矿山压力与岩层控制课件
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矿山压力与岩层控制分析PPT课件
不能对采场上覆岩层的结构状态作出更全面的描述。
18.01.2021
.
资源与环境工程学院-资源工程1系
18
Ground Pressure and Strata Control
（2）“预生裂隙梁”假说低应力区 高应力区 假塑性变形区
12
3
Ⅱ
Ⅲ
Ⅰ
σ1
σ3
σ3
σ1
优点：煤层超前破坏以及临近采场的部分岩层出露前可能预先产生 裂隙这一点，已经为实践所证实。
②假说没有正确的揭示采场支架与围岩间的力学关系， 无法解释采场支架上显现的压力往往与支架本身力学特性有 关的现象。
18.01.2021
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资源与环境工程学院-资源工程1系
16
绪论
Ground Pressure and Strata Control
1.3.2掩护“梁”假说 ①采场是在一系列“梁”的掩护之下。这些梁在冒落前能将
人数所占比重超过30%以上，每年顶板事故影响的产量约占总产量的5%，
达到3000万t至4000万t的巨大数字。
40%
60%
35%
50%
30%
40%
瓦斯 25%
30% 20%
顶板 20%
水
15%
运输
10%
其它 10% 5%
瓦斯 顶板 水 运输 其它
0% 2004
2005
0% 2004
2005
图1.1 中国煤矿安全事故比例
关键层定义：在采场上覆岩层中存在多个岩层时，对 岩体活动全部或局部起控制作用的岩层称为关键层 。
18.01.2021
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资源与环境工程学院-资源工程1系
23
绪论
1矿山压力及其控制(第一章).pptx
矿有文字可考的历史始于商代，但实际的采矿活 动还要早很多。
春秋至南北朝（公元前770年至前200年）， 采矿技术已有全面发展。
随着采矿规模日益扩大，经常出现矿井内顶 板冒落，巷道堵塞或地表塌陷，迫使人们重视和 研究矿压问题。
1.2.2 建立矿压早期假说阶段
19世纪后期到20世纪初，是矿压研究的第二 个阶段。利用一些简单的力学原理解释实践中出 现的一些矿压现象，并提出了一些初步的矿压假 说，具有代表性的是“压力拱假说”，即认为巷 道上方能形成自然平衡拱及有关分析计算。同时 提出了以岩石坚固性系数f（普氏系数）作为定量 指标的岩石分类方法，曾获得广泛应用至今。
在这个阶段中，对巷道围岩破坏机理和支架 所受的岩石压力大小开始了初步的理论研究。在 研究岩层和地表移动等方面，进行了地面及井下 观测，研究到地表建筑物的损坏不仅由于地表下 沉，还由于水平移动的结果。
1.2.3 以连续介质力学为理论基础的研究阶段
20世纪30年代至50年代：将整个岩体作为连 续的，各向同性的弹性体来考虑，即用弹性理论 研究矿山压力问题，这一阶段的典型成果：（1） 用虎克定律推导出了自重作用下原岩应力的计算 公式；（2）用弹性理论解决了圆形巷道的应力分 布问题。
井筒与巷道
矿体
矿体
矿山压力：
严格的讲，矿山压力应包括地采和露采两部分内容， 但由于传统的观念和习惯，矿山压力通常指与地采有关的 内容，即概念如下。
矿山压力（i.e.矿压）：这种由于在地下煤炭中进行 采掘活动而在井巷、硐室、及回采工作面周围煤岩体中和 其中的支护物上所引起的力，就叫矿山压力。
矿山压力显现：
下地 开下 采开
采
固砂海 体矿底 矿床砂 床露矿 露天开 天开采 开采 采
海海海海容热水盐饰
春秋至南北朝（公元前770年至前200年）， 采矿技术已有全面发展。
随着采矿规模日益扩大，经常出现矿井内顶 板冒落，巷道堵塞或地表塌陷，迫使人们重视和 研究矿压问题。
1.2.2 建立矿压早期假说阶段
19世纪后期到20世纪初，是矿压研究的第二 个阶段。利用一些简单的力学原理解释实践中出 现的一些矿压现象，并提出了一些初步的矿压假 说，具有代表性的是“压力拱假说”，即认为巷 道上方能形成自然平衡拱及有关分析计算。同时 提出了以岩石坚固性系数f（普氏系数）作为定量 指标的岩石分类方法，曾获得广泛应用至今。
在这个阶段中，对巷道围岩破坏机理和支架 所受的岩石压力大小开始了初步的理论研究。在 研究岩层和地表移动等方面，进行了地面及井下 观测，研究到地表建筑物的损坏不仅由于地表下 沉，还由于水平移动的结果。
1.2.3 以连续介质力学为理论基础的研究阶段
20世纪30年代至50年代：将整个岩体作为连 续的，各向同性的弹性体来考虑，即用弹性理论 研究矿山压力问题，这一阶段的典型成果：（1） 用虎克定律推导出了自重作用下原岩应力的计算 公式；（2）用弹性理论解决了圆形巷道的应力分 布问题。
井筒与巷道
矿体
矿体
矿山压力：
严格的讲，矿山压力应包括地采和露采两部分内容， 但由于传统的观念和习惯，矿山压力通常指与地采有关的 内容，即概念如下。
矿山压力（i.e.矿压）：这种由于在地下煤炭中进行 采掘活动而在井巷、硐室、及回采工作面周围煤岩体中和 其中的支护物上所引起的力，就叫矿山压力。
矿山压力显现：
下地 开下 采开
采
固砂海 体矿底 矿床砂 床露矿 露天开 天开采 开采 采
海海海海容热水盐饰
矿山压力与岩层控制
象。
•
粘性流动——蠕变后卸载，部分变形不能恢复的现象。
矿山压力与岩层控制
•
•
与岩石类别有关（粘土矿物岩石蠕变显著）
•
岩石蠕变
•
• 段）
与应力大小有关（高应力蠕变明显，超过极限
应力，蠕变进入不稳定阶
•
蠕变试验：时间长；
•
测量要求精度高（用千分表）；
•
载荷恒定。
•
•
研究蠕变的意义：了解岩石的长时强度。
矿物：存在地壳中的具有一定化学成分和物理性质的自然元素和化合物。 结构：组成岩石的物质成分、颗粒大小和形状以及其相互结合的情况。
(结晶、胶结)
构造: 组成成分的空间分布及其相互间排列关系。
（节理、裂隙、空隙、边界、缺陷）
矿物、结构、构造是影响岩石力学性质和物理性质的三个重要因素 。
矿山压力与岩层控制
要确保试验岩样的天然状态。 岩样应具有一定的代表性。 钻孔采样时应尽量垂直于层面打孔，偏斜角不大于0.5°。 采取的岩(煤)块规格大体为长×宽×高=20×20×15cm。 上下端面的不平整度不大于0.1mm，上下端面的直径差不大于0.2mm。 试件端面垂直于试件轴的偏差不大于0.001rad。 圆柱形试件：φ4.8－5.2cm ，高H=（2－2.5)φ 长方体试件：边长L= 4.8－5.2cm , 高H=（2－2.5)L
•理想塑性
•具有应变硬化的塑性
矿山压力与岩层控制
••3、一般岩石的变形： • • 瞬时弹性变形 • • 后效弹性变形 • • 塑性变形
• • 岩石与其它金属及晶体矿物不同，因其有节理、裂隙存在，在应 力不高阶段，内部结构即有破坏，在产生弹性变形的同时，产生塑性 变形。
矿山压力与岩层控制第六章采场岩层移动与控制关键层PPT课件
• 适合煤矿特点的充填采矿材料与工艺系统； • 煤矿绿色开采技术的经济评价方法与法规。
本科生课程：矿山压力与岩层控制
第二节 岩层控制的关键层理论
一、关键层的概念
• 采场老顶岩层“砌体梁”结构模型是针对
开采过程中的矿山压力控制而提出来的。
• 1996年，在采场老顶岩层“砌体梁”理论
基础上，钱鸣高院士及其课题组提出了岩 层控制的关键层理论。
• 瓦斯抽放-------煤层气开采（抽采） • 矿井水文地质类型：根据矿井水文地质
条件、涌水量、水害情况和防治水难易 程度，……类型。
本科生课程：矿山压力与岩层控制
煤矿绿色开采的特点之二
• 从开采的角度采取措施，从源头消除或 减少采矿对环境的破坏；而不是先破坏 后治理。因而，矸石的井上处理与土地 复垦是属于环境治理问题，而不属于绿 色开采问题。
岩层间将不会出现离层。
本科生课程：矿山压力与岩层控制
第三节 采场上覆岩层移动规律
一、岩层移动的有关概念
采动后岩层各点的移动 地表相邻两点的移动和变形
1.充分采动与非充分采动
当采空区尺寸相当大时，地表最大下沉值
达到该地质条件下应有的最大值，此时称为充
分采动。
本科生课程：矿山压力与岩层控制
2.移动与变形 岩层移动会导致沿竖直方向和水平方向的
从而形成采场覆岩移动的“横三区”与“竖三 带”。
本科生课程：矿山压力与岩层控制
沿走向剖面，测点先向采空区方向移动， 然后又转向工作面推进方向移动，最后基本恢 复到原来位置。
图6－9 开采后上覆岩层沿走向方向 水平与垂直移动轨迹图 本科生课程：矿山压力与岩层控制
沿倾向剖面，测点基本上沿着与层面成垂 直的方向向下移动。
本科生课程：矿山压力与岩层控制
第二节 岩层控制的关键层理论
一、关键层的概念
• 采场老顶岩层“砌体梁”结构模型是针对
开采过程中的矿山压力控制而提出来的。
• 1996年，在采场老顶岩层“砌体梁”理论
基础上，钱鸣高院士及其课题组提出了岩 层控制的关键层理论。
• 瓦斯抽放-------煤层气开采（抽采） • 矿井水文地质类型：根据矿井水文地质
条件、涌水量、水害情况和防治水难易 程度，……类型。
本科生课程：矿山压力与岩层控制
煤矿绿色开采的特点之二
• 从开采的角度采取措施，从源头消除或 减少采矿对环境的破坏；而不是先破坏 后治理。因而，矸石的井上处理与土地 复垦是属于环境治理问题，而不属于绿 色开采问题。
岩层间将不会出现离层。
本科生课程：矿山压力与岩层控制
第三节 采场上覆岩层移动规律
一、岩层移动的有关概念
采动后岩层各点的移动 地表相邻两点的移动和变形
1.充分采动与非充分采动
当采空区尺寸相当大时，地表最大下沉值
达到该地质条件下应有的最大值，此时称为充
分采动。
本科生课程：矿山压力与岩层控制
2.移动与变形 岩层移动会导致沿竖直方向和水平方向的
从而形成采场覆岩移动的“横三区”与“竖三 带”。
本科生课程：矿山压力与岩层控制
沿走向剖面，测点先向采空区方向移动， 然后又转向工作面推进方向移动，最后基本恢 复到原来位置。
图6－9 开采后上覆岩层沿走向方向 水平与垂直移动轨迹图 本科生课程：矿山压力与岩层控制
沿倾向剖面，测点基本上沿着与层面成垂 直的方向向下移动。
矿山压力与岩层控制
《矿山压力与岩层控制》
采场矿山压力显现基本规律
生产技术科
唐 猛
采场矿山压力显现基本规律
第一节
第二节
概
述
老顶的初次来压
第三节
第四节
老顶的周期来压
顶板压力的估算
第五节
第六节
回采工作面前后支承压力分布
影响采场矿山压力显现的主要因素
第一节
概
述
回采工作面常见的矿山压力现象：
一、顶板下沉
一般指顶底板相对移近量。 常以每米采高、每米推进度下沉量（S/L· M） 作为衡量顶板状态的一个指标。
图4-11 回采工作面的顶板压力
(1)直接顶载荷Q1
Q1＝∑h· L1· γ
∑h－直接顶厚度； L1－悬顶距； γ－容重。 单位面积上载荷（支护强度）：
q1=Q1/L
当L1＝L，q= ∑h·γ
(2)老顶载荷Q2 采用直接顶载荷的倍数估算老顶的载荷。
p q1 q2 n h
但采深增大对采场矿压显现影响并不显著，只是煤 壁片帮现象将加剧。这是由于老顶岩层形成的“ 砌体梁 ” 大结构对采场支护“小结构”起到了保护作用。采深对 “砌体梁”结构的稳定性影响不大。
四、煤层倾角的影响
图4-23 采空区冒落矸石滑移及其造成的后果
四、煤层倾角的影响
①工作面沿倾斜方向向下推进时（俯采工作面）
Q A＋B－T · tg(ψ-θ)
对于冒落带岩层，T＝0，P＝QA+B,即支柱阻力能 承受控顶区全部岩层重量。
二、老顶的周期来压
老顶岩层的周期性破断而引起“砌体梁”结构 的周期性失稳而引起的顶板来压现象称为采场周期 来压。 周期来压的主要表现形式是：顶板下沉速度急剧 增加，顶板的下沉量变大；支柱载荷普遍增加；有 时还可能引起煤壁片帮、顶板台阶下沉、支柱折损， 甚至工作面冒顶事故。
采场矿山压力显现基本规律
生产技术科
唐 猛
采场矿山压力显现基本规律
第一节
第二节
概
述
老顶的初次来压
第三节
第四节
老顶的周期来压
顶板压力的估算
第五节
第六节
回采工作面前后支承压力分布
影响采场矿山压力显现的主要因素
第一节
概
述
回采工作面常见的矿山压力现象：
一、顶板下沉
一般指顶底板相对移近量。 常以每米采高、每米推进度下沉量（S/L· M） 作为衡量顶板状态的一个指标。
图4-11 回采工作面的顶板压力
(1)直接顶载荷Q1
Q1＝∑h· L1· γ
∑h－直接顶厚度； L1－悬顶距； γ－容重。 单位面积上载荷（支护强度）：
q1=Q1/L
当L1＝L，q= ∑h·γ
(2)老顶载荷Q2 采用直接顶载荷的倍数估算老顶的载荷。
p q1 q2 n h
但采深增大对采场矿压显现影响并不显著，只是煤 壁片帮现象将加剧。这是由于老顶岩层形成的“ 砌体梁 ” 大结构对采场支护“小结构”起到了保护作用。采深对 “砌体梁”结构的稳定性影响不大。
四、煤层倾角的影响
图4-23 采空区冒落矸石滑移及其造成的后果
四、煤层倾角的影响
①工作面沿倾斜方向向下推进时（俯采工作面）
Q A＋B－T · tg(ψ-θ)
对于冒落带岩层，T＝0，P＝QA+B,即支柱阻力能 承受控顶区全部岩层重量。
二、老顶的周期来压
老顶岩层的周期性破断而引起“砌体梁”结构 的周期性失稳而引起的顶板来压现象称为采场周期 来压。 周期来压的主要表现形式是：顶板下沉速度急剧 增加，顶板的下沉量变大；支柱载荷普遍增加；有 时还可能引起煤壁片帮、顶板台阶下沉、支柱折损， 甚至工作面冒顶事故。
矿山压力与岩层控制之第三章
L1
（a） 图3.10 传递岩梁的形成
（b）
P28
最大挠度和曲率 嵌固梁
max
L4
32 Em
2
max
L2
2 Em 2
简支梁
max
5L4 32 Em 2
max
3L2 2 Em2
通式表达
L4
32Em
2
L2
2Em 2
P29
两岩层在外载（上部岩重）作用下的运动组合分析
图3.12 采场上覆岩层运动
P37
周期性运动阶段 从岩层初次运动结束到工作面采完，顶板岩层按一定周期有规律 的断裂运动，称做周期性运动阶段（如图3.12（c）~（f））。
(c)
? h'
(e)
? h'
b1 L'
b2
c1
? hi
(d)
? hA
a1 LA = C1 L1
(f)
? hA
a2 c2
图3.12上覆岩层运动
C
An An-1 A3 A2 A1
H m 2 m1 m2
B
¦ 1 ¦ 3 ¦ 1
¦ 3
A
m
Lk L1 L2 L3 Ln-1 Ln
图3.9 上覆岩层运动情况 A-冒落带 B-裂隙带 C-缓沉带 P25
思考
相邻的两岩层是同时运动组成一个岩梁，还是分 开运动形成两个岩梁呢
？
回答
用两个岩层沉降中最大曲率和最大挠度判断。
m h
i
lo
li
（a）
（b）
（c）
（d） P4
七章 矿山压力与岩层控制
2015-5-2 32
7.1.4 受采动影响巷道的围岩变形
（1）巷道围岩变形量的构成 巷道围岩变形量包括巷道顶板下沉量、 底板臌起量、巷帮移近量、深部围岩移近量以 及巷道剩余断面积等。 （2） 巷道围岩变形规律 采准巷道从开掘到报废，经历采动造成的 围岩应力重新分布过程，围岩变形会持续增长 和变化。以受到相邻区段回采影响的工作面回 风巷为例，围岩变形要经历五个阶段（图78）。 2015-5-2 33
前《苏联煤矿巷道合理布置保护和支护 规程》规定： D＝（a1＋a2）K1 a 1＋a2—相互影响的巷道总宽度，m K1—巷道相互影响系数
表7-2
所布置巷道距地表深度 /m 30 ＜300 300～600 600～900 900～1200 ＞1200 3.5～2 4～2.5 4.5～3 5～3.5 5.5～4 沿走向巷道围岩强度/Mpa 60 2～1.6 2～1.8 2.5～2 3.5～3 4～3.5 90 1.5～1.3 1.7～1.5 21.7 2.5～2 3～2.3 ＞120 1.2～1 1.4～1.2 1.6～1.4 1.8～1.6 2～1.8 30 1.8 2.2 2.6 3 3.4
位于未经采动的煤体内巷道两侧均为煤体称为煤体煤体巷道图7920182642图79区段巷道布置方式示意图20182643巷道一侧为煤体另一侧为保护煤柱保护煤柱一侧的采面采动影响已稳定后掘进的巷道称为煤体煤柱巷道采动稳定图79与保护煤柱一侧的采面区段巷道同时掘出保护煤柱一侧的采面回采过程中掘进的巷道称为煤体煤柱巷道正采动图720182644巷道一侧为煤体另一侧为采空区采空区一侧采动影响已经稳定后沿采空区边缘掘进的巷道称为煤体无煤柱沿空掘进巷道图79如果通过加强支护或采用其它有效方法将相邻区段巷道保留下来供本区段工作面回采时使用的巷道称为煤体无煤柱沿空保留巷道图7920182645综上所述区段巷道的布置方式可简述为
7.1.4 受采动影响巷道的围岩变形
（1）巷道围岩变形量的构成 巷道围岩变形量包括巷道顶板下沉量、 底板臌起量、巷帮移近量、深部围岩移近量以 及巷道剩余断面积等。 （2） 巷道围岩变形规律 采准巷道从开掘到报废，经历采动造成的 围岩应力重新分布过程，围岩变形会持续增长 和变化。以受到相邻区段回采影响的工作面回 风巷为例，围岩变形要经历五个阶段（图78）。 2015-5-2 33
前《苏联煤矿巷道合理布置保护和支护 规程》规定： D＝（a1＋a2）K1 a 1＋a2—相互影响的巷道总宽度，m K1—巷道相互影响系数
表7-2
所布置巷道距地表深度 /m 30 ＜300 300～600 600～900 900～1200 ＞1200 3.5～2 4～2.5 4.5～3 5～3.5 5.5～4 沿走向巷道围岩强度/Mpa 60 2～1.6 2～1.8 2.5～2 3.5～3 4～3.5 90 1.5～1.3 1.7～1.5 21.7 2.5～2 3～2.3 ＞120 1.2～1 1.4～1.2 1.6～1.4 1.8～1.6 2～1.8 30 1.8 2.2 2.6 3 3.4
位于未经采动的煤体内巷道两侧均为煤体称为煤体煤体巷道图7920182642图79区段巷道布置方式示意图20182643巷道一侧为煤体另一侧为保护煤柱保护煤柱一侧的采面采动影响已稳定后掘进的巷道称为煤体煤柱巷道采动稳定图79与保护煤柱一侧的采面区段巷道同时掘出保护煤柱一侧的采面回采过程中掘进的巷道称为煤体煤柱巷道正采动图720182644巷道一侧为煤体另一侧为采空区采空区一侧采动影响已经稳定后沿采空区边缘掘进的巷道称为煤体无煤柱沿空掘进巷道图79如果通过加强支护或采用其它有效方法将相邻区段巷道保留下来供本区段工作面回采时使用的巷道称为煤体无煤柱沿空保留巷道图7920182645综上所述区段巷道的布置方式可简述为
矿山压力与岩层控制课件
RT RB
2 -- 恒阻支柱
1 -- 增阻支柱
R0
εΔh
0
2021/7/21
➢矿压与矿压显现的辩证关系
矿压的存在是绝对的，而显现是相对的，有条件的。 压力显现强烈的部位不一定是压力高峰的位置。
图中所示，在A处顶板下沉量比B处大，但支承压力高峰却是在B处。
2021/7/21
Kmaγ x H
B
A
(a)
（3）采空区处理方法
采用强制放顶减小岩梁厚度，可减小运动步距（c值、 b 值）。采空区充 填减小岩梁运动空间，可使其运动不明显。
2021/7/21
2.3上覆岩层在推进方向上的运动规律
初次运动阶段
从岩层由开切眼开始悬落,到对工作面有明显影响的一、二 个传递岩梁第一次断裂运动结束为止。
2021/7/21
C
B
1 2
A (b)
D
C
BA
(c)
2 采场上覆岩层运动和发展的基本规律 2.1上覆岩层运动和破坏的基本形式
（1）弯拉破坏的运动形式
mi
h
li
lo
2021/7/21
(2)剪（切）断破坏的运动形式
岩层悬露后产生很小的弯曲变形，
悬露岩层端部开裂→在岩层中部未开
lo
裂（或开裂很少）的情况下，突发性
整体切断跨落。
c—岩梁的周期来压步距，m； a—岩梁的显著运动步距，m； b—岩梁的相对稳定步距，m。
一般情况下，周期来压步距为初次来压步距的0.5-0.25倍。
2021/7/21
各次周期来压步距并非都完全相等，而是呈一大一小的周期性变化。这个 变化将随来压次数的增加，差值愈来愈小。
采动后，在矿山压力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”。
《矿山压力及其控制》PPT课件
Ⅳ类基本顶——平时顶板无压力，采空区悬露面积达几千 甚至上万m2不垮落，初次和周期来压时，顶板垮落常形 成狂风、巨响。初次来压步距大于50m，甚至可达 100m～150m。这种顶板多为极坚硬的厚砂岩或砾岩。
2021/4/25
7
第二节 工作面矿山压力的显现规律
一、支承压力
（一）支承压力的形成
当煤体未采动前，煤体内的应力处于平衡状态，煤体上 所受的力为上覆岩层的重力γH（γ—岩层的容重，t/m3； H—煤层距地面的深度，m）。
2021/4/25
15
第二节 工作面矿山压力的显现规律
冲击地压在煤矿中经常会遇到，尤其是随开采深度的增 加，更会频繁出现。为了避免冲击地压发生而造成重大 事故，必须降低支承压力的集中程度，例如采用充填法 处理采空区；采空区内不留煤柱；避免两上工作面相向 回采，以防止形成支承压力的重叠。
支承压力集中程度高，不仅可能产生煤层突出，还可能 伴随大量沼气突出，造成煤和沼气突出事故。
当在煤体内开掘开切眼后，破坏了应力的平衡状态，引 起应力重新分布。这时在开切眼上部顶板内形成了自然 平衡“压力拱”。开切眼上部岩体重量Q由两侧煤壁平均 分担。因此，在开切眼两帮煤体中，产生了应力集中现 象，这种集中应力称为支撑压力。它的大小为原始应力 γH的1.25～2.5倍，最大值可为原始应力的2～4倍或更大。
河南理工大学 《采煤概论》精品课程
第四篇 准备方式与采煤方法
11 第 章 矿山压力及其控制
2021/4/25
1பைடு நூலகம்
主要内容
11 第 章 矿山压力及其控制
第一节 上煤层围岩分类 第二节 工作面矿山压力的显现影响 第三节 工作面支架的结构、性能和选择 复习思考题
矿山压力及岩层控制PPT课件
直接顶跨落前，顶板完整性一般较好，支架载荷小，稳定性差， 初次跨落易发生大面积顶板事故。
顶板工作结构
1.梁式结构——将顶板视为沿工作面推进方向的梁，按梁式结构承载变形 破坏理论分析顶板破坏现象。
2.板式结构——将顶板视为一个板或经断层裂隙切割后多块板相互咬合组 成的板，按板式结构承载变形及强度理论分析顶板破坏现象。
海姆公式： （ 1 静水压 ） 0.5
金尼克公式：1- （弹性侧压 理 0.2 论 -0.3 ）
0.2 5 -0.4 3
构造应力
构造应力：由构造运动引起。 分为：现代构造应力和地质构造残余应力 构造应力的特点：
1.构造应力以水平应力为主。 2.构造应力分布不均匀。 3.构造应力具有方向性。 4.普遍存在于坚硬岩层中。
扎身煤海献青春 立足矿山采光明
矿山压力及岩层控制
第一讲：绪论
矿山压力的基本概念
矿山压力： 采动 采场、巷、硐支护物 力
矿压显现： 力学现象
矿山压力控制： 减轻、调节、利用、改变的方法
矿山压力对煤矿开采的意义
• 生态环境保护 • 保证安全和正常生产 • 减少资源损失 • 改善开采技术 • 提高经济效益
直接顶的离层
1.离层原因
直接顶教软，易发生弯曲变形 未及时支护或支撑力不足
直接顶的初次跨落
初次跨落——直接顶第一次跨落（初次放顶） (标志：跨落高度大于1-1.5，长面大于1/2面长）
初次跨落距——第一次跨落时，直接顶的跨距。 直接顶跨落距受直接顶的强度、厚度、节理裂隙影响，是描述直
接顶稳定性的综合指标。
原岩应力
原岩体：地壳中没有受到人类工程活动影响的岩体。 原岩应力：存在于地层中未受工程扰动的天然应力。
板块边界受压 地幔热对流 地球内应力
顶板工作结构
1.梁式结构——将顶板视为沿工作面推进方向的梁，按梁式结构承载变形 破坏理论分析顶板破坏现象。
2.板式结构——将顶板视为一个板或经断层裂隙切割后多块板相互咬合组 成的板，按板式结构承载变形及强度理论分析顶板破坏现象。
海姆公式： （ 1 静水压 ） 0.5
金尼克公式：1- （弹性侧压 理 0.2 论 -0.3 ）
0.2 5 -0.4 3
构造应力
构造应力：由构造运动引起。 分为：现代构造应力和地质构造残余应力 构造应力的特点：
1.构造应力以水平应力为主。 2.构造应力分布不均匀。 3.构造应力具有方向性。 4.普遍存在于坚硬岩层中。
扎身煤海献青春 立足矿山采光明
矿山压力及岩层控制
第一讲：绪论
矿山压力的基本概念
矿山压力： 采动 采场、巷、硐支护物 力
矿压显现： 力学现象
矿山压力控制： 减轻、调节、利用、改变的方法
矿山压力对煤矿开采的意义
• 生态环境保护 • 保证安全和正常生产 • 减少资源损失 • 改善开采技术 • 提高经济效益
直接顶的离层
1.离层原因
直接顶教软，易发生弯曲变形 未及时支护或支撑力不足
直接顶的初次跨落
初次跨落——直接顶第一次跨落（初次放顶） (标志：跨落高度大于1-1.5，长面大于1/2面长）
初次跨落距——第一次跨落时，直接顶的跨距。 直接顶跨落距受直接顶的强度、厚度、节理裂隙影响，是描述直
接顶稳定性的综合指标。
原岩应力
原岩体：地壳中没有受到人类工程活动影响的岩体。 原岩应力：存在于地层中未受工程扰动的天然应力。
板块边界受压 地幔热对流 地球内应力
矿山压力与控制培训课件
第四章矿山压力与控制第一节矿山压力与分布规律一、巷道地压1.矿山压力地下岩体在采动以前，由于自重的作用在其内部引起的应力，通常称为原岩应力。
因为开采前的岩体处于静止状态，所以原岩体处于应力平衡状态。
当开掘巷道或进行回采时，形成了地下空间，破坏了岩体的原始状态，引起岩体内应力重新分布，并一直延续到岩体内形成新的平衡为止破坏了原来的应力平衡状态，引起岩体内部的应力重新分布。
重新分布后的应力超过煤、岩的极限强度时，使巷道和回采工作面周围的煤、岩发生破坏，这种情况将持续到煤、岩内部再次形成新的应力平衡为止。
此时，巷道和回采工作面周围煤、岩体内形成一个与原岩应力场显然不同的新的应力场，有时称为二次应力场。
其形成的过程就是煤、岩体内应力重新分布的过程。
通常把这种由于在地下进行采掘活动造成围岩移动而在井巷、硐室及回采工作面周围煤、岩体内和支护物上所引起的压力，称为“矿山压力”，简称“矿压”或“地压”。
2．矿山压力显现在矿山压力作用下，将引起一系列力学现象，如围岩变形或挤入巷道、岩体离散、移动或冒落；煤体压松、片帮或突然抛出；木材支架压裂或折断；金属支架变形或压弯；充填物产生沉缩以及岩层和地表发生移动和塌陷等等。
在矿山压力作用下出现的冒顶、底鼓、煤岩片帮、支架破坏、煤和瓦斯突出等力学现象，称为矿山压力现象或矿山压力显现，简称“矿压显现”。
3 ．矿山压力控制在大多数情况下，“矿压显现”会给地下开采工作造成不同程度的危害。
为使“矿压显现”不致于影响正常的开采工作和保证安全生产，就必须采取各种技术措施加以控制。
这种人为地调节，改变和利用矿山压力作用的各种措施，称为“矿山压力控制”，简称“矿压控制”。
七、巷道围岩控制降低巷道围岩应力，提高围岩稳定性以及合理选择支护是巷道围岩控制的基本途径。
回采引起的支承压力不仅数倍于原岩应力，而且影响范围大。
巷道受到回采影响后，围岩应力、围岩变形会成倍、甚至近十倍急剧增长。
因此，巷道围岩控制手段的实质是如何利用煤层开采引起采场周围岩体应力重新分布的规律，正确选择巷道布置和护巷方法，使巷道位于应力降低区内，从而减轻或避免回采引起的支承压力的强烈影响，控制围岩压力。
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•（1）重力 • 在未受构造运动影响的地区，处于某一深度的岩层中，覆盖岩层重量所引 起的垂直压应力可表示为：
•2020/4/29
•（2）构造应力
• 在受构造运动作用力影响强烈的地区，特别是临近背斜轴、向斜轴等 构造线的部位，构造运动形成的应力场往往是重要的。
• 深部岩层中各点的 应力将是自重应力场和 构造应力场在该点应力 的叠加，其最大主应力 的大小和方向，多数情 况下是由构造运动形成 的应力所决定的。
•2020/4/29
•矿山压力显现
• 煤及岩层采动后，应力重新分布，处于采动边界的部位承受较高压 力作用，约束条件、受力状况都发生明显改变。当该部位承受的压力值没 有超出其允许的限度时(不超限)，围岩处于稳定状态。 • 当采动边界部位的煤（岩）体所承受的压力值超出其允许极限后（超 限），围岩运动将明显表现出来，即产生煤（岩）体扩容后的塑性破坏、 煤（岩）帮片塌、顶板下沉与底板鼓起等一系列矿压现象。
•围岩
采动空间周围的岩(煤)体
•矿山压力：采动后作用于岩层边界上或存在于岩层之中，促使围岩 向已采空间运动的力。（即采动后促使围岩运动的力）
•2020/4/29
➢ 矿山压力的来源
•1.岩层重力 •2.构造运动作用力 •3.岩体膨胀作用力
•采动前的原岩应力
•矿山压力
•2020/4/29
•根源？
•各点主应力的大小、 方向、垂直应力与水平 应力之间的比值等决定 了采动后围岩应力重新 分布的规律
•1 矿山压力与矿山压力显现
•1.1 矿山压力及其在围岩中的分 布
➢矿山压力的概念
•采动
开掘巷道和进行回采工
作
•采动空间 •采动后 在煤或岩层中形成的空
间
•2020/4/29
• 煤及岩层采动前，一般在覆盖层重力、 构造运动作用力等地质力的作用之下，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，其原始平衡状态遭 到破坏，边界上的作用力、分布在各点的应 力（包括大小及方向）随之改变。
• 采动后，在矿山压力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”。
•矿山压力显现的基本形式包括围岩的明显运动与支架受力等两个方面 。
•2020/4/29
•1.2 矿山压力显现 •矿山压力显现
•围
•支
•岩
•架
•运 •动
•受 •力
Hale Waihona Puke •两•顶•底
•载
•支
•支
•帮
•板
•板
•荷
•架
•架
•运
•运
•运
•增
•变
•压
•动
•动
•动
•减
•形
•折
•2020/4/29
•(a)冒顶、片帮
•(b)两帮鼓出
•(c)顶底板移近 •(d)顶板下沉与支架承载
•图2.2 矿山压力显现的基本形式
•2020/4/29
矿山压力显现是矿山压力作用下围岩运动的结果。
矿山压力显现的相对性
•巷道围岩运动的相对 性
• （a）垂直成因构造 （b）水平成因构造
• • 图 构造应力
•倾角变化带、煤厚变化带、断层、褶曲
•2020/4/29
•（3）膨胀应力
• 泥质岩石特别是含有蒙脱石等吸水很强的成分情况下，遇水膨胀可以 产生很高的膨胀应力，是巷道矿山压力的一个重要来源。龙口矿区、吉林 省梅河、舒兰等矿务局的一些矿井中，在软岩中开掘和维护巷道遇到较大 的困难，主要是膨胀压力作用的结果。
矿压的存在是绝对的，而显现是相对的，有条件的
。
压力显现强烈的部位不一定是压力高峰的位置。
•2020/4/29
• 采用增阻、可缩性支柱支护时，随着顶板下沉，支柱受力随活柱下缩而 逐渐增大。顶板下沉到不同位置，支柱上压力显现是不同的。如果采用恒阻 支柱支护，只要支柱受力超过安全阀开启压力，则支柱下缩，并保持压力恒 定，即支柱上的压力显现在顶板下沉过程中基本不变。
•2020/4/29
➢矿压与矿压显现的辩证关系
•①支架对围岩运动的抵抗程度 • 支架对围岩抵抗程度越高，承受的荷载越大，围岩变形越小。相反，如 果支架不能对围岩的运动进行抵抗，而是在运动过程中逐步“退让”，则压力 显现不明显，而围岩变形则相应增大 。
• 同一种巷道，是采用砌碹支护，还是采用可缩性支架支护，巷道变形及 支架上受力大小截然相反：前者碹体受力大，巷道变形小（因为支架对围岩 运动起到了限制作用），后者则支架受力相对减小、巷道变形相应增加。
矿山压力与岩层控制课 件
2020年4月29日星期三
•一、采场矿压基本理论
•1 矿山压力与矿山压力显现 •2 采场上覆岩层运动和发展的基本规律 •3采场支承压力及矿压显现与上覆岩层运动间的关系 •4 回采工作面支架与围岩关系
•二、采场矿压观测方法及数据分析
•2020/4/29
•一、采场矿压基本理论
•2020/4/29
• 巷道掘进后及时架设支架，给两帮岩体提供侧向力σ3（图c），使其转 为三向应力状态，阻止破坏的继续发展，可以维持围岩的稳定，矿压显现程
度就可得到明显控制。
•（a） •
•2020/4/29
（b） 图 巷道围岩稳定与破坏
（c）
•（2）支架受力的相对性
•支架上的压力显现大小主要取决于三方面因素：
•2020/4/29
• 对于回采工作面来说，当支架对顶板处于 “非让压”（“限定变 形”）工作状态时，支架抵抗程度越高（即老顶岩梁下沉量越小） ，对增阻支柱来说，顶板下沉量越小，支架上显现的压力也越小。 若对岩梁位态限制程度越低，处于“让压” （“给定变形”）工作状 态，则老顶岩梁运动结束时的顶板下沉量越大，采用增阻支柱时显 现的压力也越大。 •②支架的力学特征 • 对于巷道来说，支架一般是在“让压”情况下工作。
•支架受力的相对 性
•2020/4/29
•（1）巷道围岩运动的相对性
• 采动过程中，围岩要向着采动空间运动。由于围岩承受的压力大小、自 身强度、受力状况等不同，运动的发展程度也不相同。
• 围岩变形能力不仅取决于所承受的压力大小，还与围岩强度有关。 低强度岩体的变形能力要高于高强度岩体。
• 如果顶底板是低强度、分层厚度小的粉砂岩、页岩、泥岩时，则在自 重及轴向力等的作用下，顶板很容易弯曲下沉，底板鼓起，造成顶底板移 近量增大。 • 如果顶底板为高强度厚分层的砂岩、砂质页岩等组成时，顶底板移近 量就要小得多。大同、通化、北京等局的巷道顶底板是坚硬砂岩，采用无 支护就属此例。