第三章采場(chǎng)頂板活動(dòng)規(guī)律

本節(jié)介紹：

老頂?shù)某醮螖嗔巡骄嗬享敵醮螖嗔押蟮钠鲶w梁結(jié)構(gòu)及其穩(wěn)定性分析

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砌體梁假說(shuō)是中國(guó)礦業(yè)大學(xué)錢鳴高教授在前蘇聯(lián)學(xué)者庫(kù)茲涅佐夫教授的鉸接巖塊假說(shuō)的基礎(chǔ)上根據(jù)相似模型實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，運(yùn)用結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法得到了采場(chǎng)上覆巖層的平衡和失穩(wěn)條件，從而提出了“砌體梁”假說(shuō)。砌體梁假說(shuō)認(rèn)為，在老頂巖梁達(dá)到斷裂步距之后，隨著工作面的繼續(xù)推進(jìn)，巖梁將會(huì)折斷，但斷裂后的巖塊由于排列整齊．在相互回轉(zhuǎn)時(shí)能形成擠壓，由于巖塊間的水平力以及相互間形成的摩擦力的作用，在一定條件下能夠形成外表似梁實(shí)則為半拱的結(jié)構(gòu)。這種平衡結(jié)構(gòu)形如砌體，故稱之為砌體梁。第六節(jié)老頂斷裂后的“砌體梁”結(jié)構(gòu)及其穩(wěn)定性分析2

根據(jù)巖層移動(dòng)特點(diǎn)，可將上覆巖層按堅(jiān)硬巖層分成若干個(gè)巖層組，而每一個(gè)巖層組的底板則為堅(jiān)硬巖層．由測(cè)定可知斷裂成為巖塊，巖塊間相互咬臺(tái)則可能形成圖示的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)為“煤壁——已冒落矸石”及“煤壁——支架——已冒落矸石”兩種支撐體系所支撐．采場(chǎng)上覆巖層可沿走向分為三個(gè)區(qū)，A——煤壁支撐影響區(qū)：B——離層區(qū)或支架影響區(qū)；C——已冒落矸石的支撐區(qū)．34

由于巖層抗拉強(qiáng)度較小，老頂巖梁很可能先在兩側(cè)支座的上端裂開(kāi)，而后在梁的中間底部開(kāi)裂。隨著巖塊的轉(zhuǎn)動(dòng)形成強(qiáng)大的水平擠壓力，使巖塊間形成了三鉸拱式的平衡。（砌體梁）51．結(jié)構(gòu)的滑落失穩(wěn)

根據(jù)三鉸拱的平衡原理，成供且使巖塊保持平衡的水平推力T為：

當(dāng)剪切力與摩擦力相等時(shí)，呈極限平衡狀態(tài)。如果剪切力大干摩擦力，此結(jié)構(gòu)將出現(xiàn)滑落失穩(wěn)。6結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生滑落失穩(wěn)，必須滿足帶入上式：一般情況下，摩檫角度是38度到45度，巖塊長(zhǎng)度要大于2~2.5倍巖塊厚度，才能防止結(jié)構(gòu)產(chǎn)生滑落失穩(wěn)。7

若考慮老頂巖層斷裂時(shí)，斷裂面與垂直面成一斷裂角，則咬合點(diǎn)的關(guān)系如下圖所示。（1）8對(duì)（1）式，當(dāng)不論水平推力T有多大，都不能取得平衡。9

該假說(shuō)在前人研究成果及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的基礎(chǔ)上，對(duì)開(kāi)采層采場(chǎng)上覆巖層進(jìn)行了分析認(rèn)為：

1)、在劃分的巖層組中，每組中的軟巖層或斷裂的巖層可視為堅(jiān)硬巖層上的載荷，或者傳遞垂直力的媒介．

2)．由于開(kāi)采的影響，堅(jiān)硬巖層已經(jīng)斷裂成為排列較整齊的巖塊．由于離層，在離層區(qū)域內(nèi)，上下巖層組之間沒(méi)有垂直力的傳遞。在水平方向由于有水平推力，形成了鉸接關(guān)系．鉸接點(diǎn)的位置取決于巖層移動(dòng)曲線的形狀，若曲線下凹，則鉸接點(diǎn)位于斷裂面的下部，反之則在上部，離層區(qū)視為無(wú)支撐區(qū)．3)．由于層間不能阻擋水平錯(cuò)動(dòng)，因而視軟巖層或碎裂巖層為支承鏈桿，即只能傳遞垂直力，不能阻止水平力．

4)、當(dāng)巖塊恢復(fù)到水平位置時(shí)，破碎巖塊間的剪切力為零，故以后的巖塊可以用一水平直桿代之．5)．最上巖層組的堅(jiān)硬巖層，由于其上只是軟巖層及沖積層；因此可視為均布載荷作用于最上組的堅(jiān)硬巖層上，而下面的巖層組則不然．6)，最上的堅(jiān)硬巖層，隨著回采工作面的推進(jìn)．由于載荷條件一致，因而該巖層斷裂后各巖塊可視為等長(zhǎng)．但下面各組巖層由于相互作用，破碎后的長(zhǎng)度未必相等．2．受力、穩(wěn)定性分析10根據(jù)以上分析，提出采場(chǎng)上覆巖層的巖體結(jié)構(gòu)模型如圖所示．11

利用結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法，得到了該結(jié)構(gòu)的力學(xué)特征及平衡條件。

任一巖層的水平推力Ti為:式中，Lio——懸露巖塊的破碎長(zhǎng)度；

Qi0——懸露巖塊的重量：

hi——第i層巖塊的厚度；

Si0——第i層巖塊的下沉量．12砌體梁巖層結(jié)構(gòu)的主要特征如下：1)懸露巖塊(Bi)的重量幾乎全部由前支承點(diǎn)(即煤壁)支撐；2)巖塊Bi與Ci之間的剪切力幾乎近似于零，故此處即為鉸合巖塊形成的半拱的拱頂。3)該結(jié)構(gòu)的最