2021《矿压》主要知识点(1)

《矿山压力与岩层控制》主要知识点

第一讲绪论

●基本概念：

●矿山压力：由于矿山开采活动的影响，在巷硐周围岩体中形成的和作用在巷硐支护物

上的力称为矿山压力。

●矿山压力显现：由于矿山压力作用使巷硐周围岩体和支护物产生的种种力学现象，称

为矿山压力显现。

●矿山压力控制：所有减轻、调节、改变和利用矿山压力作用的各种方法均叫做矿山压

力控制。

●采场围岩控制：

●巷道围岩控制：

●研究和学习矿山压力与岩层控制的意义。

第二讲采场上覆岩层结构与顶板破断规律（第三章）

●基本概念：顶板

●底板：

●上覆岩层（覆岩）：

●直接顶

●基本顶（老顶）

●直接底

●关键层；

●直接顶初次跨落、

●基本顶初次破断与周期破断；

●岩石碎胀系数。

●直接顶初次跨落前的离层机理及其危害。

●直接顶跨落后的碎胀特性及其对矿压影响。

●基本顶破断规律与破断距计算。

●采动覆岩“大结构”的内涵及主要假说。

● 砌体梁假说及“砌体梁”结构的失稳形式及稳定条件。

● 基本顶破断面角度对“砌体梁”结构稳定性的影响。

关键层破断后的岩块互相挤压有可能形成三铰拱式的“砌体梁”平衡结构，此结构平衡将取决于咬合点的挤压力是否超过该咬合点接触面处的强度极限，在一定条件下可能导致岩块随着回转而形成变形失稳；另外即是咬合点处的摩擦力与剪切力的相互关系，当剪切力大于摩擦力时形成滑落失稳，在工作面的表现形式为顶板的台阶下沉。

防止“砌体梁”结构的滑落失稳条件：

咬合点处的摩擦力大于剪切力，

ϕtan ⋅≤T R 根据“砌体梁”结构受力分析，

，即，岩块长度要大于2～2.5倍岩块厚度。

防止“砌体梁”结构的变形失稳条件：

回转变形形成的咬合点的挤压力小于该咬合点接触面处的抗压强度极限。

根据“砌体梁”结构受力分析，结构回转下沉量小于一定值

⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅⋅-⋅=∆K K n h 311 ● 通常通过触矸来实现。

⎝⎛⋅-

⋅=∆K

n h 311

●基本顶弹性基础破断的反弹与压缩特征。

●岩层控制关键层理论的主要学术思想。

第三讲采场矿山压力显现基本规律（第二章、第四章）基本概念：基本顶初次来压：基本顶（老顶）悬露达到极限跨距发生初次断裂，断裂的基本顶岩块回转下沉，从而导致工作面顶板急剧下沉和支架阻力普遍增大现象，称为基本顶（老顶）初次来压。

●周期来压、基本顶岩层的周期性破断过程中由于“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。（1.5分）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。（0.5分）

●初次来压步距、

●周期来压步距、

●来压动载系数；基本顶来压时支架载荷与平时非来压时载荷的比值（1.5分），

它反映了基本顶来压的强烈程度。

●原岩应力、

●构造应力、

●支承压力：在岩体内部开掘巷道后，巷道围岩必然出现应力重新分

布，一般将巷道两侧改变后的切向应力增高部分称为支承压力。

（体现出切向应力概念可得1.5分）

●支承压力集中系数：支承压力峰值与原岩应力的比值称为支承压力集中系数。

●工作面周期来压的形成原因。

在基本顶初次破断后，随工作面推进基本顶将发生周期性破断和回转下沉，引起顶板下沉的急剧增大和支架工作阻力的明显增加，破断岩块形成的“砌体梁”结构也因此将经历“稳定-失稳-再稳定”的周期性变化，这就是引起工作面周期来压的原因。

●顶板压力的估算方法。

●原岩应力及构造应力的基本特点。

●双向等压应力环境下圆孔围岩应力分布特征。

●支承压力在底板岩层中的传播规律。

根据弹性力学理论作用在底板上的集中力在底板岩层中的传播规律符合下图所示的“压力泡”分布特征，即距离作用力的水平距离和垂直距离越远，力的衰减越大。类似地，支承压力在底板岩层中的传播规律也符合上述“压力泡”分布特征。

●工作面四周及前后支承压力分布规律。

一般而言，工作面前后支承压力分布规律如下图所示。工作面前方一定范围（如30-50m）内形成超出原岩应力的支承压力，称为应力增高区（增压区），在工作面及后方一定范围内支承压力小于原岩应力，形成应力降低区（减压区），在采空区一定距离后应力逐步恢复为原岩应力，称为应力恢复区（稳压区）。

●影响工作面矿压显现的主要因素及其特点。

任选1个因素作答）：（1）采深；（2）采高；（3）煤层倾角；（4）开采速度（1）采深对工作面矿压显现的影响，

由于自重应力和构造应力是原岩应力的重要组成部分，所以采深直接影响着原岩应力大小，也就同时影响着开采后巷道或工作面支承压力。随着开采深度的增加，支承压力增加，从而导致煤壁片帮和底板鼓起的几率增加。

由于上覆岩层破断形成“砌体梁”结构，具有支撑作用，所以随着开采深度的增加，对工作面矿压显现影响并不明显，顶板下沉量和支架压力并未随采深增加而明显增加。

相反，对于开采深度较小的浅埋煤层，由于风积沙等上覆松散载荷的作用，在一定条件下会产生覆岩的整体破断，导致结构失稳，从而导致矿压显现加剧。

开采深度对巷道压力显现的影响可能比较明显，随着采深的的增加，巷道围岩的“挤、压、鼓”现象将更为严重，如在松软岩层中开拓巷道。

（2）采高对工作面矿压显现的影响

随着采高的增加，采空区空间随之增大，直接顶在采空区垮落后与基本顶之间的空隙△增大，导致基本顶在破断之后变形回转的角度加大、时间加长，这意味着工作面的来压持续长度增大，顶板下沉量加大，矿压显现强烈；如果采高过大，△也过大，导致第一层关键层（原基本顶）在破断后因回转量过大无法形成稳定的砌体梁结构，使得第一层关键层形成悬臂梁结构，在第二层关键层破断时，将对工作面造成更大强度的来压，同时造成工作面一大一小周期矿压显现。

简而言之，采高大的工作面矿压显现强烈；采高越低，矿压显现越缓和，煤壁也较为稳定。

（3）煤层倾角对工作面矿压显现的影响

煤层倾角增加，必然使沿岩层面的切向滑移力增大，而使作用于