矿压基本知识及矿压观测知识.ppt

矿压知识培训,李英德2009-5-8,主要内容,岩石的基本性质矿山压力及矿压显现采煤工作面上覆岩层移动规律矿压观测及数据处理方法,岩石基本性质,1、岩石的分类①力学性质坚硬岩石饱水状态下б单压10MpaVa级松软岩石f1,VIa②岩石构造组成成分排列充填方式整体构造多孔状构造层状构造（层理）沿垂直层理面方向抗拉弱沿平行层理面方向抗剪弱受压时，加载方向与理面夹角不同，强度边有较大差别,岩石的基本性质,2、岩石的物理性质岩石的干密度、饱和密度和天然密度岩石的空隙性（孔隙、裂隙的发份程度）空隙度n1-rd/Δrd岩石的干密度Δ相对密度空隙比eV0/V空隙总体积∕实体总体积en∕1-n空隙度大岩石密度强度降低塑性变形透水性增加膨胀性和压实性kpV’/V岩石物理性质破碎后块度大小，排列状态等因素kp（岩石碎胀系数）压实后的体积与原始体积之比为残余碎涨系数,岩石的基本性质,3、岩石水理性吸水性遇水不崩解的岩石在一定试验条件下的吸水能力透水性在一定坡度下（压力差），岩石被水透过的性能渗透系数KQkAI孔隙大小，数量，相互贯通性质达西定律转化性浸水后强度明显降低，转化系数ηcRcw/Rc剪切（高产后出现切顶事故）强制放顶使剪切-弯拉（注水软化、打眼放炮）,4、老顶的移动规律初次跨落2-3天，煤壁片帮严重顶板产生裂隙掉渣下沉量速度明显增加支架载落增加L初步距，L同（1/2-1/4）L初周期跨落,应用为了预防周期常压造成事故，要准确的利用周期常压的步距及预兆，及时采取加强支护措施,5、工作面前方的支承压力煤层采出后，在围岩应力重新分布的范围内，作用在煤层、岩层和矸石上的垂直压力称为“支承压力”。理论研究与现场实践证明，从采场推进开始至需控岩层（直接顶和裂隙带中下位1-2个岩梁）第一次来压结束期间的支承压力及其显现的变化可以划分为三个阶段。,第一阶段从采场推进开始至煤壁支承能力改变之前。在该阶段，随采场推进，通过处于相对稳定状态的老顶岩梁传道至煤层上的压力将逐渐增加。由于各点的应力还没有达到煤体的不破坏极限，因此，包括煤壁在内整个煤层都处于弹性压缩状态，支承压力分布是一条高峰在煤壁处的单调下降曲线，如图线1所示。第二阶段从煤壁支承能力开始改变起，到老顶岩梁端部断裂前为止。进入此阶段，靠煤壁附近的应力值达到了煤层的强度极限，随着煤体的破坏，其支承能力开始降低，煤层上支承压力的分布将分成二个区间在塑性区（煤体已完全破坏）压力逐渐上升，在弹性区压力则单调下降，弹塑性区的交界处为压力高峰位置，如图线2所示。第三阶段从老顶岩梁端部断裂起至岩梁中部触矸止。岩梁端部断裂前夕，在断裂线附近压力高度集中；岩梁端断裂后，以断裂线为界将支承压力分布明显地分为二部分，即在断裂线与煤壁之间由拱内已断裂岩梁自重所决定的“内应力场”，以及在断裂线外由上覆岩层整体重量所决定的“外应力场”。如图线3示。,6、影响工作面矿压显现的因素顶板岩层⑴直接顶破碎程序（内部的层理、节理、裂隧发育情况。）⑵老顶推进速度顶板下沉量、煤壁片帮、煤壁前方支撑压力。加快速度可以把受时间的工作面下沉量，片帮等现象甩掉，但无法把由于生产工序（落煤.放顶引起的顶板下沉等矿压现象甩掉）采深影响围岩内支撑压力峰值的大学。采高控顶距煤层夹角,四.矿压观测,1.目的和任务2.观测内容顶底板移近量观测.活住下缩观测.支柱载荷观测.顶板状况统计观测.上覆岩层移动状况观测.围岩支撑压力分布观测.“三量”观测是核心。,观测超前巷道至工作面煤壁不同距离处巷道顶底板相对移迈速度的变化.分析支撑压力的变化过程；相对移近量与推进距离时间的关系.分析来压时测工作面顶板的动态变化.每隔3-5米设置一台顶板动态仪，距工作面2米撤回,3.顶底板移近量观测,步骤①2h观测一次.记录.si（各测点至煤壁的距离）h0（各测点的初读数）hi（各测点的未读数）②逐班整理各顶板动态仪的下沉速度③逐步整理各煤壁前方固定点的下沉速度④绘制巷道顶底板移近速度图。,巷道顶底板移近速度图,顶板运动形式的预测预报,两种运动形式⑴剪切⑵弯拉（曲）,①剪切老项端部断裂线在煤壁处（附近）,支持压力高峰部位没有何煤壁前方转移,一直在煤壁附近.剪切运动时顶班岩层整体跨落，顶板失去煤壁支撑，不可能出现以煤壁为支点的回转运动，而是直接在煤壁处断裂。观测巷道中.顶底板移动速度始终呈现单一变化.变化平缓.无突变，靠近煤壁处测点下沉速度大，远处测点下沉速度小，甚至无明显下沉。如右图所示,在采煤工作面来压前必须准确的判断出顶板属于哪一种运动形式,②弯曲沉降,老顶端部断裂线距离煤壁较远，推进过程中，支撑压力峰值内移，转移的越远，老顶弯曲沉降的可能性越大。具体表现为工作面内顶板下沉量大.支架受力加大.活柱下缩量大.下沉速度快.压力高峰内移动态仪移近速度峰值相继前移.层次清晰.如右图所示,断裂后的老顶以煤壁为支撑作回转运动，老顶显著沉降，工作面侧区I，II号顶板动态仪下沉量和下沉速度明显增加。,老顶运动过程-工作面来压的预测预报,1、老顶相对稳定运动阶段2、老顶端部断裂3、老顶显著沉降4、采煤工作面来压,（a）超前巷道不同位置处移近速度与推进时间关系图,OA段老顶悬露长度未到极限跨度.V变化平缓（老顶相对稳定运动阶段）AB段来压前夕.支架压力内移.由近到远出现V的峰值.B点老顶断裂.支撑压力在断裂现附近集中。矿压显现有近及远向煤壁深处发展，层次清晰，发展到最远时，测点位置即为断裂线位置，出现移近高峰的时刻即为断裂时刻。AB段即为此类型。如果①1先出现高峰2.3同时出现.则2.3点中部未断裂线.②1.2先后出现高峰值3点V有上升趋势.转而明显下降或出现反弹（V为负）则明显下降或反弹时为断裂时.其内侧为断裂线位置.BC段断裂后暂时处于铰接平衡状态CD段老项显著沉降.内压力场收缩，表现为巷道测区各测点3.2.1由远及近相继出现速度高峰.工作面V没有显著变化.,工作面来压预测预报当应力收缩到煤壁附近时，1测点重新出现移近高峰时，工作面处于来压前夕，此时根据工作面测区I，II号动态仪推断采煤面内的来压过程。CD开始时，工作面移近速度没有明显变化。E’F老顶沉降作用于煤壁时，靠近煤壁的I号突增超过II号，开始来压FG直接顶整体沉降.II号动态仪移近速度迅速增加，并超过I号测值。此时表明工作面全面来压中G之后触矸完成来压，顶板移近速度明显下降，巷道测区顶板相对移近速度也同时降到最低，并趋于平缓。来压完成老顶相对稳定运动→端部断裂→端部断裂→显著沉降→来压→触矸结束来压,b工作面内移近速度同推进时间关系图,分步进行顶板控制和来压预测预报,1、采煤工作面来压远期预报。从上次来压完成，工作面推进至老顶端部再次断裂，OC段，此时直接顶基本不受老顶运动影响，工作面矿压显现不明显，可以加快推进速度。2、采煤工作面来压近期预报。老顶端部断裂，显著沉降，支撑压力收缩之煤壁附近，CD段，工作面面临来压，此时应采取相应措施控制顶板来压，确保工作面安全。3、采煤工作面来压的临近预报。I号动态仪测得移近速度明显增加至推进过老顶断裂线为止。G点之后。工作面撤人,①仪器中天公司观测仪表②数据采集整理按观测循环计算支架的初撑力P0本阻力Pm时间加权平均阻力Pt.支护强度q采煤循环检修→割煤→运煤→移架放架子（末阻力Pm）推溜子.拉架子.支起（初撑力P0）支架运转特性初撑力,一次增阻,二次增阻,多次增阻，末阻力安全阀开启弹簧装置，压力达到额定工作阻力时开启.开启后压力不再上升.压力曲线呈现锯齿形.,4.工作面支架支撑压力观测（支架载荷观测）,A.安全阀开启的时间比率平均值反映老顶来压强度B.安全阀循环开启率平均值反映老顶周期来压频率,安全阀开启,,③数据分析判定老顶来压步距A.以观测循环数n、观测日期、至开切眼的距离L为横坐标，以各循环的初撑力P0.循环末阻力Pm时间加权平均阻力Pt为纵坐标绘制支柱阻力沿工作面推进方向的分布曲线B.以实测阻力平均值加其一倍的方差为老顶来无判据，在图中表现为直线将大于判据的循环标出，以大于Pm’的数据或峰值为主，参考大于P0’Pt’的数据或峰值.确定来压的性质、位置和顺序.,直接顶初次跨落（16.8米），老顶初次来压（24米），周期来压（11米，7米，平均9米）,④对支护阻力图的几点解释A.工作循环移架时.支架的阻力为0老顶∕直接悬空时阻力为0或明显减小B.锯齿型表明此时为安全阀开启或老顶给定变形.弯拉（曲）破坏形式C.多次增阻表明压力逐渐增大（矿压显现）D.如果是限定变形.则要求支架工作阻力足够大.曲线逐渐上升至某一点后突变为0（移架），安全阀不开启.立住缩量基本不变.如果给定变形，阻力上升至额定阻力后安全阀开启.阻力不再上升.缩量增大.,谢谢，欢迎提出问题进行讨论,