大倾角煤层采场上覆岩层的运动与破坏_陶连金

第21卷第6期1996年　12月 煤 炭 学 报

JOU RNAL OF CHINA COAL SOCIET Y V o l.21　N o.6

Dec.1996

大倾角煤层采场上覆岩层的运动与破坏

陶连金　王泳嘉

(东北大学)

摘要　采用现场实测、相似模拟实验以及离散元模拟相结合的综合研究方法,对沿倾斜方

向采场上覆岩层的运动与破坏进行了系统的研究.证实了剪切滑移区的存在,并按覆岩运动规律

与破坏特征对围岩进行了分区.

关键词　大倾角煤层　上覆岩层运动　剪切滑移区　离散元模拟　模型试验

中图分类号　TD325

大倾角煤层开采后,由于采场上覆岩层载荷沿层面方向的分量增加,而法向分量却相对减小,因此造成其矿压显现规律与缓倾斜煤层有显著差异[1]

.由于大倾角煤层的开采较少,这方面的矿山压力研究也相对较少.已有的研究主要是通过现场实测和模型试验进行的[2,3],在采场来压预报、支护设计以及老顶结构分析等方面取得了一些重要进展.对大倾角煤层安全开采起到了积极的作用.但是由于研究方法的限制,还不能对上覆岩层的运动和破坏作出直观确切的描述,老顶岩层所形成的力学结构也无法形象的展现出来.因此,弄清采场上覆岩层的运动与破坏规律,对于采场与回采巷道的岩层控制,丰富矿压理论具有重要意义.1　相似模拟试验

模拟条件为一实际煤层,煤层倾角平均45°,直接顶由泥岩、砂页岩和砂岩组成,总厚度5m ,老顶为厚度14.0m 的分层较多但中等稳定的砂岩.工作面斜长80m ,采高3.0m .采用平面应力试验台,几何比为1/100;密度比为0.6.位移采用网格法和千分表相结合,围岩应力则用微压盒配合7V 13数据采集器自动采集,通过计算机实时输出、显示、绘图.

工作面煤层一次采出后,顶板在覆岩载荷的作用下很快产生弯曲、离层、断裂直至垮落.在采场上方形成了不对称的冒落拱,其特征是上大下小(图1).其轮廓反映了直接顶的冒落特征.由于冒落矸石堆积充填了采空区的下部,造成了上部顶板相对悬空,致使冒落带形态明显不对称.老顶岩层由于下部矸石充填活动余量较小而只产生小范围的断裂和离层,逐渐形成裂隙带,形态上与冒落带相近,表示裂隙带岩层的极限平衡状态.工作面两侧及采空区中的压力测点的测试结果也同样表现出明显的不对称性.

从以上试验结果的分析可以看出,大倾角煤层沿倾斜方向采场覆岩的变形、移动与破坏特征同缓倾斜煤层明显不同,表现在采空区充填程度、两带的高度与形态以及压力分布呈现出的不对称.采空区冒矸的充填是下实上空,由此造成上覆岩层的运动与破坏在时间和空间上均表现出不同步,工作面来压也经常是中上部先于下部,来压强度也是如此.

2　离散元模拟计算

采场上覆岩层由于受到节理裂隙等弱面的切割,表现出显著的非连续性和各向异性,冒落带和裂隙

带岩层更是如此.而离散元法却恰好具有处理大变形与非连续介质的能力,尤其与边界元耦合后更能发挥其特长.因此,在这里用耦合法研究了沿倾斜方向采场上覆岩层的运动特征.离散元模型的计算条件与相似材料模型完全相同,计算范围取长和宽均为200m.模型单元布置与工作面开采位置如图2所示,底板、煤层、直接顶和老顶及上覆岩层分别具有不同的性质和参数

.

图1　覆岩冒落带与裂隙带形态

Fig.1　M o r pho lo gy of caved zone and fr actured zones

图中单位:m 图2　离散元计算模型Fig.2　Calculation model of DEM

2.1　采场上覆岩层运动分析

煤层采出后,顶板在载荷作用下挠曲变形并下沉.随着时间的推移,围岩位移持续增加,直接顶开始垮落,伴随着直接顶的大面积垮落,上位岩层随之运动.冒落的矸石充填满了采空区下部,但上部却局部空置.

事实上,覆岩的运动在不同的层位、不同的位置(相对于工作面上下煤体)是不一样的.在围岩运动稳定后的位移和块体图上可以直观的看到岩层的运动特征(图3).冒矸以下滑为主;工作面上侧煤体的顶板以沿层面的剪切滑移为主;工作面下侧煤体的顶板以压缩变形为主;底板则表现为煤体下岩层的压缩变形和采空区下的膨胀变形.这些特点构成了大倾角煤层的围岩运动特征.上位岩层呈整体下沉,模型的上表面产生了半个下沉盆地,左侧位移最大,主要是铅垂位移,基本是盆地中心.工作面上部顶板的剪切滑移量很大,造成了边界块体与边界的分离.根据块体的破坏和移动状况,可以确定出冒落带和裂隙带的高度与形态,其结果与相似材料模拟试验结果十分接近.说明用离散元和边界元耦合法进行计算机模拟可以代替费时耗资的模型试验,它完全可以反映出采场围岩大变形与非连续的力学特性.

2.2　围岩应力分布特征

由围岩的运动与破坏分析可以看出,岩层的运动是一个动态过程,它对采场和回采巷道的作用也将是一个动态的过程,围岩应力分布也是一个动态过程.图4是围岩运动充分稳定后的主应力分布.

可以看到,采空区冒矸及其底板应力均低于原岩应力,处于卸压状态.采空区冒落带中的应力分布紊乱,说明冒落岩块间没有稳定的力学联系.在工作面两侧煤体中却出现了应力集中,形成了支承压力,下侧支承压力峰值为1.51 H ,上侧煤体为1.20 H ,在底板一定范围内也有一定的传播.裂隙带及其上位岩层的主应力呈拱形.由此可见,在沿煤层的倾斜方向,采场上覆岩层也可以形成不对称的传力结构,它横跨于采场上方,使其上位岩层的载荷通过该结构传递到采场上下两侧的煤体上,形成了支承压力区,而位于其下方的采空区及其底板则由于传力结构对应力的“屏蔽”作用而处于保护状态下,采场两侧的煤583第6期陶连金等:大倾角煤层采场上覆岩层的运动与破坏

体即为该结构的两个支承点.由于这种传力结构的主应力分布呈拱形,因此称之为传力拱.这种传力拱结构在采场的走向和倾向均普遍存在,它具有传力、动态平衡以及空间特征,沿走向随推进距离而动态形成和发展[4],沿倾向在目前大倾角煤层工作面的长度范围内也普遍存在,这是用离散元数值模拟所得到的采场上覆岩层的力学结构

.

图3　顶板岩层的运动特征

F ig.3　Character istics o f ro of r ock mov ement 图4　围岩的主应力分布Fig.4　Dist ribution of pr incipa l str esses in r ocks

3　采场上覆岩层变形破坏特征

根据相似模拟试验、离散元模拟计算以及与现场实测结果的对比,结合国内外有关研究成果,并对其它条件离散元计算结果进行了综合分析,总结出大倾角煤层开采采场上覆岩层的变形与破坏的普遍特图5　采场围岩的变形与破坏F ig.5　D efor matio n and failure o f strat a aro und the w or kings

征.当煤层采出以后,上覆岩层除了要形成与缓倾斜煤层

类似的3个带以外,还将在工作面上侧顶板形成沿层面的

剪切滑移带,如图5所示.这是大倾角煤层的典型特征.

根据岩层的运动与破坏特征,可以把围岩分为:

Ⅰa ——不规则冒落带;Ⅰb ——规则冒落带;Ⅱa ——离层

断裂带;Ⅱb ——导水裂隙带;Ⅲ——整体沉带;Ⅳ——

层面剪切滑移带.根据传力拱特征及围岩应力分布可以

粗略将围岩分为:A ——煤体上方支承压力区;B ——煤

体下方支承压力区;C ——卸压区.

由于煤层倾角较大,采空区上方顶板的冒落造成采

空区上侧处于悬空状态,给剪切滑移带岩层创造了活动

空间,而沿层面向下的分力又为该带岩层的下滑提供了

动力.因此,该带岩层变形的主要特点是沿层面的剪切滑

移,其范围可以根据岩层沿层面剪切的位移特征而圈定

.滑移运动的结果造成了模型右侧个别块体与边界母体分离.剪切滑移带的存在增加了顶板不稳定的因素,容易

造成工作面上部顶板抽条冒顶,使工作面支架不稳,而且使回风平巷不易维护.

584煤 炭 学 报 1996年第21卷

4　结 论

(1)大倾角煤层开采后围岩产生的运动、变形及破坏均呈现出明显的不对称性,支承压力的分布也是如此.说明煤层倾角对矿山压力显现有显著影响.

(2)沿倾斜方向采场上覆岩层形成非对称的传力拱,工作面上下两侧的煤体是结构的支点,传力拱的主应力分布呈拱形,它具有传力承载功能,同时具有动态平衡与空间特征,在上覆岩层中普遍存在.

(3)大倾角煤层工作面上部顶板中存在着一个剪切滑移区,其存在加大了工作面上部及回风平巷的支护困难,是岩层控制的重点区域,必须保证该区域支架的强度和稳定性.

参考文献

1　陶连金.大倾角煤层开采矿山压力显现及其控制:[博士学位论文].沈阳:东北大学,1995

2　李栖凤.急倾斜煤层开采.北京:煤炭工业出版社,1984.58～75

3　石平五.急倾斜长壁面顶板破断和空间结构特征.矿山压力,1989(2):97～104

4　陶连金,邢纪波.Ⅱ级老顶采场上覆岩层运动的D EM 模拟.矿山压力与顶板管理,1993(3～4):36～40

作者简介

陶连金,男,32岁,副教授.1983年毕业于黑龙江矿业学院,1986年于重庆大学获硕士学位,1996年于东北大学获博士学位.一直从事矿山压力与岩石力学方面的研究和教学工作,发表论文30余篇,专著两部,获国家教委、省、市科技进步奖5项,国家专利2项.辽宁省沈阳市东北大学计算中心,邮政编码:110006.

MOVEMENT AND FAILURE OF OVERLYING STRATA

IN A FACE IN STEEP SEAM

T ao Lianjin Wang Yong jia

(N or theaster n Univ er sity )

Abstract A systematic investigation of the mo vement and failure of ov erlying ro cks in w o rkings is made by site observation,in-lab simulation test w ith equivalent materials and discr ete elem ent method.The ex istence of a shear slip zone is proved ,and the ov erlying strata are div ided into different zones ac-cor ding to the rules of strata mov em ent and characteristics of r ock failur e .

Keywords steep co al seam ,mov em ent of overlying strata ,shear slip zone ,DEM ,model test 585第6期陶连金等:大倾角煤层采场上覆岩层的运动与破坏

利用Excel计算岩层视倾角

利用Excel计算岩层视倾角、绘图倾角管军武（湖南永州市水利水电勘测设计院湖南永川425000） 【摘要】本文是实用经验，介绍了利用Excel电子表格计算岩层视倾角、绘图倾角的方法、步骤。本程序实用性强，各勘察单位可用来精确计算岩 层视倾角和绘图倾角。 【关键词】视倾角绘图倾角 Excel电子表格计算 1 前言 在工程地质勘察内业整理时，绘制工程地质纵横剖面图是必须的。绘图时的 首要问题之一是确定岩层产状在地质图上的准确表示，即视倾角、绘图倾角与岩 层真倾角之间的关系。 岩层视倾角大家都熟悉，也很重视，一般可通过查表得到。 绘图倾角，即绘图时在图纸上实际绘制的岩层倾角。在实际工作中，本着实 用、美观的原则，绘图时纵横比例往往是不同的，这就需要进行绘图倾角的换算。 然而，绘图倾角的换算却并没有引起大家的足够重视，在绘图过程中时常造成较 大误差，给分析问题和解决问题都带来了一定的困难。例如，岩层的视倾角为 40°，在纵横比例相同时，绘图倾角﹦视倾角﹦40°；但在纵比例﹦1︰500，横 比例﹦1︰1000时，绘图倾角﹦59.21°；在纵比例﹦1︰1000，横比例﹦1︰500 时，绘图倾角﹦22.76°。显然，绘图倾角随绘图比例尺的变化而大幅度摆动， 很容易被制图者忽视，有可能误导地质师，或误导工程分析。 本人通过多个实际工程的工作实践，利用Excel电子表格计算岩层视倾角、 绘图倾角。现作如下介绍，以供同行分享，文中纰漏之处，望请专家和同行指教。 2 计算方法和公式 2.1 计算视倾角

在已知岩层真倾角、岩层走向与剖面间夹角的前提下，通过几何三角函数的演绎推导，即可求出岩层视倾角。计算 过程和结果如下：如图1，已知： 岩层真倾角∠α﹦∠AEB 岩层走向与剖面间夹角∠β﹦∠BFE 求岩层视倾角∠γ﹦∠AFB 演绎推导： tanα﹦AB/BE ① sinβ﹦BE/BF ② tanγ﹦AB/BF ③ 联合① 、② 、③ 式解得 tanγ﹦tanα×sinβ 所以视倾角γ﹦ arctan(tanα×sinβ) (1) 2.2 计算绘图倾角 如图2，已知：左图，纵横比例相同，岩层视倾角∠γ，AB边长h，BC边长d；右图，纵横比例不同，绘图倾角∠ω，A′B′边长yh，B′C′边长xd。求绘图倾角∠ω 演绎推导： tanγ﹦AB/BC﹦h/d ④ tanω=A′B′/B′C′=yh/xd ⑤

真倾角和伪倾角的换算方法

真倾角与伪倾角换算方法 tg α伪=tg α真sin θ 式中：α伪——伪倾角（帮） α真——真倾角 θ———走向与巷道或所切剖面的夹角 利用两伪倾角计算地层产状 迎帮真ααα22tg +=tg tg 迎帮 ααθtg tg tg = 式中：α帮——巷道一帮地层倾角（伪倾角） α迎——巷道迎头地层倾角（伪倾角） α真——地层（真）倾角 θ———巷道方向和地层走向的夹角 注：地层倾向首先根据“回加前减，左负右正”八字口诀， 即根据巷道一帮地层倾角，地层向后倾，加90°;向前倾减 90°。根据巷道迎头地层倾角，地层向右倾，取正号；地层 向左倾，取负号。然后再加上巷道前进的方位角，再加上θ 值，即为地层倾向。

断煤交线方向的计算 1. 断煤交线的计算公式 11222211sin sin cos cos βαβαβαβαθtg tg tg tg tg --= 式中：α1、α2——分别为断层、煤层倾角 β1、β2——分别为断层、煤层倾向 θ—————断煤交线走向的方位角 注：断煤交线走向的方位角为负值，表示按逆时针量方位角。 2. 断煤交线与断层的关系 可以根据断煤交线与断层的关系来大致确定断煤交线的方向： 1）断煤交线与断层走向垂直的情况仅出现在同倾断层中 2）走向断层的断煤交线与煤层、断层的走向一致 3）地层水平或近水平时，断煤交线和断层走向一致或者近 似一致 4）反向断层的断煤交线位于断层和煤层走向锐夹角之中 5）同向断层的断煤交线位于断层和煤层走向锐夹角之外 6）倾向断层的断煤交线位于断层和煤层倾向所夹直角之中 注：1）反向断层指地层与断层倾向相反 2）同向断层指地层与断层倾向相同 3）倾向断层指地层与断层走向相垂直的断层 4）走向断层指地层与断层走向相平行的断层 5） 等高线:下降盘的同名等高线后移。

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。

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、

常用地质计算(视倾角真倾角换算,钻孔中矿体厚度计算)

1. 真倾角与视倾角换算 真倾向与视倾向之间夹角在倾斜面上斜交走向线所引的任一直线均为视倾斜线，视倾斜线（HD,HC)与其在水平面的投影线(DO,CO)的夹角，叫视倾角。 视倾角总是小于真倾角 真倾角与视倾角之间的关系， 可由下列公式表示和换算： tanβ=tanα cosω tga= tg β/cos ω β 为视倾角，α为真倾角，ω真倾向与视倾向间的夹角 例题：现场量取岩层产状为倾向85度，真倾角a 为30度，剖面方向110度，则剖图面上绘制的视倾角β是多少？ 视倾角 真倾角 视倾角 ω= 12+17=29 tanβ=tanα cosω=tan 43 cos 27=0.816 Β=39.2 解：真倾向与视倾向间的夹角 ω =110-85=25 视倾角tg β = tg a × cos ω = tg 30 × cos 25 β=27.62

①垂直钻孔求岩层真厚度 矿体真厚度M=视厚度L ×cos （倾角α） a 岩层真倾角 θ岩芯倾角 ②钻孔方位与矿体倾向一致，且钻孔倾角大于矿体倾角，钻孔方位与矿体走向垂直 矿体真厚度M=视厚度L ×cos （顶角γ+倾角α） ③钻孔方位与矿体倾向一致，且钻孔倾角α小于矿体倾角β 钻孔方位与矿体走向垂直 α=90-γ θ=β-α 矿体真厚度M=视厚度L ×sin θ ④钻孔方位与矿体倾向相反，钻孔方位与矿体走向垂直 矿体倾角大于钻孔天顶角时： 矿体真厚度M=视厚度L ×cos （倾角α-顶角γ） 矿体倾角大于钻孔天顶角时： 矿体真厚度 M=视厚度L ×cos （倾角α-顶角γ）

水平厚度=视水平厚度×sinβ 真厚度=水平厚度×sinα 垂直厚度=水平厚度×tgα=真厚度÷ cosα （α为矿体倾角） （β为矿体走向与穿脉方向的锐夹角） 例：某金矿3号矿体走向100 °，穿脉CM18方位45 °，从4.2米至13.3米为矿层，（由编录资料结合勘探线剖面得知）该处矿体倾角为65 °，计算矿体的真厚度、水平厚度、垂直厚度为多少？ 解：水平厚度=视水平厚度×sinβ=（13.3-4.2）×sin（100-45）=7.45米 真厚度=水平厚度×sinα= （13.3-4.2）×sin（100-45）×sin65=6.76米 垂直厚度=真厚度÷cosα=6.76 ÷cos65=15.99米 4.勘探线剖面（探槽）真厚度计算 真厚度计算公式：D ＝ L（Sinα×Cosβ×Sinγ±Cosα×Sinβ） 式中D：地层真厚度（m） L：斜距（m） α：岩层（矿体）真倾角（°） β：地形坡度角（±°） γ：剖面导线与地层（矿体）走向线的锐夹角（°） （注：当坡向与岩层倾向相反时，公式中用加号计算；当坡向与岩层倾向相同时，公式中用减号计算。） 例：某实测剖面中某段导线记录如下：导线2～3，斜距25m，方向35°，坡度+10°。 0～5m：灰色凝灰质砂岩 5～23m：深灰色致密块状磁铁矿，产状200°/60°（20m处） 23～25m：暗灰紫色晶屑凝灰岩 计算深灰色致密块状磁铁矿的厚度： L＝23－5＝18m，α＝60°，β＝10°，γ＝走向110°－方向35° 代入公式： D ＝ 18×（Sin60°×Cos10°×Sin75°－Cos60°×Sin10°）＝ 13.27m

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

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.wendangku.net/doc/0f12034369.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

真倾角与伪倾角换算

真倾角与伪倾角换算 tg α伪=tg α真sin θ 式中：α伪——伪倾角（帮） α真——真倾角 θ———走向与巷道或所切剖面的夹角 利用两伪倾角计算地层产状 迎帮 真ααα22tg +=tg tg 迎帮ααθtg tg tg = 式中：α帮——巷道一帮地层倾角（伪倾角） α迎——巷道迎头地层倾角（伪倾角） α真——地层（真）倾角 θ———巷道方向和地层走向的夹角 注：地层倾向首先根据“回加前减，左负右正”八字口诀， 即根据巷道一帮地层倾角，地层向后倾，加90°;向前倾减 90°。根据巷道迎头地层倾角，地层向右倾，取正号；地层 向左倾，取负号。然后再加上巷道前进的方位角，再加上θ 值，即为地层倾向。

断煤交线方向的计算 1. 断煤交线的计算公式 11222211sin sin cos cos βαβαβαβαθtg tg tg tg tg --= 式中：α1、α2——分别为断层、煤层倾角 β1、β2——分别为断层、煤层倾向 θ—————断煤交线走向的方位角 注：断煤交线走向的方位角为负值，表示按逆时针量方位角。 2. 断煤交线与断层的关系 可以根据断煤交线与断层的关系来大致确定断煤交线的方向： 1）断煤交线与断层走向垂直的情况仅出现在同倾断层中 2）走向断层的断煤交线与煤层、断层的走向一致 3）地层水平或近水平时，断煤交线和断层走向一致或者近 似一致 4）反向断层的断煤交线位于断层和煤层走向锐夹角之中 5）同向断层的断煤交线位于断层和煤层走向锐夹角之外 6）倾向断层的断煤交线位于断层和煤层倾向所夹直角之中 注：1）反向断层指地层与断层倾向相反 2）同向断层指地层与断层倾向相同 3）倾向断层指地层与断层走向相垂直的断层 4）走向断层指地层与断层走向相平行的断层 5） 等高线:下降盘的同名等高线后移。

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；

地矿类岩层倾角换算关系式大全

断煤交线方向的计算 1. 断煤交线的计算公式 11222211sin sin cos cos βαβαβαβαθtg tg tg tg tg --= 式中：α1、α2——分别为断层、煤层倾角 β1、β2——分别为断层、煤层倾向 θ—————断煤交线走向的方位角 注：断煤交线走向的方位角为负值，表示按逆时针量方位角。 2. 断煤交线与断层的关系 可以根据断煤交线与断层的关系来大致确定断煤交线的方向： 1）断煤交线与断层走向垂直的情况仅出现在同倾断层中 2）走向断层的断煤交线与煤层、断层的走向一致 3）地层水平或近水平时，断煤交线和断层走向一致或者近 似一致 4）反向断层的断煤交线位于断层和煤层走向锐夹角之中 5）同向断层的断煤交线位于断层和煤层走向锐夹角之外 6）倾向断层的断煤交线位于断层和煤层倾向所夹直角之中 注：1）反向断层指地层与断层倾向相反 2）同向断层指地层与断层倾向相同 3）倾向断层指地层与断层走向相垂直的断层 4）走向断层指地层与断层走向相平行的断层 5） 等高线:下降盘的同名等高线后移。

真倾角与伪倾角换算 tg α伪=tg α真sin θ 式中：α伪——伪倾角（帮） α真——真倾角 θ———走向与巷道或所切剖面的夹角 利用两伪倾角计算地层产状 迎帮 真ααα22tg +=tg tg 迎帮ααθtg tg tg = 式中：α帮——巷道一帮地层倾角（伪倾角） α迎——巷道迎头地层倾角（伪倾角） α真——地层（真）倾角 θ———巷道方向和地层走向的夹角 注：地层倾向首先根据“回加前减，左负右正”八字口诀， 即根据巷道一帮地层倾角，地层向后倾，加90°;向前倾减 90°。根据巷道迎头地层倾角，地层向右倾，取正号；地层 向左倾，取负号。然后再加上巷道前进的方位角，再加上θ 值，即为地层倾向。

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