深井开采采场顶板活动规律研究
第5章+回采工作面上覆岩层活动规律及其分析
第五章 回采工作面上覆岩层活动规律及其分析 5.1 概述 在煤层或矿床开采过程中，一般把直接进行采煤或开采有用矿物的工作空间称为回采工作面或简称为采场。 顶板：位于煤层之上的岩层称为顶板。分为： （1）直接顶（immediate roof ）：直接顶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或砂页岩等岩层组成。也有人认为采空区冒落带内的岩层统属于直接顶。 （2）伪顶（false roof ）：直接顶与煤层间厚度小于0.5m 极易垮落的软弱岩层，它随采随冒。 （3）老顶（基本顶，main roof ）：直接顶上方（有时直接位于煤层之上）的厚而坚硬的岩层。一般由砂岩、石灰岩、砂砾岩等岩层组成。也有人认为冒落带以上的裂隙带岩层统属老顶。 底板：位于煤层以下的岩层。 直接底：直接位于煤层之下的岩层。 工作面回采过程中，必须对回采工作面进行支护，保证工作面有足够的作用空间和形态。同时对采空区要进行处理，目前对采空区的处理方法主要有以下几种。 其中全部垮落法具有回采率高、成本低、简单的优点，在条件适宜时，尽量采用这种方法。 采用全部垮落法时，随着工作面推进，回采工作面空间形状变化见下图。 老顶 底板 直接顶 煤层 伪顶 直接底
在煤体内形成回采空间，其上方的岩体部分重量则有支架承担，同时前方煤壁和采空区冒落的矸石也要承担部分压力。有时由于上位岩层的变化对支架也会产生压力。将这些原因对支架产生的压力常称为顶板压力或矿山压力。 回采空间或巷道上方岩层中未破坏部分或未产生剧烈变形部分，或虽然岩层已破断但仍能整齐排列的部分，有时能形成岩体内的大“结构”。这种大结构能够承担上覆岩层重量，从而对巷道及回采空间起保护作用。根据实际测定，回采工作面支架所承受的力仅为上覆岩层的百分之几。但当工作空间维护的时间较长时，有时由于岩体内所受的力超过了其弹性极限，或由于煤岩的蠕变特性，则使围岩不易形成稳定性结构。这种现象在巷道中极易出现，从而导致巷道围岩的“挤、压、臌”现象。对于回采工作空间，尤其是工作面推进较快时，这种时间影响因素就会变得次要，上覆岩层极易形成大“结构”。 5.2 老顶岩层的稳定性 5.2.1老顶岩层的梁式平衡 当工作面自开切眼推进一段距离后，直接顶悬露达到一定跨度，采空区进行初次放顶，直接顶开始垮落，此时直接顶的跨距称为初次垮落距，初次垮落距的大小与直接顶岩层强度、分层厚度、直接顶内节理裂隙的发育程度有关。 岩层破碎后，体积将产生膨胀，破碎膨胀后的体积与破碎前的体积之比称为碎胀系数。岩石破碎后，在其自重及外载作用下，渐趋压实，碎胀系数变小，压 K。 实后的体积与原体积之比称为残余碎胀系数' p
上覆岩层运动与矿山压力及其显现的关系
第三章上覆岩层运动与矿山压力及其显现的关系 采场矿山压力研究的基本任务，一是为回采工作面顶板控制服务，解决顶板控制方案及支护选型计算等方面的问题，二是为回采工作面周围巷道矿山压力控制服务，解决巷道布置和维护方面的问题。 除直接顶外，其它岩层的运动很难在井下直接看到，但是可以通过回采工作面和采场周围巷道中比较容易观测到的顶底板位移和支架承载等压力显现，根据矿压显现，可以推断矿山压力的分布、上覆岩层运动，为采场矿山压力控制设计提供基础。因此，“上覆岩层运动与矿山压力及其显现的关系”是“反演”和“正演”岩层运动及其运动结果的理论基础。 第一节矿山压力与矿山压力显现[2] 正确地建立“矿山压力”及“矿山压力显现”的基本概念，弄清它们之间的联系及区别，是正确进行矿山压力控制研究和实践的基础。 一、矿山压力 在煤或岩层中开掘巷道和进行回采工作称为对煤（或岩）层的“采动”。采动后在煤（或岩）层中形成的空间称为“采动空间”。采动空间周围岩体（包括顶板、底板及两帮的岩层），统称为“围岩”。 煤及岩层采动前，一般都在覆盖重力、构造运动作用力等作用下，处于三向受力的原始平衡状态。煤及岩层采动后，由于支承条件的改变，其原始平衡即遭破坏，各岩层边界上的作用力及分布在各点的应力（包括大小及方向）随之改变。采动后重新分布于围岩各个层面边界上的力及岩层中各点的应力将促使该部分岩体产生变形或遭到破坏，从而向已采空间运动。采动后作用于岩层边界上或存在于岩层之中的这种促使围岩向已采空间运动的力（采动后促使围岩运动的力），称为矿山压力。 二、矿山压力显现 （一）矿山压力显现的概念 采动后，在矿山压力的作用下通过围岩运动与支架受力等形式所表现出来的矿山压力现象，称为“矿山压力显现”。 （二）矿山压力与矿山压力显现间的关系[2] 研究与实践充分证明，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
3采煤工作面上覆岩层移动规律讲解
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 煤层处于各种岩层的包围之中。处于煤层之上的岩层称为煤层的顶扳；处于煤层之下的岩层称为煤层的底板。 根据顶、底板岩层离煤层的距离及对开采工作的影响程度不同，煤层的顶、底板岩层可分为： (l)伪顶。紧贴在煤层之上，极易垮落的薄岩层称为伪顶。通常由炭质页岩等软弱岩层组成，厚度一般小于0.5m，随采随冒。 (2)直接顶。位于伪顶或煤层之上，具有一定的稳定性，移架或回柱后能自行垮落的岩层称为直接顶。通常由泥质页岩、页岩、砂质页岩等不稳定岩层组成，具有随回柱放顶而垮落的特征。直接顶的厚度一般相当于冒落带内的岩层的厚度。 (3)老顶。位于直接顶或煤层之上坚硬而难垮落的岩层称为老顶。常由砂岩、石灰岩、砂砾岩等坚硬岩石组成。 (4)直接底。直接位于煤层下面的岩层。如为较坚硬的岩石时，可作为采煤工作面支柱的良好支座；如为泥质页岩等松软岩层时，则常造成底臌和支柱插入底板等现象。 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，随着采工作面的不断向前推进，暴露出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，上覆岩层可划分为三个带(图3－l)。 冒落带。指采用全部垮落法管理顶板时，采煤工作面放顶后引起的煤层直接顶的破坏范围(图3－l，Ⅰ)。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。 裂隙带。指位于冒落带之上、弯曲带之下的岩层。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3－l，Ⅱ)。 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
机械设计基础习题答案第4章
4-1试述凸轮机构的工作过程？ 答：1.推程凸轮转过推程运动角δt。从动件在推程做功，称为工作行程。 2.静止在最远点凸轮继续转动，从动件停留在远离凸轮轴心的位置，称为远休止，凸轮转过远休止角。 3.回程凸轮继续转动，从动件在其重力或弹簧力作用下由最远点回到最近点，这一行程称为回程，凸轮转过回程运动角。从动件在回程中不作功，称为空回行程。 4.静止在最远点凸轮继续转动，从动件停留在离凸轮轴心最近位置A，称为近休止，凸轮转过近休止角。 4-2 凸轮机构常用的从动件运动规律中，哪些产生刚性冲击？哪些产生柔性冲击？如何选择？ 答：等速运动规律产生刚性冲击，这种运动规律不宜单独使用。 等加速等减速运动规律和简谐运动规律产生柔性冲击，这种运动规律适用于中速凸轮机构。 4-3 已知凸轮机构从动件的运动规律，如表题4-3所示，绘制从动件的位移线图。解：1.将横坐标代表δh的线段分为若干等份，等分点为3、4、5、6、7、8、9、10。 2.在δh/2处作横坐标的垂线，按一定比例取升程h，将h也分成与横坐标相同的等份，等分点为、3＇、4＇、5＇、6＇、7＇、8＇、9＇、10＇。 3.分别由始点和终点向3＇、4＇、5＇、6＇、7＇、8＇、9＇、10＇联斜线，这些斜线与横坐标各等分点的垂线的交点，即为位移线图的点。 4.将这些交点连成圆滑的曲线，即得位移线图。 4-4 已知从动件位移线图如图，设计一对心直动尖顶从动件盘形凸轮的轮廓曲线。已知其基圆半径r min=40 mm，凸轮顺时针转动。 解：1.选取适当的比例尺υ，以r min为半径作基圆。基圆与导路的交点B0为从动件尖顶的起始位置。 2.在基圆上，自开始沿的相反方向依次取推程运动角β1、远休止角β＇、回程运动角β及近休止角β＇＇，并将β1和β2各分成与位移线图对应的若干等分，得基圆上各点B‘1、2 B‘2、B‘3…。连接各径向线O B‘1、O B‘2…得到从动件导路反转后的位置。
采场顶板活动规律.
第4章 采场顶板活动规律 1、如何理解矿山压力和矿山压力显现的关系？ 2、什么是直接顶，伪项和老顶，它们之间有何不同？ 3、简述采场上覆岩层活动规律主要假说及其评价。 4、采空区处理方法主要有哪几种？对于难冒落并易发生大面来压的顶板，采空区应采取什么处理方法？ 5、某回采工作面采高为3.5m ，直接顶为砂质页岩，其碎胀系数K p =1.4，直接顶冒落的厚度∑h=8m ，直接顶冒落后，破碎矸石最上部距老顶岩层的距离是多少？ 6、简述直接顶初次垮落前易离层的原因。 7、在目前针对老顶断裂形式的研究中，一般有哪几种理论？ 8、试分析老顶达到极限跨距时，以剪切断裂为主还是以弯曲断裂为主？ 9、有一缓斜煤层，其顶板由四岩层组成，各岩层的数据如下表，如采用刀柱法处理采空区，刀柱间的距离应该是多少？ 10、某回采工作面直接顶冒落后不能充满采空区，老顶岩层厚度h=3m ，其容重γ=24.5kN/m 3，在初次来压前老顶的跨距L=20m ，这时，此老顶已和上部岩层离层，试问，此时老顶中的最大拉应力发生在何处，其数值是多少？ 11、采场上覆岩层结构失稳的基本形式有哪些？ 12、简述采场上覆岩层所形成结构的失稳条件。 13、怎样理解长壁工作面顶板在初次来压前的“拱“或“梁”式结构？ 14、某一缓斜煤层顶板为中砂岩，岩层厚度h ＝4m 抗拉强度R T ＝14000kPa ，作用在岩层上的载荷q=190kN ／m 2，求其极限跨距L T ，设 0,8.0tan ==θ?，计算说明当岩层达到极限跨距时，能否形成三铰拱式平衡？ 15、老顶破断时在岩体内将引起什么性质的扰动？其特点是什么？有何实际意义？
上覆岩层结构及运动规律
1.2. 2上覆岩层结构及运动规律研究现状 自采用长壁开采技术以来，回采工作面上覆岩层的结构及运动规律一直是采矿学科研究的核心问题之一。许多学者结合现场实测，通过理论分析、实验室模拟和数值分析等方法研究了上覆岩层的结构及运动规律，提出了许多有价值的理论和围岩控制技术。由于地质条件的差异较大、研究人员切入点的不同，形成了许多的假说和理论体系。这些研究成果都以不同方式回答了上覆岩层结构的形式问题，用以解释采场各种矿山压力现象，因此，这些假说和理论研究成果对岩层控制都具有一定的指导意义。 1916年德国的K. Stock提出悬臂梁假说，假说认为：工作面和采空区上方的顶板可被视为梁，它是一端固定于岩体内，另一端则处于悬升状态，当顶板由几个岩层组成时，形成组合悬臂梁，弯曲下沉后，受已垮落岩石的支撑，当组合悬臂梁的悬臂长度达到某个极限时，发生有规律的周期性折断，从而引起周期来压。此假说可以很好地解释工作面顶板下沉量和支架载荷随煤壁由近及远逐渐增大，同时还可以解释工作面的周期来压现象。该假说不足之处是计算的顶板下沉量和支架载荷与实际相差较大。 1928年，德国人哈克(w. Hack)和吉果策尔(G. Gilicer)提出了压力拱假说，假说认为：长壁工作面自开切眼起形成了压力拱，前拱脚位于煤壁前方，后拱脚位于采空区，在拱脚处形成应力增高区，拱内为应力降低区。压力拱随着工作面的推进而向前移动。压力拱假说能很好的解释围岩的卸载过程和原因，但不能解释上覆岩层的运动、变形
和破坏过程。 原苏联的r. H.库兹涅佐夫于1950--1954年提出了铰接岩块假说。此假说认为：上覆岩层的破坏可分为垮落带和规则移动带。垮落带又可分为整齐排列的上部分和杂乱无章的下部分，并且垮落带无水平方向有规律的挤压力。岩块之间相互铰合形成了一个多环节的铰链，并且有规则地在采空区上方逐渐下沉。该假说认为:工作面支架处于“给定载荷状态”和“给定变形状态”两种工作状态。所谓“给定载荷状态”就是当规则移动带下部岩层变形较小且未折断时，垮落带岩层和规则移动带可能发生离层，支架承受折断的垮落带岩层的全部重量的状态;所谓“给定变形状态”就是当直接顶受基本顶影响折断时，随着岩块的下沉支架所受的载荷和变形逐渐增大，直至岩块受到已垮落岩石的支承达到平衡为止，支架所的处的状态。该假说的不足之处是缺乏岩块间的力学分析。 50年代比利时学者A.拉巴斯提出了预成裂隙假说，该假说认为:回采工作面上覆岩层的连续性遭到破坏而成为非连续体，在工作面周围出现了应力降低区，应力增加区和采动影响区。随着工作面推进，三个区域相应的向前推移。由于上覆岩层内存在着各种裂隙，使岩体的变形类似于塑性体，这些岩石处于相互挤紧的状态形成了类似梁的平衡。在自重和上覆岩层作用下发生假塑性弯曲，当下部岩层下沉量大于上部岩层时便出现了离层。 70-80年代初，钱鸣高院士提出了岩体结构的“砌体梁”力学模型。该模型认为：回采工作面上覆岩层形成了垮落带、规则移动带、
采场顶板控制及其检测技术实用版
YF-ED-J9125 可按资料类型定义编号 采场顶板控制及其检测技 术实用版 In Order To Ensure The Effective And Safe Operation Of The Department Work Or Production, Relevant Personnel Shall Follow The Procedures In Handling Business Or Operating Equipment. （示范文稿） 二零XX年XX月XX日
采场顶板控制及其检测技术实用 版 提示：该解决方案文档适合使用于从目的、要求、方式、方法、进度等都部署具体、周密，并有很强可操作性的计划，在进行中紧扣进度，实现最大程度完成与接近最初目标。下载后可以对文件进行定制修改，请根据实际需要调整使用。 岩层：由同一岩性组成的基本均一的受两 个平行或近于平行界面所限制的层状岩石。 分层：分层是指同一岩性的整体岩层或同 一岩性较厚岩层中的一部分或由下“硬”上 “软”不同岩性组成的岩层组。 老顶：厚度大于1.5m~2m、较坚硬的岩层 直接顶：厚度小于1.5m~2m、较软弱、下面 又无老顶的岩层 伪顶：煤层与老顶或直接顶之间厚度小于 0.5m随采随冒的软弱岩层
碎胀性：掩饰破碎后的体积比整体状态下的大、碎胀系数：破碎后体积与整体之比软化性：岩石浸水后强度降低软化系数：水饱和与干燥试件单向抗压强度比 裂隙带：位于冒落带上方，以产生裂隙为主要特征的那部分岩层。 冒落带：直接位于煤层上方发生冒落的那部分岩层。 假说：压力拱假说，悬臂梁假说，铰接岩块假说，预成裂隙假说，砌体梁假说 砌体梁结构：采场上覆岩层的岩体结构骨架是覆岩中的坚硬岩层，可将上覆岩层划分为若干组，每组以坚硬岩层为底层，其上部的软弱岩层可视为直接作用于骨架上的载荷 工作阻力：支柱受顶板压力作用所反映出
采场上覆岩层垮落步距计算方法
采场上覆岩层垮落步距计算方法 摘要：影响采场的运动岩层由直接顶和老顶组成。本文主要利用“板”模型和“梁”模型对直接顶初次垮落步距、老顶初次来压步距和老顶周期来压步距进行推算，为工作面顶板管理提供技术支持，确保采煤工作面安全生产。 关键词：板模型；梁模型；直接顶初次垮落步距；老顶初次来压步距；老顶中期来压步距 1 直接顶初次垮落步距 初次运动阶段，直接顶将首先垮落。工作面从开切眼开始推进，直接顶悬露跨度增大，当达到其极限跨度时直接顶将垮落。直接顶初次垮落标志是：直接顶垮落长度达工作面长度一半，垮落高度达1m 以上。直接顶初次垮落时，从开切眼到支架后排放顶线的距离叫做直接顶初次垮落步距。 直接顶初次垮落又称工作面初次放顶。直接顶初次垮落步距是衡量顶板完整程度的重要指标。直接顶的初次垮落现象是一种典型的矿压显现。 1．1 利用“板”模型计算 将直接顶视为工作面上方的“板”，利用弹性力学理论推导得到的“板”极限破坏步距公式进行计算求解。 b L oz /23ββ -= ，α γσβcos 3.14km t = （1） 式中，oz L 为直接顶初次垮落步距；t σ为岩层抗拉强度；k 为岩层的龟裂系数，k =0.25~0.75；m 为岩层厚度；b 为工作面斜长，；γ为岩层容重；α为工作面倾角。根据具体工作面几何尺寸、直接顶厚度以及岩性，取得式中参数，计算出结果。 1．2 利用“砌体梁”结构模型计算 1.2.1 按固支梁计算 q R h L t 21= （2） 1.2.2 按简支梁计算 q R h L t 321= （3）
1.2.3 考虑最大剪应力计算 q hR L s 341= （4） 式中，1L 为直接顶初次垮落步距；h 为直接顶厚度；t R 为岩层抗拉强度；s R 为岩层抗剪强度；q 为直接顶所承受的载荷。 采场覆岩中的任一岩层所承受载荷除自重外，一般还受上覆临近岩层的相互作用所产生的载荷。一般来说，采动岩层的载荷是非均匀分布的，但为了分析问题的方便，假设岩层载荷为均匀分布。 假设煤层上方共有m 层岩层，如图1所示。 考虑第n 层对第1层影响形成的载荷，按下式计算： () ()3 32 23 1 122113111 n n n n n h E h E h E h h h h E q +?+++?++= γγγ （5） 式中，i E 为岩层的弹性模量；i h 为岩层的厚度；i γ为岩层的容重。 当()11+n q ＜()1n q 时，说明第n+1层对第1层载荷不起作用。此时，直接顶所承受载荷为q =1q +()1n q 。 q m n 21 …… 图1 岩层载荷计算图 显然，在同样的条件下，由简支梁计算所得直接顶初次垮落步距要比由固支梁计算所得的小。在一般情况下，由于弯矩形成的极限跨度要比剪切应力形成的极限跨度小，因此常按弯矩来计算直接顶初次垮落步距。在什么条件下应按简支梁或按固支梁计算，需根据煤层赋存深度及边界煤柱两侧采空的情况来定。 1．3 利用“传递岩梁”理论计算
采场顶板控制及其检测技术标准版本
文件编号：RHD-QB-K1053 （解决方案范本系列） 编辑：XXXXXX 查核：XXXXXX 时间：XXXXXX 采场顶板控制及其检测技术标准版本
采场顶板控制及其检测技术标准版 本 操作指导：该解决方案文件为日常单位或公司为保证的工作、生产能够安全稳定地有效运转而制定的，并由相关人员在办理业务或操作时进行更好的判断与管理。，其中条款可根据自己现实基础上调整，请仔细浏览后进行编辑与保存。 岩层：由同一岩性组成的基本均一的受两个平行或近于平行界面所限制的层状岩石。 分层：分层是指同一岩性的整体岩层或同一岩性较厚岩层中的一部分或由下“硬”上“软”不同岩性组成的岩层组。 老顶：厚度大于1.5m~2m、较坚硬的岩层 直接顶：厚度小于1.5m~2m、较软弱、下面又无老顶的岩层 伪顶：煤层与老顶或直接顶之间厚度小于0.5m 随采随冒的软弱岩层
碎胀性：掩饰破碎后的体积比整体状态下的大、碎胀系数：破碎后体积与整体之比 软化性：岩石浸水后强度降低软化系数：水饱和与干燥试件单向抗压强度比 裂隙带：位于冒落带上方，以产生裂隙为主要特征的那部分岩层。 冒落带：直接位于煤层上方发生冒落的那部分岩层。 假说：压力拱假说，悬臂梁假说，铰接岩块假说，预成裂隙假说，砌体梁假说 砌体梁结构：采场上覆岩层的岩体结构骨架是覆岩中的坚硬岩层，可将上覆岩层划分为若干组，每组以坚硬岩层为底层，其上部的软弱岩层可视为直接作用于骨架上的载荷 工作阻力：支柱受顶板压力作用所反映出的力
初撑力：支柱刚架设时对顶板产生的支撑力。 单体液压支柱：外注式、内注式。与悬臂梁、铰接顶梁配合关系 老顶的初次来压：工作面回采以来老顶第一次大规模来压 周期来压：工作面内周期性的出现老顶来压现象端面距：顶梁前端到煤壁之间的距离。 控顶距：从煤壁至密集支柱（墩柱）或采空区顶梁末端的距离。 支护强度：支架对单位面积顶板提供的工作阻力； 支护系统刚度：单位顶板下沉量所对应的支柱工作阻力。 支撑式支架：可适应中等稳定或完整的直接顶板，但支架漏、窜矸问题较大，不能抵抗来自沿层面
凸轮机构工作过程及从动件运动规律
教案 课次 19 课时 1 执行 日期 班级15机电1 周次 5 课型新授日期2017.3.16 课 题 §4—1 凸轮机构（2） 教 学 目 标 知识与技能 1.理解凸轮机构的工作过程； 2.掌握凸轮机构的从动件运动规律； 过程与方法 1.通过PPT的讲解过程，从而理解凸轮机构的工作过程，掌握凸 轮机构的从动件运动规律； 情感态度与价值观 1.通过复习旧知，明确本课的学习目的，并快速进入到最佳学习 状态； 教学 难点 1.凸轮机构的工作过程； 2.凸轮机构的从动件运动规律； 教学 重点 1.凸轮机构的工作过程； 2.凸轮机构的从动件运动规律； 教学 方法 讲授教学方法 教学过程： 复习、导入： 1.复习回顾上节课所学内容： （1）凸轮机构的分类与特点； 2.通过上节课的学习我们对凸轮机构有了一定的理解，那么它是怎么工作的？其从动件的运动规律有是怎样的呢？引出本课学习任务： （1）凸轮机构的工作过程； （2）凸轮机构的从动件运动规律； 知识点/任务/环节一： 一、凸轮机构的工作过程 1.凸轮机构中最常用的运动形式为凸轮作等速回转运动，从动件作往复移动，凸轮回转时，从动件作“升→停→降→停”的运动循环。 推程远停程回程近停程 δ0δ1δ2δ3 升停降停 教师活动和意图学生活动
1.请同学观看动画，凸轮做什么运动？从动件 做什么运动？ 2.提问：从动件上下运动的原因？引出基圆概 念。 3.根据PPT讲解推程，提问推程过程中从动件 的运动，并请同学指出推程运动角； 4.根据PPT讲解远停程，提问远停程过程中从 动件的运动，并请同学指出远停程运动角； 5.请同学根据前面所讲的推程，讨论讲解回 程； 6.请同学根据前面所讲的远停程，讨论讲解近 停程； 7.讲解行程的概念； 8.根据讲的凸轮过程，请同学上来填表格； 9.请同学做练习。 设计意图：动画演示直观易于理解，分组讨 论总结凸轮机构工作过程，加深理解，易于 掌握。 1.观看动画，说明凸轮做什么运动？从动件做什 么运动？ 2.回答从动件上下运动的原因。 3.回答推程过程中从动件的运动，并指出推程运 动角； 4.回答远停程过程中从动件的运动，并指出远停 程角； 5.讨论讲解回程； 6.讨论讲解近停程； 7.理解行程的概念； 8.填表格； 9.做练习。 目标达成情况（手写）： 学生理解了凸轮机构的工作过程。 知识点/任务/环节二： 二、从动件的运动规律 1．等速运动规律 2.等加速、等减速运动规律 教师活动和意图学生活动 1.根据位移线图，分析从动件的运动规律； 2.请同学根据推程阶段位移线图，讨论绘制等 速运动过程中速度、加速度线图，并请同学上 来绘制； 3.提出等加速等减速的概念，让同学绘制等加 速等减速运动过程中速度、加速度、位移线图； 4.讲解冲击概念； 5.请同学做练习； 1.理解从动件的运动规律； 2.讨论绘制等速运动过程中速度、加速度线图， 并请同学上来绘制； 3.绘制等加速等减速运动过程中速度、加速度、 位移线图； 4.理解冲击概念； 5.做练习；
近水平煤层开采上覆岩层运动与沉陷规律相关研究_王崇革
2004年8月 Rock and Soil Mechanics Aug. 2004 收稿日期：2003-06-09 修改稿收到日期：2003-09-28 基金项目：国家自然科学基金资助项目（No. 50028403）。 作者简介：王崇革，男，1970年生，博士研究生，副教授，目前从事岩土工程的教学和科研工作。E-mail: chgewang@https://www.sodocs.net/doc/c27679261.html, 文章编号：1000－7598－(2004) 08－1343－04 近水平煤层开采上覆岩层运动与沉陷规律相关研究 王崇革1，宋振骐2，石永奎2，郑文华2 (1.山东科技大学 力学教研室, 山东 泰安 271019；2.山东科技大学 资源与环境工程学院, 山东 泰安 271019) 摘 要：将近水平煤层开采的上覆岩层运动与地表沉陷作为一个整体系统进行研究，论述了采场上覆岩层的运动规律和裂隙拱的形成及发展变化过程。并结合地表沉陷的GPS 观测，确定了针对具体地质条件的地表移动变形边界角、移动角，找到了井下工作面推进位置与地表下沉速度之间的关系。 关 键 词：矿山压力；岩层运动；地表沉陷 中图分类号：TO 82 文献标识码：A Study on the relation between stratum movement and subsidence of flat seam mining WANG Chong-ge 1 , SONG Zhen-qi 2 , SHI Yong-kui 2, ZHENG Wen-hua 2 (1. Mechanics Teaching and Research Section, Shandong University of Science and Technology, Tai’an 271019, China; 2. College of Resources and Environmental Engineering, Shandong University of Science and Technology, Tai’an 271019, China ) Abstract: We can look the stratum movement and subsidence as a whole system to study. The common nature of stratum movement and the development procedure of crack arch are described. Meanwhile, based on the ground observation by the global positioning system (GPS), the boundary angle and the motion angle, which aim at special geologic conditions, are determined. The relation between the position of underground working face and ground subsidence velocity are found. Key words: rock pressure in mine; stratum movement; ground subsidence 1 引 言 地下开采所引起的上覆岩层运动与地表沉陷是一个十分复杂的力学变化过程[1]。地下煤层开采、采场顶板垮落、覆岩沉降和破坏乃至地表沉陷变形，是一个开挖、应力重分布、变形和破坏的整体全过程。当地下煤层被采出后，采空区直接顶在重力应力场及其上覆岩层的作用下，产生向下的移动和弯曲、断裂直至垮落。而老顶则以梁或悬臂梁弯曲的形式沿层理面法线方向运动，产生断裂、离层。由于岩层运动引起采场周围岩体内的应力重新分布，成层状弯曲岩层的下沉，使垮落破碎的岩块逐渐被压实。随着工作面的向前推进，当开采范围足够大时，成层状弯曲岩层将传至地表，在地表形成一个比采空区大得多的沉陷变形盆地。因此，地下开采过程中的采场矿山压力、上覆岩层运动，直至 引起地表沉陷变形，它们之间存在着必然的联系，是一个统一体的变化、运动过程（见图1）。将采场岩层运动与地表沉陷作为整体体系进行研究具有十分重要的意义。本文以近水平煤层开采为例，研究上覆岩层运动规律与地表变形之间的关系。 Fig. 1 Cross section perpendicular to the advance direction of working face
采场与支护设计思考题
第一章绪论 1.采场与巷道支护的必要性？ 采场支护的必要性：采场支护的基本目的是要保证采场有足够的工作空间。支护应由采场上覆岩层运动规律来确定。 巷道支护的必要性：巷道开挖后围岩应力重新分布，引起围岩持续变形，如不及时支护，围岩将出现破碎、离层及至失稳、塌垮。巷道支护的目的是为了保证围岩的稳定性，使巷道在服务期间能够保持良好的工作环境。 2.采场与巷道支护要求和支护效果的评价？ 要求：①适宜的刚度要求——即能顶得住，又能让的下。 ②支架支护力大小要合适 ③要能护得住顶板。防止直接顶和老顶动层,及直接顶下沉面破碎;天然破碎的顶板, 要有较好的防护措施,防止顶板和采空区冒落矸石冲入工作面。 评价：采场与巷道支护的根本目的是保证采场与巷道有安全稳定的工作空间。合理的支护除了要与采场和巷道工序要求匹配，应满足高产高效和煤巷掘进的基本要求，合理的支护成本外，在围岩控制方面尚有其特殊的要求。 ①最大限度的预防顶板事故的发生。 ②足量的工作空间保证，支护工作期间围岩移近量可控 ③维护良好的工作环境，保证对水、瓦斯的有效控制，有良好的通风条件等。3．长壁采煤工作面支护形式？ （1）单体支柱（架）支护 （2）简易支架支护 （3）自移液压支架支护 4. 巷道支护的主要形式？ （1）被动支护形式。包括各类木棚支架、钢筋混凝土支架、金属型钢筋支架，料石碹、混凝土及钢筋混凝土碹等。 （2）普通锚杆支护形式（主动支护）。 （3）高强预应力锚杆和注浆加固为主积极主动加固形式。锚注支护。 5. 采场与巷道支护设计的意义？略 第二章单体支架工作面支护 1单体支架工作面支护设计的主要内容； 1）顶板处理方法的选择 2）合理支护方式的选择 3）采场控顶距的选择 4）支柱实际支撑能力评价 5）合理支护密度的计算 6）顶板事故的预测与防治 2徐州矿务局张集矿第7501工作面单体支架工作支护设计？略
最新机械基础——5 从动件的常用运动规律
章节名称从动件的常用运动规律 授课 形式 讲授 课 时 2 班 级 06机电1、2 教学 目的 了解从动件的常用运动规律教学 重点 常用运动规律特点和应用教学 难点 运动曲线的绘制 辅助手段课外作业 课后 体会 一、基本概念 1、基圆：以凸轮轮廓最小半径 r b 所作的圆 2、推程：从动件经过轮廓AB段，从动件被推到最高位置 3、推程角：角δ0，这个行程称为，δ2称为 4、回程：经过轮廓CD段，从动件由最高位置回到最低位置； 5、回程角：角δ2 6、远停程角：角δ1 7、近停程角：角δ3 二、凸轮与从动件的关系 凸轮的轮廓机构取决于从动件的运动规律，从动件的运动规律取决于工作要求。 三、从动件的运动规律 1．等速运动规律 当凸轮作等角速度旋转时，从动件上升或下降的速度为一常数，这种运动规律称为等速运动规律。 （1）位移曲线(S—δ曲线) 若从动件在整个升程中的总位移为 h，凸轮上对应的升程角为δ ，那么由运
图7—8 等加速等减速运动规律位移曲线 动学可知，在等速运动中，从动件的位移S 与时间t 的关系为： S ＝v ·t 凸轮转角δ与时间t 的关系为： δ＝ω·t 则从动件的位移S 与凸轮转角δ之间的关系为: v 和ω都是常数，所以位移和转角成正比关系。因此，从动件作等速运动的位移曲线是一条向上的斜直线。 从动件在回程时的位移曲线则与下图相反，是一条向下的斜直线。 （2）等速运动凸轮机构的工作特点 由于从动件在推程和回程中的速度不变，加速度为零，故运动平稳；但在运动开始和终止时；从动件的速度从零突然增大到v 或由v 突然减为零，此时，理论上的加速度为无穷大，从动件将产生很大的惯性力，使凸轮机构受到很大冲击，这种冲击称刚性冲击。随着凸轮的不断转动，从动件对凸轮机构将产生连续的周期性冲击，引起强烈振动，对凸轮机构的工作十分不利。因此，这种凸轮机构一般只适用于低速转动和从动件质量不大的场合。 2．等加速、等减速运动规律 当凸轮作等角速度旋转时，从动件在升程(或回程)的前半程作等加速运动，后半程作等减速运动。这种运动规律称为等加速等减速运动规律。 (1)位移曲线(S —δ曲线) 由运动学可知，当物体作初速度为零的等加速度直线运动时，物体的位移方 程： 在凸轮机构中，凸轮按等角速度ω旋转，凸 轮转角δ与时间t 之间的关系为 t=δ/ω 则从动件的位移S 与凸轮转角δ之间的关系 为： 式中a 和ω都是常数，所以位移s 和转角δ成二次函数的关系，所以，从动件作等加速等减速运动的位移曲线是抛物线。因此，从动件在推程和回程中的位移曲线是由两段曲率方向相反的抛物线连成。 (2)等加速等减速运动凸轮机构的工作特点 从动件按等加速等减速规律运动时，速度由零逐渐增至最大，而后又逐步减小趋近零，这样就避免了刚性冲击，改善了凸轮机构的工作平稳性。因此，这种凸轮机构适合在中、低速条件下工作。 δω ?=v s 22 1at s =2 22δωa s =
汝箕沟煤矿山地浅埋煤层矿压特征及上覆岩层运动规律研究
汝箕沟煤矿山地浅埋煤层矿压特征及上覆岩层运动规律研究 周廷扬赵晓东 （1.神华宁夏煤业集团公司汝箕沟煤矿，宁夏石嘴山753404，2.大连大学院士创业园，辽宁大连116622） 摘要：结合汝箕沟煤矿3229和32211工作面的矿压观测结果，揭示了山地浅埋煤层的矿压显现规律, 分析顶板活动规律和来压机理, 对研究山地浅埋煤层顶板结构理论和指导生产实践具有重要的理论和实践意义。 关键词：山地浅埋煤层矿压观测老顶 中图分类号：文献标识码：A 文章编号： 1 引言 采场顶板岩层的运动及控制是矿压理论研究的主要内容和目的之一，摸清采场顶板岩层的运动特征及规律是采场顶板控制的前提。国内关于典型的浅埋煤层岩层控制的研究已经开展了不少，根据基岩与载荷层厚度之比及顶板破断特征，浅埋煤层大体上可分为两种类型：一种是以神府矿区为代表的埋深浅、基岩薄、上覆厚松散沙层的煤层，其顶板破断为整体切落形式，易于出现顶板台阶下沉；另一种是基岩厚度较大、松散载荷层厚度比较小的浅埋煤层，初次来压期间其顶板具有明显的板破断特征。神华宁夏煤业集团汝箕沟矿区属于山地浅埋煤层，由于地表变化非常大，局部埋深变化量多达150m，造成采场上覆岩层的岩性及基岩厚度差异性显著，而煤层上覆岩层破坏一直延伸到地表，地面出现裂缝和塌陷沟壑等，具有浅埋煤层上覆岩层运动的特征。由于矿井为煤与瓦斯突出的“双突”矿井，多年来受采空区隐蔽火区及大量防灭火注浆水的影响，上覆岩层运动所产生的垮塌裂缝通过负压可直接涌向综放上隅角、顶板巷及回风流，造成CO等有害气体超限，严重时可造成上方采空区的塌通，造成火灾或水灾，直接对生产安全造成严重威胁。 2 地质赋存特征 汝箕沟煤矿位于宁夏平罗县境内，贺兰山北段腹地汝箕沟煤田。井田内地表山峦起伏，沟谷纵横，悬崖陡壁，地势险峻。矿区由于位于贺兰山褶皱带中段，受燕山运动影响，矿区构造线与山形走向略同，呈闭合式向斜构造，汝箕沟向斜在汝箕沟井田为一北东50°方向的近似对称向斜，矿区褶皱多，断层少。煤层年代为下侏罗统延安组，上部灰白色石英厚层粗砂岩，夹主要煤层及粉砂岩，下部为灰白色石英粗砂岩、粉砂岩互层夹厚，中厚及薄煤层，底部为具菱铁鱼状的粉砂岩与下覆地层分界，呈平行不整合接触。主采煤层为二层煤，其中二1层煤为稳定的厚煤层，单一结构，平均厚度6m左右；二2层煤分为两组：即二21层煤和二22层煤，二2层上距二1层30.1m，平均厚度13.03m，为稳定的巨厚煤层，结构较复杂，含夹矸两层。煤层从北西向南东煤层倾角逐渐变小，倾角3°~15°，平均9°，局部有骤增现象，煤层走向55°~68°，倾向145°~158°。二21煤直接顶厚度4.41 m，灰黑色砂
凸轮机构工作过程及从动件运动规律
教案 课次 19课时1执行 日期 班级15机电1 周次5课型新授日期 课 题 §4—1 凸轮机构（2） 教学目标知识与技能 1.理解凸轮机构的工作过程； 2.掌握凸轮机构的从动件运动规律； 过程与方法 1.通过PPT的讲解过程，从而理解凸轮机构的工作过程，掌握凸 轮机构的从动件运动规律； 情感态度与价值观 1.通过复习旧知，明确本课的学习目的，并快速进入到最佳学习 状态； 教学难点1.凸轮机构的工作过程； 2.凸轮机构的从动件运动规律； 教学重点1.凸轮机构的工作过程； 2.凸轮机构的从动件运动规律； 教学 方法 讲授教学方法 教学过程： 复习、导入： 1.复习回顾上节课所学内容： （1）凸轮机构的分类与特点； 2.通过上节课的学习我们对凸轮机构有了一定的理解，那么它是怎么工作的其从动件的运动规律有是怎样的呢引出本课学习任务： （1）凸轮机构的工作过程； （2）凸轮机构的从动件运动规律； 知识点/任务/环节一： 一、凸轮机构的工作过程 1.凸轮机构中最常用的运动形式为凸轮作等速回转运动，从动件作往复移动，凸轮回转时，从动件作“升→停→降→停”的运动循环。 推程远停程回程近停程 δ0δ1δ2δ3 升停降停 教师活动和意图学生活动
1.请同学观看动画，凸轮做什么运动从动件做 什么运动 2.提问：从动件上下运动的原因引出基圆概 念。 3.根据PPT讲解推程，提问推程过程中从动件 的运动，并请同学指出推程运动角； 4.根据PPT讲解远停程，提问远停程过程中从 动件的运动，并请同学指出远停程运动角； 5.请同学根据前面所讲的推程，讨论讲解回 程； 6.请同学根据前面所讲的远停程，讨论讲解近 停程； 7.讲解行程的概念； 8.根据讲的凸轮过程，请同学上来填表格； 9.请同学做练习。 设计意图：动画演示直观易于理解，分组讨 论总结凸轮机构工作过程，加深理解，易于 掌握。 1.观看动画，说明凸轮做什么运动从动件做什么 运动 2.回答从动件上下运动的原因。 3.回答推程过程中从动件的运动，并指出推程运 动角； 4.回答远停程过程中从动件的运动，并指出远停 程角； 5.讨论讲解回程； 6.讨论讲解近停程； 7.理解行程的概念； 8.填表格； 9.做练习。 目标达成情况（手写）： 学生理解了凸轮机构的工作过程。 知识点/任务/环节二： 二、从动件的运动规律 1．等速运动规律 2.等加速、等减速运动规律 教师活动和意图学生活动 1.根据位移线图，分析从动件的运动规律； 2.请同学根据推程阶段位移线图，讨论绘制等 速运动过程中速度、加速度线图，并请同学上 来绘制； 3.提出等加速等减速的概念，让同学绘制等加 速等减速运动过程中速度、加速度、位移线图； 4.讲解冲击概念； 5.请同学做练习； 1.理解从动件的运动规律； 2.讨论绘制等速运动过程中速度、加速度线图， 并请同学上来绘制； 3.绘制等加速等减速运动过程中速度、加速度、 位移线图； 4.理解冲击概念； 5.做练习；
采场上覆岩层运动规律
采场上覆岩层运动规律 1．采场上覆岩层破坏的基本形式理论与实践的研究结果表明，采场上覆岩层悬露后发展到破坏有二种运动形式：弯拉破坏和剪切破坏。弯拉破坏的发展过程是：随采场推进，上覆岩层悬露→在重力作用下弯曲→岩层悬露达一定跨度，弯曲沉降发展到一定限度后，在伸入煤壁的端部开裂→中部开裂形成“假塑性岩梁”→当其沉降值超过“假塑性岩梁”允许沉降值时，悬露岩层即自行冒落。岩层运动由弯曲沉降发展至破坏的力学条件是岩层中的最大弯曲拉应力达到其抗拉强度。悬露岩层中部拉开后，是否发展至冒落，则由其下部允许运动的空间高度决定。只有其下部允许运动的空间高度超过运动岩层的允许沉降值，岩层运动才会由弯曲沉降发展至冒落。否则，将保持“假塑性岩梁”状态。由此，煤层上方第n个岩层弯曲破坏发展至冒落的条件为: 岩层剪（切）断破坏的发展过程是：岩层悬露后只产生不大的弯曲，悬露岩层端部开裂→在岩层中部未开裂（或开裂很小）的情况下，整体切断塌垮。2.采场上覆岩层在纵向上的运动发展规律2.1岩层离层发生的位置和条件采场上方悬露的岩层，可视为在均布载荷作用下的多层嵌固梁。该岩梁弯曲沉降过程中，必然在平行于轴向的各层面（或接触面）上出现剪应力。随采场推进，剪应力随岩梁悬跨度和外载的
增加而增加，当剪应力值超过层面上（或软弱夹层的接触面上）粘结力和摩擦阻力所允许的限度时，层面或软弱夹层的接触面被剪坏。岩层的离层随即发生。因此，离层发生和力学条件为: 式中：τ——层面（或软弱夹层接触面）的剪应力；C——层面或接触面上的粘结力； φ——层面或接触面上的磨擦角；σn——层面或接触面上的压应力。大量理论研究和工程实践表明：（1）离层一般发生于岩层的接触面或软弱夹层上；（2）接触面的破坏，只有在相应接触面上的剪应力超限时才会发生，即悬露岩层的跨度达到极限时，离层才会发生。（3）离层出现的位置取决于组合岩梁中各岩层的弯曲刚度和各夹层的强度。当下部岩层弯曲刚度小，夹层（或接触面）强度低时，离层在下部发生；反之，离层可能在上部夹层中出现。（4）各岩层受采场推进的影响，其悬露时间、悬露跨度和所受外载由下而上是不相同的。一般来说最下部的岩层最先悬露，愈靠近上部的岩层，悬露愈晚。各岩层的悬露跨度由下而上是依次递减的。研究证明，如果下部岩层端部断裂前悬跨度为L[换行]1，则上部岩层的反弯点将由两端向采场方向移动，约从0.1L1处开始，其实际悬跨度L2将比下部岩层小0.2倍，即L2=0.8L1。（5）由于岩梁的悬露跨度由下而上依次减小，而剪应力大小又与岩梁悬露跨度成比例，因此剪应力大小也是由下而上递减的。因此，即使各岩层的岩性、厚度均相同，各接触面的抗剪强度也相同，离层将从