第四章采场上覆岩层的运动范围第一节影响采场矿压显现的岩层组成

第四章采场上覆岩层的运动范围第一节 影响采场矿压显现的岩层组成一、三带的划分垮落带（冒落带）：在老塘已经冒落，在采场由支架暂时支撑，在推进方向不能保持传递力的联系。二、影响采场矿压显现的岩层组成根据不同力学结构和控制要求，将影响采场矿压显现的岩层分为两部分。

三、影响采场矿压显现的岩层组成的变化 不是所有的采场都同时具有直接顶与老顶。（一）采场分类 1、一般采场：二者都有，岩层强度由下而上依次递减。 2、缓沉采场：无直接顶，直接覆盖层变形能力超过采高。 3、整体塌垮：有直接顶无老顶，直接覆盖层坚硬、厚度大、强度高，岩层强度由下而上递增。

（二）采场类型的转化 1、采高增加——将增加冒落岩层范围降低采高——可使直接顶部分转化为老顶。 2、推进速度——增加推进速度，缓沉采场向一般采场转化。 3、采空区——（1）充填——无直接顶或很小。（2）强放——整体塌垮采场向一般采场转化。 4、改变开采程序——可使原来开采时冒落（或整体切断）的岩层向不出现直接顶的缓沉采场转化。

第二节直接顶厚度（冒高）的确定方法 冒高值估算的意义：（1）控顶方法、支架选型设计、日常顶板管理（2）裂隙带的高度（3）三下采煤（4）释放瓦斯（5）控制采场及周围巷道、开采程序设计等。一、开采单一煤层或厚煤层顶分层的冒高值（一）不考虑岩梁本身沉降的推断方法观点：岩层冒落至自然接顶，不考虑岩层本身沉降的影响。

从图中可以推得： 对于强度不高，厚度不大的岩层覆盖采场，一般在初次来压阶段比较准确，而没有考虑岩层都是由沉降而发展的实际。（对于缓沉采场不能解释）（二）考虑岩梁沉降的推断方法观点：除整体切断采场外，岩层冒落都是由弯曲沉降而来，推断冒高必须考虑岩梁沉降和岩层变形能力及下步运动空间的高度。

注意：（1）SA与KA的取值一定要在同一地点。 （2） SA与KA值的实际意义是确定的（反力中心）。（三）影响直接顶厚度的主要因素影响直接顶厚度的因素主要有： 1、采高h 注意冒高并不可能随采高变化而连续变化。 2、岩梁的沉降值S0及实际沉降值SA的影响采高一定，则S0值对估计冒高影响极大。 S0的值主要由岩层厚度、强度及在推进方向上裂隙发育情况决定。（1）实验室研究证明，对于结构简单的均质岩层，在不出现整体切断运动形式的情况下，岩层厚度越大，可能的S0值也将越大。

（2）推进方向裂隙发育程度 a、岩层分层厚度小，岩性强度底，易冒落。 b、岩层厚度大，厚度方向整体性好，强度比较高时，推进方向的裂隙将增加岩梁的变形能力。（3）常见岩层的SA值 SA=KS×h KS——实际沉降值与采高比例系数

3、岩梁触矸处已冒落岩层碎胀系数的影响 KA值必须以确实起到支承为前提，不能以松散状况为准。 (1) 岩层的力学性质及结构情况强度高、裂隙发育岩层取：1.3~1.35 强度较低，一般岩层取： 1.25~1.28 (2) 岩层破坏形式剪切破坏：1 弯拉破坏：按上述取值。 4、采空区处理方法的影响（1）采用充填法减小冒高值。其中：hZ——充填高度，m。（2）采取强制放顶，冒高即为放厚。（3）开采程序影响

二、开采厚煤层下部分层直接顶厚度的确定（略）三、开采近距离下部煤层直接顶厚度的确定（略）四、冒高值的实测研究方法及其基本结果二、开采厚煤层下部分层直接顶厚度的确定（略）三、开采近距离下部煤层直接顶厚度的确定（略）四、冒高值的实测研究方法及其基本结果 1、钻孔观测研究（地面、井下）该方法通过钻孔观测各岩层的运动。（1）注水法（用流水速度）向钻孔注水，在工作面后方进行，受打钻时间影响，误差大。（2）直接观测在工作面前方超前打钻，岩层中固定基点直接观测。结果可靠，工艺复杂，基点数目受相互牵拉的影响。

2、物探方法 （1）电磁法——瞬变CT、地质雷达、钻孔电视、数字测井等。（2）微地震法 3、井下岩层动态观测研究方法 (1)、测取布置 (2)、需要观测数据 1)岩梁运动步距（a、b、c) 2)来压前后采场顶板下沉量 3)来压前后采场支架承载值 (3) 两种估算方法

1）用来压前或来压结束后工作面重新推进时支架承载值。1）用来压前或来压结束后工作面重新推进时支架承载值。式中：P0’——来压前夕或来压后重新推进时支架承载值； γZ——直接顶岩层的平均比重； fz——考虑直接顶力矩的系数，由下式确定：而式中：lz——直接顶悬跨度； lk——采场控顶距； nz——支架合力作用点距煤壁距离与控顶距间的比例系数。 lR——采场支架合力作用点距煤壁的距离。

LR值根据所使用的支柱类型决定。 当采场支架辅助性支护结构压缩量很小，在不发生破顶钻底的情况下， LR值为：恒阻支柱： LR≈0.5LK 微增阻（HZWA)： LR ≈0.5~0.6LK 当LZ=LK, nz=0.5时， fz=1, 则 2）用来压前后采场顶板下沉量估算几何模型见图：

a图为来压前夕的采场状态， 岩梁触矸处的下沉量为： b图为来压结束时的采场状态，岩梁的沉降值为： ①在支架承载能力不是很大，接近给定变形情况下，两种状态之间近似存在下列关系：解方程得：将SA代入冒高计算公式，即可求得近似冒高值。

② 采场最终顶板下沉量△hA,在实测得到岩梁来压步距C的情况下，可用下式估算：若△h= △hA，则：同时由△hA及SA得：同样将其代入冒高计算公式可求得直接顶厚度。需要说明的是，利用这些公式计算的结果必须结合柱状图或石门剖面分析确定，并以实际岩层为准。

第三节老顶范围及其确定方法 一、老顶的范围老顶的范围随支架作用力的变化会发生一定的变化。约为采高的5~6倍。二、老顶厚度的确定 1、老顶厚度的内容 1）传递岩量的位置及厚度 2）影响采场的传递岩梁数目 2、确定方法 1）传递岩量的数目主要通过钻孔柱状或石门剖面进行分析，分析用第三章的方法（即组合梁的分析）。

例：柱状图见图所示。 第一岩梁：由3.5m中砂岩及0.9m 页岩和0.1m煤线组成，厚度为4.5m。第二岩梁:由1.1m中砂岩及3.0m 页岩和0.4m煤层、0.3m煤层组成，厚度为4.8m。第三岩梁：由8m厚的砂质页岩组成。组成老顶的岩梁数目，可以根据实测所得采场顶板下沉量、下沉速度、支柱承载值与工作面推进步距间的关系推断。

例：如图中所示分别表达了一个岩梁和两个岩梁的情况。例：如图中所示分别表达了一个岩梁和两个岩梁的情况。

第四节直接顶与老顶的相互转化 1、地质条件变化，主要是岩层厚度和断层等构造的影响。 2、采动条件变化，主要是采高与采动条件的变化。 3、改变采空区顶板处理方法。 4、改变开采程序。本章作业 1、影响采场矿压显现的岩层范围分为哪几部分？各部分分别由哪些岩层组成？控制要求是什么？ 2、理论上如何确定直接顶厚度？现场确定有哪两种方法？ 3、老顶范围包括哪些内容？各如何确定？ 4、已知某工作面顶板来压前夕，顶板下沉量为200mm，来压结束时顶板下沉量为500mm，相对稳定步距6m，来压步距8m，控顶距为4.5m，采高为2.2m，KA=1.25，试求直接顶厚度？

第四章 采场上覆岩层的运动范围 第一节 影响采场矿压显现的岩层组成