矿山压力与岩层控制教案.docx

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1、1丁山压力与岩层控制学科的概念矿山压力：由于犷山开采活动的影响.在桂南阳围岩体中形成的利作用在巷砌支护物上的力定义为矿山压力，在相关学科中也称为：次应力、或工程扰动力。丁山压力显现I在矿山压力作用卜，会引起各种力学现象，如岩体的变形、破烁、塌落，支护物的变形、破坏、折损，以及在岩体中产生的动力现象，这些由于矿山压力作用，使替耐周阳岩体和支护物产生的种种力学现象,统称为犷山压力显现.了山压力拄IW1.所有减轻、谡节、改变和利用矿山压力作用的各种方法，均叫做山压力控制。2采丁工业聂求发展矿山压力及岩层拄制学科2.1 生态环境保护岩层控制理论为实现保水采煤.完善条带开采和充填技术,进行井下砰石处埋和

2、有效抽放瓦斯里定理论班础，2.2 保证安全和正常生产岩层控制理论和技术为大幅度降低丁贪板事故做出了突出贡献.边坡稳定性研究使边坡设计既能达到经济上可采纳的隧度，乂足以雄持安全的维度.卷道围岩控制理论和技术为合理支护各种卷道成为可能。2.3 Jt少资源损失矿柱毡造成地下资源损失的主要根源.通过对开采引起的围岩应力由新分布规律的研究，推广无处拄护桂和跄越卷道开采等技术措6不仅显著减少资淞损失，还彳利于消除囚矿柱存在引起的灾宙和时采矿工作的不利影响。2.4 改善开采技术自移式液压支架的应用实现了采煤综合机械化.普道可缩性金属支架和锚喷支护的应用改变了刚性、被动支护桂道的局面.同时，采场、谷道围岩稳定

3、性分类为合理选择支妒型式、支护参数提供科学依据.2.5 提育经济效益田岩结构稳定性分类、稳定性识别、矿压显现预测、支护设计、支护质量与顶板动态监刈、信息反馈直至确定最佳设计的-整套理论、方法与技术有助于创造采矿工业的良好的社会效益和经济效益，3矿山压力与岩层控制学科属性与特色3.1 采厂工程岩体结构的本属与地面工程结构不同，地F工程旧岩既是一种我荷，也是一种结构，施我体系和承我体系之间没有明肢界限.,采场上覆岩层形成结构，结构的形态及检定性不仅宜按影响到呆场，也将影响到开来后上也岩层运动的形态及地表塌陷形状.3.2 采矿工程的移动特性其它地下工程中硼室或磁道璃本是固定的永久性的，采矿工程中采场

4、是不断移动的，采场本!是一个依据矿物埋藏规律而不断运动的空间，3.3 采丁工程中B1.岩的大变形和支护体的可缩特征采矿工程过程中由于果场空间较大.作业地点常在地下几Iri米至几千米深处,在矿山压力作用下,卷惴困岩处于破坏状态.采犷过程中架设的人工支护着眼于利用阚岩的浅余强度.促进已破坏的胭岩形成自整结构.软岩矿井中，谷道围岩不可避免地进入阴性状态,巷道支护允诈卷道IH*出现稳定的阴性区，严格控制打稳当限性区的扩展.3.4 采矿工程中的能，原理和动力现象冲击地压、蹊板大面枳来压、块与瓦斯突出以及矿徭都是采矿工程中的动力现象.Jt中冲击地压、顶板大面枳来压属于压力Jr山及其控制学科的研究范a.冲击

5、地压是岩体突然破坏的动力现象，冲击他压发生机理极为坡杂。从能价转化的确角度，导致“矿体一困岩”系统非枪定状态突然失稳破坏。冲击地压、顶板大面枳来压是矿山压力的一种特殊显现形式。4丁山压力与岩层控制学科的基本内容和发展阶段4.1 早期认火、研究阶段采矿工业是法础工业，我国是世界上采矿最早的国家之，明代末年出版的天工开物3-竹中，已记述了矿山压力的危害性，欧洲国家对矿山压力的认识开始于15世纪.19世纪后期到20世纪,开始利用比较的单的力学原理解择出现的一些犷山压力现象.有代表性的是提出“压力拱假设”和岩石坚固性系数f.20世纪30年代至50年代，使用弹性埋论研窕矿山压力问应.4.2 近代发展阶段

6、自50年代矿山压力与岩层控制学科建立以来,理论研究与工程实践两方面都取得长足进展.4.2.1 采场B1.号控制理的与实践的发及1）梁场上网岩层”砌体梁”结内力学模型及“关键层理论”60年代初至70年代末.提出飕岩层开采后呈“砌体梁”式平衡的结构力学模型,为采场给出了具体的边界条件，也为论证采场矿山压力控制参数奠定基础.在此基础上，提出岩层断裂的后的弹性基础维力学模,V.及各种不同支撑条件下板的力学模型,为老段来压M提供理论依据，时芈硬岩层承受我荷及变形规律的分析，导致“关键层”理论的研究，由此可以进一步修正来场来压规律,判断上题岩层内部裂隙分部、围层区位置和识别对地表破坏起主导作用的岩层. 2

7、）“砌体梁”平衡的关犍块研究及“S-R”稳定在“砌体梁”结构研究的前区下,中点分析关世块的平衡关系.这项研究主要提出创体梁关键块的滑落与转动变形失稳条件即-S-R稳定条件。 3）米场支架一阳岩关系研究及整体力学模型的建立“支架一困岩”关系的研究体现在单体支柱工作面顶板事故的防治，液压自移支架的架型、合理支护阻力,防治液压自移支架掂面顶板的月落.在中厚块层开采的采高条件下,一Et视点接顶为“似刚体r,影响支护参数选择的主要观点是P-1.-类双曲线关系.即支架工作阻力与顶板下沉麻的关系曲战. 4）采场矿山压力与支护侦瞅监测枭矿工程环境恶劣,地侦条件复杂多变，及时地进行而测是采场进行安全生产的根本保

8、证.4.2.2 着道B1.岩拄制理论与实脍的发及 1）巷道布置改革及无块柱护卷技术我国在乘准卷道旷压理论指导卜，形成了完善的巷遒合声布置系统，在分析开来引起的用岩应力重新分部规律的基础上.研究沿空卷道一施爆柱边域带的应力重新分部和支架与第岩关系,掌握无煤柱护替机理，推进无煤柱护替技术.同时,发展整体浇注式卷旁充填技术.为沿空留卷的犷大应用开辟了广阔的景. 2）研究替道支架与围岩关系采用先进支护技术研究卷道支架的合理性能和结构形式,既能有效地抑制围岩变形,乂能与围岩变形相互协阿，减少支架损坏和改善卷道维护.为此，研制了适用于不同条件的U型钢工字纲结构可缩性支架，完善了辅助配套设施，发展了支架壁后

9、充填，（3）软岩造道用岩控制理论与实践的发展自70年代以来，有计划地开展软岩巷道支护技术科技攻关.对孜岩巷道困岩控制的基础理论、软岩的岩性分析及工程地质条件、围岩变形力学机制、卷道支护设计、施工工艺及监测进行全面系统研究，针对软岩的类别和变形力学机制，发展了锚喷网支护技术、U型钢支护壁后充地技术、防治底限封闭支护技术、眼岩爆破卸压和注浆加固技术。近代数学、力学和计算机科学方法。近年来，许多学科如断裂力学、损伤力学、分形几何、分叉、混沌、突变理论等，渗透到矿业科学领域,推动矿山压力与岩层控制学科的发展.5.2 实验室试设“）岩石物理力学性质研究，包括岩石抗压、抗拉、抗剪变形性质试枝；岩石流变试蛤

10、、三轴试脸和利用刚性压力机进行岩石变形破坏全过程的试检。（2）利用相似材料模型进行模拟研咒.在平面模拟实脸装置基础上,进一步发展立体模拟实验台.也可利用光弹性模型进行模拟研：.（3）在实验室条件下研究支架的整体性能和有关参数，建成具有先进水平的大型力移式液压支架试验装置，卧式和立式，单架及多框架多功能卷道支架试蛤台。5.3 现场监窝采场主要监测顶底板移近地、支架阻力、活柱下缩冰和段板破碎度：卷道主要监测顶底板移近爪、支架变形、阳岩应力分布和岩层内部移动规律.采用微爬仪、地质褥达、电磁幅射监测仪、可弯曲光导纤维岩层电视仪、红外戏钻孔探测摄像仪等观测仪衣。6矿山压力与岩层控5学科研究和发展方向（1

11、）采场矿质理论与控制体系.包括岩层控制的关键层理论、放顶媒高产高效开采技术和高产高效开采故障诊断技术与保障系统：（2）巷道矿压理论与控制技术，包括采动影响卷道矿压理论、煤挂锚杆支护技术、阳岩注浆加固及充填技术和巷道底或捽制技术；（3）开采新方法、新工艺和新技术，包括煤炭地卜气化、“三下”环保开来、地热的开发利用等：（4）矿井深部开采和高地应力引起的冲击地压的预测和预报.矿山压力及卷层控制学科有自己专门研究的课题，有自己专门的技术和方法，有自己的岩石的容理是指整位体枳（包括空隙体积内岩石的杨Ift所受的求力（k7m）.为便于计算工程实践中,可根据岩石的密度换算出岩石的容理其公式为r=s（1-3）

12、式中f岩石的容理，kNm,:g重力加速度.kN/kg：P岩石的密度，kgm三、岩石的体枳指东（一）岩石的孔隙性岩石的孔隙或指七石中各种孔洞、裂隙体积的总和与*石总体枳之比，也称孔隙率(1-4)=x1.OO%V式中n岩石的孔隙率.%:Vf岩石中孔隙的总体积，mV岩石的总体积，m.岩石的孔隙比指岩石中各种孔洞和裂隙体枳的总和与岩石内固体部分实体枳之比,可表示为e=%匕（1-5）式中e岩石的孔隙比：%一岩石内各种孔洞和裂隙体枳的总和.m,:匕一岩石内固体部分实体枳，m,.孔隙比与孔隙度之间的关系为I-M（1.-）一股孔隙率愈大，岩石中孔隙和裂隙就愈彩，岩石的密度和强度愈低，同时使50性变形和渗透性增

13、大.燥旷中常见岩石的孔感率和孔隙比见表1-k衰IT0矿中常见皆石的比、密度、孔朦率以及孔比若H钟美的容W容而火古板X慑比一2.-2.752.57-X772.48Z85(1.2-1.4)X1.O1密度（w）(22610IO,(2.2-2610殷1.37.35)孔陵等1）3-3010-355-200.1-1.0礼政比0.031-4290.I11-O.S380.QSSFa25O.OOJ-OOIOI（二）岩石的碎版性和压实性岩石的砰版性指*布破碑以后的休枳比之前体积增大的性桢。常用岩石的砰胀系数来表示，即岩石破碎后处于松散状态下的体积与岩石破碎前处于整体状态下的体积之比，其表达式为式中Kf-岩石的碎胀

14、系数；U一岩石破碎膨胀后的体枳，m,:V一岩石处于整体状态下的体枳.114煤矿中常见的岩石的碎胀系数见我12.石灰岩I13.1-2025I1.d-I851.40.68-0.91(三)岩石的膨眠性和崩解性岩石的膨胀性是指物胃浸水后体积增大和相应地引起压力增大的性顺。岩石遇水膨胀的特性可用膨胀应力和膨张率这两个指标来丧示.岩石的谕解性是指软岩浸水后发生的解体现象，用耐崩解性指数表示,即岩样在承受干煤和湿润两个标准循环之后，*样对软化和崩解作用所我现出的抵抗能力，它I1.接反映了界石在浸水和温度变化的环境下抵抗水侵蚀作用的能力.(四)岩石的吸水性和抗冻性岩石的自然吸水率是试件在常温常压下吸入水分的质业与试件的干脑求之比，如不专门指明，岩石的吸水率即指自然吸水率，其表达式为=也00%Mf(1-10)式中一岩石的(自然)吸水率MW岩石试件在