层附近等应力集中区,矿山压力较大。因为构造应力的最大主应力垂直于巷道轴向,平行于这些构造走向的巷道更难维护。,4巷道尺寸和形状的影响巷道的矿山压力与巷道尺寸成正变关系。巷道的形状对弹性状态的周边应力影响较大,对塑性区的大小影响较小,巷道形状对支架的受力情况有较大的影响,曲线形巷道断面易于维护。5时间影响由于岩石不断移动,塑性区将不断扩大,岩体强度又逐渐削弱
8、,矿山压力也将随时间而增加。如果维护措施得当,强度较大的岩体将在短时间内趋于稳定,软弱岩体则将持续很长时间。6.其它采掘工程的影响 采掘工程将引起周围岩体中应力重新分布及岩体移动。凡处于这一影响范围的巷道,矿压显现将加剧。,矿山压力的来源,矿山压力,根源?,采动前的原岩应力,随采深的增加而增加是不确切的,来源?,1.岩层重力2.构造运动作用力3岩体膨胀作用力,各点主应力的大小、方向、垂直应力与水平应力之间的比值等决定了采动后围岩应力重新分布的规律,第三章 采煤工作面上覆岩层移动规律,第一节概 述一、煤层顶底板岩层的构成 采煤工作面上方的岩层顶板下方的岩层底板回采工作面或采场:直接进行采煤或采有
9、用矿物的工作空间。,1、基本顶;2、直接顶;3、伪顶;4、煤层;5、底板岩层,煤层顶底板岩层,伪顶:在煤层与直接顶之间有时存在厚度小于0.30.5m、极易垮落的软弱岩层。随采随冒,一般炭质页岩、泥质页岩等。;直接顶:直接位于煤层上方的一层或几层性质相近的岩层。通常由具有一定稳定性且易于随工作面回柱放顶而垮落的页岩、砂页岩或粉砂岩等岩层组成。基本顶(老顶):位于直接顶(有时直接位于煤层)之上对采场矿山压力直接造成影响的厚而硬的岩层。一般是由砂岩、石灰岩及砂砾岩等岩层组成。直接底:直接位于煤层下面的岩层。,二、采煤工作面上覆岩层移动及其破坏,在采用长壁采煤法时,随着采煤工作面的不断向前推进,暴露出
10、来的上覆岩层在矿山压力的作用下,将产生变形、移动和破坏。根据破坏状态不同,上覆岩层可划分为图31所示的三个带:,冒落带。指采用全部垮落法管理顶扳时,采煤工作面放顶后引起的煤层直接顶的破坏范围(图中)。该部分岩层在采空区内已经垮落,而且越靠近煤层的岩石就越紊乱、破碎。在采煤工作面内这部分岩层由支架暂时支撑。裂隙(缝)带。指位于冒落带之上的岩层。这部分岩层的特点是岩层产生垂直于层面的裂缝或断开,但仍能整齐排列(图中)。弯曲下沉带。一般是指位于裂隙带之上的岩层,向上可发展到地表。此带内的岩层将保持其整体性和层状结构(图中)。,冒落带和裂隙带的总厚度,一般为采高的6倍8倍。,裂隙带岩层在水平方向上可以
11、分为3个区:煤壁支撑区、离层区和重新压实区,如图所示。(1)煤壁支撑影响区:它是由于工作面煤壁支撑而使顶板呈拉伸变形形成的。范围从工作面前方3040 m一直到工作面后方48m,该区内顶板水平移动较为剧烈,垂直移动则甚微,在有些场合垂直位移还会出现负值(即岩层上升现象)。(2)离层区:范围从工作面后方48m至30m左右,该区内顶板急剧下沉、断裂,且各层下沉的速度由下向上逐渐减少,并且层间的离层现象随着距煤层距离的增加而愈多。(3)重新压实区:位于工作面后方30 m以外,该区内已断裂的岩层又重新被采空区冒落的歼石支撑,由下向上各岩层的下沉速度逐渐增大,层间进入相互压实的过程。,采煤工作面上覆悬露岩
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- 矿山 顶板 事故 防治 第一 二三章
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