矿山压力基本知识
浅谈矿山压力基础知识及综采矿压管理技术
第一节 矿山压力的概念及机理
三、矿山压力显现
在矿山压力作用下，围岩和支护物所表现出来 的力学宏观现象，如围岩变形，离层，破坏和冒落， 1 支架受力变化和折损，煤（岩）突出，充填物产生 压缩和地面塌陷等，称为矿山压力显现，简称矿压 显现。 工作面矿山压力显现的形式：顶板下沉、支架 变形与折损、顶板破碎或大面积冒落、煤壁片帮、 支柱（单体、木点柱等）插入底板、底板膨胀鼓起 3 等。 矿压控制-所有人为的调节、改变和利用矿山 压力的各种技术措施。
第二节 采煤工作面围岩移动特征
四、基本顶的周期来压1来自（一）基本顶来压前的状态 基本顶初次跨落后，随着采煤工作面的继续推进， 工作面上方的基本顶岩层由两端固定梁转变为悬
臂梁状态。
第二节 采煤工作面围岩移动特征
四、基本顶的周期来压
（二）基本顶周期来压及矿压显现特征 1 周期来压：基本顶的周期性破断失稳对工作面产生 的周期性的来压显现，称之为基本顶的周期来压。 主要表现形式：顶板下沉速度急剧增大， 顶板下沉 量变大，支柱所受载荷普遍增加，有时可能引起煤 壁片帮，支柱折损、顶板发生台阶状下沉等现象。
第二节 采煤工作面围岩移动特征
一、顶板构成
伪顶—位于煤层之上随采随落的极不稳定岩层，
其厚度一般在 0.3～0.5m以下。 1 直接顶—位于伪顶或直接位于煤层之上，具有 一定的稳定性，随移架或回柱放顶后能自行垮落的 岩层。 3 基本顶（老顶）—位于直接顶或煤层之上，厚 而坚硬垮落的岩层。
第二节 采煤工作面围岩移动特征
第四节 综采矿压管理技术
矿压简述
顶板事故在煤矿事故中所占比例最大，尤其是在顶 板坚硬、不宜冒落的开采条件下，直接顶的管理更凸显 其重要性，综采工作面初采期间大面积悬露顶板绝大多 1 数为直接顶板，大面积悬露的直接顶板突然垮落极易形 成飓风冲击，造成人员伤害和设备损坏。 我国多个矿区曾出现过初次来压飓风伤人事故，严重影 响了矿井正常生产。 目前，矿井普遍采用顶板爆破强制放顶的措施，以 减小采空区顶板的悬露面积，减缓顶板的来压强度。 针对我矿实际情况，预计在5月底对30104工作面切眼实 施强制放顶工作。
矿山压力知识点总结
1、矿山压力：这种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，叫矿山压力。
2、矿山压力显现：这些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，叫矿山压力显现。
3、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。
4、原岩应力：存在于地层中未受工程扰动的天然应力称为原岩应力，也称为岩体初始应绝对应力或地应力。
5、支承压力：在岩体内开掘巷道后，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应力增高部分称为支承应力。
6、老顶：通常把位于直接顶之上（有时直接位于煤层之上）对采场矿山压力直接造成影响的厚而坚硬的岩层称为老顶。
7、直接顶：一般把直接位于煤层上方的一层或几层性质相近的岩层称为直接顶。
8、直接顶初次垮落：直接顶的第一次大面积垮落称为直接顶初次垮落。
9、顶板下沉量：一般指煤壁到采空区边缘裸露的顶底板相对移近量。
10、老顶初次来压：当老顶悬露达到极限跨距时，老顶断裂形成三铰拱式的平衡，同时发生已破断的岩块回转失稳（变形失稳）。
有时可能伴随滑落失稳（顶板的台阶下沉），从而导致工作面顶板的急剧下沉。
此时，工作面支架呈现受力普遍加大现象。
即称为老顶的初次来压。
11、周期来压：由于裂隙带岩层周期性失稳而引起的顶板来压现象称之为工作面顶板的周期来压。
12、关键层：将对采场上覆岩层局部或直至地表的全部岩层活动起控制作用的岩层称为关键层。
13、开采沉陷：煤层采出后，（采空区周围原有的应力平衡状态受到破坏，引起应力重新分布，从而）引起岩层的变形、破坏与移动，并由下向上发展至地表引起地表的移动，这一过程和现象称为岩层移动，又称为开采沉陷。
14、充分采动与非充分采动：当采空区尺寸(长度和宽度)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，此时的采动称为充分采动。
将刚达到充分采动状态的采空区尺寸称为临界开采尺寸。
如果采空区尺寸小于临界开采尺寸，称为非充分采动。
矿压
1.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定义为矿山压力，在相关学科中也称为二次应力、或工程扰动力。
2.矿山压力显现：在矿山压力作用下，会引起各种力学现象，如岩体的变形、破坏、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，使巷硐周围岩体和支护物产生的种种力学现象，统称为矿山压力显现。
3.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.4.岩石按不同的标准可分为不同类型，常见的分类有：（1）按岩石成因可分为岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类。
（2）按岩石固体矿物颗粒间的结合特征，可分为固结性、粘结性、散粒状和流动性岩石四大类。
（3）按岩石的构成特征，可以区分岩石的结构和岩石的构造。
岩石的结构是决定岩石组织的各种特征（如矿物颗粒的组成成分、结晶程度、形状和大小以及它们之间的连接状况等）的总合；而岩石的构造则指岩石中组成成分的空间分布以及他们相互间的排列关系，如整体构造，多孔状构造和层状构造。
（4）按岩石的力学强度和坚实性，可分为坚硬岩石和松软岩石。
工程中常把饱水状态下单压强度大于10MPa的岩石称为坚硬岩石；而把低于该值的岩石称为松软岩石。
5.岩石的体积指标（一）岩石的孔隙性岩石的孔隙度指岩石中各种孔洞、裂隙体积的总和与岩石总体积之比，也称孔隙率岩石的孔隙比指岩石中各种孔洞和裂隙体积的总和与岩石内固体部分实体积之比，可表示为孔隙比与孔隙度之间的关系为一般孔隙率愈大，岩石中孔隙和裂隙就愈多，岩石的密度和强度愈低，同时使塑性变形和渗透性增大。
（二）岩石的碎胀性和压实性岩石的碎胀性指岩石破碎以后的体积比之前体积增大的性质。
常用岩石的碎胀系数来表示，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K P——岩石的碎胀系数；V'——岩石破碎膨胀后的体积，m3；V——岩石处于整体状态下的体积，m36.岩石变形性质的类别岩石的变分为弹性变形、塑性变形和粘性变形三种。
第三章---矿山压力基本知识
二、直接顶的压力由于直接顶的岩性不同，以及开采技术条件的关系，直接顶对工作面支架的压力特性基本有三种情况：1.悬梁式的直接顶压力悬臂的岩梁在自重和上覆岩层的作用下，逐渐产生离层、下沉、弯曲、断裂，直至随支架前移而自行垮落。
这些现象随着顶板暴露面积和暴露时间的增加，表现得更为明显。
如图3-5在这种情况下，支架的作用就是限制直接顶产生过多的下沉，以免沿ab线切断，保证工作面的安全。
支架所受的力，主要是直接顶的重量。
基本顶下沉也会对支架施加一定的压力。
2.破碎直接顶的压力由于直接顶是脆性和较松软的岩层，回采时，在工作面前方的支承压力作用下，直接顶产生裂隙、断裂，失去了连续性，形成破碎顶板（图3-6）。
这时，工作面上部悬露的直接顶的重量，全由支架承担。
3.台阶下沉式直接顶的压力当直接顶既不很松软，也不很坚硬，介于上述二者之间。
回采时，工作面直接顶出现台阶下沉（图3-7），有时靠近煤壁的直接顶，也可能出现较短的悬梁。
这种形式的顶板，好像砌体墙结构，各台阶侧面上，彼此之间存在摩擦力，阻止台阶下沉。
所以工作面支架，只是支撑下沉台阶的部分重量，通常采用单体支柱。
由于直接顶的岩性、结构、地质构造不同，以及开采方法和基本顶的活动情况不同，直接顶的压力显现，也是千差万别的。
在生产实践中，应根据直接顶压力的基本特征，结合煤层的具体情况，进行观测分析，才能比较正确地反映出直接顶的压力。
三、基本顶的压力1.工作面初次来压当工作面从开切眼向前推进，顶板悬露面积随之扩大，直接顶垮落充填采空区，基本顶仍完整地支承板梁构件。
当板梁跨度随着工作面推进增大到一定的范围，如图3-8所示的L1时，由于基本顶的自重和上覆岩层的作用下，使基本顶断裂垮落。
这时，工作面已不再处于基本顶梁掩护之下，顶板迅速下沉而破碎，通常把采空区基本顶第一次大面积垮落称为初次垮落。
由于基本顶初次垮落，使工作面压力增大，故称为初次来压。
初次来压对工作面影响一般持续2~3天。
矿山压力
一、名词解释：1.矿山压力：由于开采影响，作用在开采空间煤岩体和支护物上的力。
2.矿山压力显现：在矿压的作用下，开采空间煤岩体和支护物上产生的各种力学现象。
3.矿山压力控制：为使采矿安全、正常所采取的各种减轻、调节、改变和利用矿山压力的方法。
4.构造应力：由于地壳构造运动在岩体中引起的应力。
5.支承压力：回采空间周围煤岩体内应力升高区的切向应力。
6.直接顶：一般把直接位于煤层上方的一层或几层性质相近的岩层称为直接顶。
7.初次来压：老顶的平衡结构第一次失稳而施给工作面以大型压力的过程。
8.周期来压：老顶平衡结构周期性的失稳而施加给工作面以大型压力的过程。
9.初次来压步距：第一次来压时工作面距开切眼的距离。
10.周期来压步距：两次来压期间工作面推进距离。
11.冲击地压：发生在高应力区井巷，采煤工作面围岩体内，以突然、急剧、猛烈破坏为特征的矿压动力现象。
二、简答及分析绘图题：12.直接顶分类方案和分类指标采煤工作面直接顶类别按其在开采过程中表现得稳定程度进行划分，共分为4类，其中1类又分为两个亚类，对于2类直接顶，可根据需要分为两个亚类，其具体指标见下表：τr为直接顶平均初次跨落距。
13.采煤工作面初次来压显现特点：⑴来压前，顶板压力无明显增大；⑵煤壁内部支承压力增高，煤壁片帮严重；⑶顶板枪炮声响；⑷顶板下沉速度急剧增加；⑸支柱的载荷急剧增加；⑹直接顶出现拉咎显象（直接顶煤壁切断）。
14.回采工作面周期来压显现特点：⑴顶板下沉量急剧增加，⑵支柱载荷普遍增加；⑶煤壁片帮严重；⑷当支撑力不足时，工作面会出现台阶下沉；⑸如果支护参数不合理，会发生冒顶、切顶。
15.放顶煤矿压显现特点：⑴前方支承压力峰值高，距工作面远；⑵顶底板相对移近量大；⑶顶煤在煤壁前方较远处产生较大位移；⑷支架载荷，周期来压强度小。
16.冲击地压三项准则：强度准则：煤岩介质的全部应力大于煤体与围岩系统的强度；能量准则：煤岩释放能量大于消耗能量；冲击准则：煤体（围岩）的冲击倾向度指标大于试验（实验）确定的冲击倾向度界限值。
矿山压力
一、名词解释1 矿山压力：由于矿上开采活动的影响，在开采空间围岩体内形成的和作用在只支护物上的压力。
2 矿山压力显现：由于矿山压力的作用，开采空间围岩体及支护物产生的各种力学现象。
3 矿山压力控制：为使采矿工作正常、安全进行所采取的各种减轻、调节、改变和利用矿山压力作用的方法。
4 伪顶：位于煤层之上随采随落的极不稳定岩层，其厚度一般在0.5m 以下。
5直接顶：位于煤层或伪顶之上具有一定的稳定性,移架或回柱后能自行垮落的岩层。
6 老顶：位于直接顶或煤层之上厚而坚硬的岩层。
7 老顶的初次来压步距：有开切眼到初次来压时工作面推进的距离。
8 老顶的周期来压步距;两次来压期间工作面推进的距离。
9 完全沿空掘巷：安全沿采空区边缘或仅留很窄的煤柱掘进巷道。
10冲击地压：在地应力高的岩体中开挖硐室，围岩应力突然释放，岩块破裂并抛出的动力现象。
11沿空留巷：采煤工作面后沿采空区边缘维护原回采巷道12断面破碎度：支架前梁端部到煤壁间顶板破碎程。
（二）问答题1、分布特征：只考虑自重情况下原岩应力状态的侧向应力系数在0与1之间，即0≤λ≤1。
λ=0,1/7,1/3,1/2,1在θ=0°；90°；180°；270°的分布克制圆孔两侧的切向应力集中系数处于2~3之间，即两侧最大切向应力比垂直原岩应力大1~2倍，且与孔径无关。
2、简述原岩应力场的概念及主要组成部分。
天然存在于原岩内而与人为因素无关的应力场称为原岩应力场。
原岩应力场由自重应力场和构造应力场组成。
地心引力引起的应力场称为自重应力场，地壳中任意一点的自重应力等于单位面积的上覆岩层的重量。
由于地质构造运动而引起的应力场称为构造应力场，构造应力与岩体的特性，以及正在发生过程中的地质构造运动和历次构造运动所形成的地质构造现象有密切关系。
3、简述岩石破碎后的碎胀特征及其在控制顶板压力中的作用？岩石破碎后，杂乱堆积，岩石的总体力学特征类似于散体。
第五讲 矿山压力基本知识
集支护区，加打斜撑。
（三）工作面老顶的初次来压及来压时的安全措施 1）工作面老顶的初次来压 随着工作面推进还可能形成四、五……不同数量岩块的咬合
平衡，直到岩块间的咬合关系不能满足平衡关系为止。此时，老顶 的失稳将对工作面带来严重的矿山压力显现，甚至危及生产和人身 安全，形成老顶的初次来压。见图
图1-2 老顶断裂成岩块后的转动
初次来压是工作面矿山压力显现的重要现象，衡量其指标是来 压强度和初次来压步距，顶板坚硬、直接顶薄的工作面初次来压强 度大、来压步距大。
初次来压特征：老顶初次来压比较突然。来压前回采工作空间 上方的顶板压力比较小。因而往往容易使人疏忽大意。初次来压时， 老顶垮距比较大，影响的范围也比较广，工作面易出现事故。
置，做好预测预报工作。 (2）做好来压前的支护工作，保证支架的规格质量，
保证一定的支护密度和支架稳定性。 （3）合理缩小控顶距，以利于工作面维护。 （4）保证直接顶垮落的质量。采空区冒落的矸石可
以减轻老顶的来压强度。 （5）加强正规循环，保持工作面推进速度。
十一、顶板事故分类
一、大型冒顶: 是指范围较大，伤亡人数较多（每次死亡3人以上）
《规程》规定： 采煤工作面必须按作业规程的规定及时支护，严禁空顶作业。
直接顶不能任其自然垮落。当工作面推进距离达到初次垮落距时， 要进行初次放顶。采煤工作面初次放顶时必须制定安全措施，采煤 区（队）长要亲临现场进行指挥。
（二）直接顶初次放顶的安全措施 对于单体支柱支护工作面，制定初次放顶安全措施时，应该遵
老顶初次来压对工作面的影响较大，因此必须掌握初次来压步 距的大小，以便及时采取对策。在来压期间，必须加强支架的支撑 力，尤其要加强支架的稳定性。一般可以采用木垛、斜撑等特种支 架加强回采工作空间的支护。
矿山压力
1.矿山压力：由于开采影响，作用在开采空间煤岩体内或者支护物的力。
2.矿山压力显现：在矿压的作用下，开采空间煤岩体内和支护物上产生的各种力学现象。
3.构造应力：由于构造运动在岩体中引起的应力。
4.支承压力：指在岩体中开掘巷道、在煤层内进行采煤时巷道两侧或回采工作面周围煤壁上形成的高于软岩应力的垂直集中应力。
（应力重新分布后，巷道两侧改变后的切向应力增高的部分）5.支撑压力的分区问题：常将采场前方或巷道两侧的切向应力分布按大小进行区分。
⑴根据切向应力的大小，可分为增压区和减压区。
比原岩应力小的压力区是减压区，比原岩应力高的压力区是增压区。
增压区即通常说的支承压力区。
支承压力区的边界一般可以取高于原岩应力的5%处作为分界处。
再向内部发展即处于稳压状态的原岩应力区。
⑵另一种分类方法是将其分为极限平衡区和弹性区。
6.老顶初次来压：老顶平衡结构第一次失稳而施加给工作面以大型压力的过程。
7.老顶的周期来压：由于裂隙带周期性失稳而引起的顶板来压现象。
8.直接顶初次垮落：直接顶第一次大面积垮落。
9.老顶初次来压步距：第一次来压工作面至开切眼的距离。
10.周期来压：由于老顶平衡结构周期性失稳而施加给工作面以大型压力的过程。
11.周期来压步距：两次来压期间工作面的推进距离。
12.老顶的梁式破断：最大剪力发生在固定梁的两端：Qmax=R1=R2=qL/2最大弯矩发生在梁中间：Mmax=qL2/8固定梁：按最大剪应力得出的极限跨距为：L2s=4hRs/3q按最大弯矩得出的极限跨距为：L2T=h2RT/q简支梁：按最大剪应力得出的极限跨距为：L2s=4hRs/3q按最大弯矩得出的极限跨距为：L2T=2h RT/3q老顶的板破断：分为，①四边固支②三边固支，一边简支③两边固支，两边简支④一边固支三边简支弯矩分布，固定端边界大。
转换时，煤壁处弯矩大，煤壁中段弯矩最大。
破裂过程，长边→短边→沟通→中间13.直接顶，⑴影响直接顶好坏的原因：①岩性；②裂隙切割；③老顶压力；④支护压力⑵直接顶岩层破坏离层原因：①节理裂隙切割②岩层松软变形量大（离层）③落煤之后顶板支护不及时或初撑压力过小（离层）④老顶岩层平衡结构失稳，岩块回转⑤支护力不均衡或支架反复支撑⑥放顶撤柱过快，产生动压冲击14.横三区竖三带，⑴按层面垂直方向移动状况划分竖三带：Ⅰ冒落带（垮落带）—分为规则、不规则垮落带：Ⅱ裂隙带，位于冒落带以上，岩层间产生离层，形成拉伸裂隙，整体间联系比较好，相对位移小；Ⅲ弯曲下沉带：岩层基本上不产生离层，也不产生断裂，岩层会大面积缓慢下沉。
矿山压力基础知识(新)
矿山压力基础知识一、岩体的原始应力地下深部的岩层在没有受到任何采动影响以前的应力状态叫原始应力状态。
岩体的原始应力从理论上讲应该是自重应力、构造应力和物理化学应力的合力。
自重应力是由于地球引力引起的应力。
构造应力是由于地质构造及地质运动引起的应力，而物理化学应力则是在地壳中由于温度和压力的变化而产生的物理化学变化引起的应力。
由于构造应力和物理化学应力极其复杂，无法计算，一般在计算矿山压力时把构造应力和物理化学应力忽略不计，而是把自重应力作为岩体的原始应力计算。
岩体的原始应力经计算为γH/m²，如图2-10 所示。
图2-10 岩体的原始应力分布规律图中：γ——为上覆岩层的平均必度，kN/m³H——为计算的平均深度，m 。
岩体的原始应力极大，一般支护的设备无法支撑，而人们之所以能够安全生产并采用有效的支护手段是由于采动以后应力重新分布的结果。
二、采动以后应力的重新分布规律在采动以前应力是均匀分布的，一旦受到采动，则原来的均匀分布被破坏，从而出现应力的重新分布形成应力的降低区和应力在增大区。
1、煤巷上方的应力分布规律在煤层中未开掘巷道以前，煤层上所受的力为原始状态，当巷道开掘以后，由于支撑原始应力的煤被采出，会出现应力的重新分布，重新分布的结果如图2—11所示。
图2-11（1）应力降低区：在煤巷内部及两侧大约5米范围内为应力降低区。
特别是在巷道内部，原始应力的分布为0，煤巷的支护设备只承担部分直接顶的重量。
此时，支护设备上所承受的力大小和直接顶的厚度、坚硬程度有关。
如果直接顶破碎，而且厚度很大则巷道支护设备所承受的力就很大。
反之，直接顶完整，而且厚度小，则支护设备上所承受的力就小，如果直接顶坚硬，煤巷还可以不支护，形成裸体巷道。
（2）应力增大区：在煤巷两侧约5~15m之间为应力增大区，应力最大区大约距巷道帮7~8m，其压力值可能为原始应力的数倍。
所以在井下巷道的布置中如果必须出现两条巷道平行布置的情况时一定要考虑两条巷道的间距最好保持在20m以外。
矿山压力重点复习
1、矿山压力：由于矿山开采活动的影响在巷硐周围形成的力。
2、矿山压力显现：由于矿压的影响，而表现出来的一系列有形的变形。
3、矿山压力控制：为使采矿工作正常、安全进行所采取的各种减轻、调节、改变和利用矿山压力作用的方法4、原岩应力：存在于地层中未受工程扰动的天然应力。
5、构造应力：由地壳构造运动在岩体中引起的应力。
6、构造应力的特点：构造应力以水平力为主，具有明显的区域性和方向性，其基本特点如下①分布不均，在构造区域附近最大；②水平应力为主，浅部尤为明显；③具有明显的方向性，最大和最小水平主应力之值相差较大；④坚硬岩层中明显，软岩中不明显；8、砌体梁结构在上覆岩层中存在由断裂岩块组成的“砌体梁”，因岩块相互挤压，形成承载结构。
认为：①上覆岩层可以坚硬岩层为底划分若干组，其上软弱岩层为载荷；②随着工作面推进上方坚硬岩层断裂形成岩块，岩块间受水平推力成铰接关系；③铰接岩块在某些条件下可形成平衡体。
9、直接顶岩层破坏离散原因：①节理裂隙的切割；②初次放顶前直接顶的状态；③支架的影响；④工作面长度短时，⑤直接顶很容易离层；⑥分层工作面；10、离层原因：直接顶较软，易发生弯曲变形未及时支护或支撑力不足。
△=∑h+M-Kp∑h=M-∑h（Kp-1）12、支承压力：巷道两侧改变后的切向应力增高部分。
13、极限平衡区:巷道周围处于极限平衡状态的岩体范围。
断裂步距：老顶达到初次断裂时的跨距称为极限跨距，也称为初次断裂步距。
11、矿压显现指标：①顶板下沉S（mm）一般指煤壁到采空区边缘裸露的顶板相对移近量；②顶板下沉速度V（mm/h）单位时间顶板下沉量；③支柱变形与折损，观察喷液、下缩、压裂、折断等；④顶板破碎情况，单位面积中顶板冒落面积所占百分比；⑤局部冒顶，小范围顶板垮落；⑥大面积冒顶或顶板沿工作面煤壁切落；⑦支架载荷增大；14、老顶的初次来压：老顶第一次失稳所产生的工作面压力增大的现象。
15、老顶来压步距：由开切眼到初次来压时工作面推进的距离。
矿山压力基础知识
第一部分基础理论知识一、有关矿山压力的基础知识(一) 岩石的物理力学性质1、岩石的物理性质（1）岩石的重力密度γ（容重）：岩石所受的重力与包括空隙在内的岩石总体积之比。
如砂岩的重力密度（容重）为：γ=19.6KN/m³-27.5KN/m³（2）岩石的孔隙率(n):岩石的孔隙体积与其总体积之比。
沉积岩的孔隙率一般小于10%，但部分砾岩和胶结性较差的砂岩孔隙率可达标10%~20%。
（3）岩石的碎胀性:岩石破碎后体积增大的性质。
残余碎胀性系数( kp。
)：破碎岩石在矿山压力作用下，压实后的体积与破碎前的体积之比。
2、岩石的变形性质岩石单轴压缩，应力（σ）─应变（ε）曲线。
（见图1）应力σ：单位面积上的力；应变=（L–L′）⁄ L（1）压缩阶段；（2）弹性变形阶段；（3）塑性变形阶段，直至破坏。
岩石性质不同，应力─应变曲线各不相同。
3、岩石强度性质（1）强度概念：抵抗外力(应力)而不破坏的能力。
根据应力状态，强度有：抗压强度，抗拉强度，抗剪强度,抗弯强度；抗压强度：单向抗压强度，双向抗压强度，三向抗压强度。
（2）强度的特征抗压>抗剪>抗弯>抗拉三向抗压>双向抗压>单向抗压；三向抗压强度，侧压力愈大强度愈大：（3）岩石强度的指标: f称为普氏系数硬石灰岩、硬砂岩，f=8；普通砂岩，f=6；砂质页岩，f=5；砾岩，f=4；普通页岩，f=3；软页岩、无烟煤，f=2；煤，f=1-1.5。
4、岩体的变形与强度特性岩体与岩块特性的差别：（1）构造上的差别：岩体充满裂隙、层理等弱面；（2）受力状态差别：岩体受三向应力；（3）岩块尺寸不同，强度也不同；岩块尺寸愈大，强度愈小。
岩体被许多裂缝切割，但块度也很大。
（二）矿山岩体内原始应力分布规律1、自重力地下岩体处于三向应力状态。
2、构造应力（见图2）原因：构造应力。
地壳运动使岩体变形，岩体内储存弹性变形能。
当应力超过岩体强度时，岩体破坏，能量全部或部分释放。
矿山压力
矿山压力及控制一：名词解释：1、矿山压力：巷道和回采工作面周围的煤，岩体内形成一个与原岩应力场显然不同的新的应力场，这种由于在地下进行采掘活动而在井巷，硐室及回采工作面周围煤，岩体中和支护物上所引起的力，就叫矿山压力。
2、岩石的孔隙度：是指岩石中未被固体物质充填的空间体积与岩石总体积的比值。
3、泊松比：是指材料在单向受拉或受压时，横向正应变与轴向正应变的绝对值的比值，也叫横向变形系数，它是反映材料横向变形的弹性常数4、流变：各种岩土工程都和时间因素有关。
时间对岩石变形特性的影响称为岩石的变形时间效应，与时间因素有父的应力应变现象统称为流变。
5、蠕变：应力不变条件下，应变随时间延长而增加的现象。
它与塑性变形不同，塑性变形通6、原岩应力：存在于地层中未受工程扰动的天然应力为原岩应力，也称为岩体初始应力，绝对应力或地应力7、支撑压力：在岩体内开掘巷道后，巷道同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文承压力。
8、回采工作面：在煤层或矿床的开采过程中，一般把直接进行采煤或矿物的工作空间称为回采工作面或简称为采场9、初次来压：由于老顶初次垮落，使工作面压力增大，故称为初次来压。
10、砌体梁：似砌体一样排列而组成的结构二、填空题：1、减压区和增压区2、垮落带、裂隙带、缓沉带3、全部垮落发，填充法4、岩石本身的力学性质和层理和裂隙的发育程度5、支柱通过泵压而给予顶板的主动支撑力三、简答题1、a、压力拱假说，b、悬臂梁假说，c、铰接岩块假说，d、预成裂隙假说，2、岩石的孔隙性即岩石具备由各种孔隙、孔洞、裂隙及各种成岩缝所形成的储集空间，岩石的孔隙度是指岩石中裂隙和孔隙的发育程度，其衡量指标为孔隙率或孔隙比。
孔隙比是指岩石中各种孔隙体积总和与岩石总体积之比。
3、根据采煤工作面推进到使上覆岩层充分运动的一定范围后，岩层运动(或破坏)发展程度，可格上迢岩层划分为三个带：(1)垮落带(或冒落带)：即图3—1中I所示部分。
矿山压力
1、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和作用在巷硐支护物上的力。
2、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显现。
3、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。
4、原岩应力：存在于底层中未受工程扰动的天然应力。
5、支承压力：将巷道两侧改变后的切向应力增高部分称为支承压力。
6、学习矿山压力控制的意义：①生态环境保护；②保证安全和正常生产；③减少资源损失；④改善开采技术；⑤提高经济效益。
7、影响岩石强度的因素：①结构面产状；②结构面密度；③试件尺寸；④环境围压；⑤空隙水压。
第二章1、双向等压应力场内的圆形孔：①圆孔周围全出于压缩应力状态；②应力大小与弹性常数E、μ无关；③σt、σr的分布和角度无关，皆为主应力，即切向和径向平面均为主平面；④孔周边的切向应力为最大应力，其最大应力集中系数K=2，且与孔径的大小无关。
当σt=2γH超过孔周边围岩的弹性极限时，围岩将进入塑性状态；⑤其他各点的应力大小与孔径有关。
⑥圆孔周围任意点的切向应力σt与径向应力σr之和为常数，且等于2σ1。
2、支承压力：将巷道两侧改变后的切向应力增高部分称为支承压力第三章1、采空区的处理方法：①煤柱支撑法；②缓慢下沉法；③充填法；④完全垮落法。
2、采场上覆岩层活动规律的假说：①压力拱假说认为在这两个前后拱脚之间，无论在顶板或底板中都形成了一个减压区，回采工作面的支架只承受压力拱内的岩石重量。
；②悬臂梁假说工作面和采空区上方的顶部可视为梁，它一端固定于岩体内，另一端则处于悬伸状态，当顶板由几个岩层组成时，形成组合悬臂梁。
在悬臂梁弯曲下沉后，收到已垮落岩石的支撑，当悬伸长度很大时，发生有规律的周期性折断，从而引起周期来压；③铰结岩块假说；④预成裂隙假说；⑤砌体梁假说。
3、横三区和竖三带：煤壁支撑区、离层区、重新压实区；垮落带、裂缝带、弯曲下沉带。
第四章1、矿山压力显现的标志：①顶板下沉；②顶板下沉速度；③支柱变形与折损、喷液、下缩、压裂、折断等；④顶板破碎；⑤局部冒顶、小范围垮落；⑥工作面顶板沿煤壁切落或大面积冒顶；⑦煤壁片帮；⑧底鼓；⑨支柱插入底板。
矿山压力基础知识
工作面矿山压力的形成:在矿体没有开采之前，岩体处于平衡状态。
当矿体开采后，形成了地下空间，破坏了岩体的原始应力，引起岩体应力重新分布，并一直延续到岩体内形成新的平衡为止。
在应力重新分布过程中，使围岩产生变形、移动、破坏，从而对工作面、巷道及围岩产生压力。
通常把由开采过程而引起的岩移运动对支架围岩所产生的作用力，称为矿山压力。
围岩:采动影响范围以内的岩石；原岩:采动影响范围以外的岩石。
在矿山压力作用下所引起的一系列力学现象，如顶板下沉和垮落、底板鼓起、片帮、支架变形和损坏、充填物下沉压缩、煤岩层和地表移动、露天矿边坡滑移、冲击地压、煤与瓦斯突出等现象，均称之为矿山压力显现。
因此，矿山压力显现是矿山压力作用的结果和外部表现。
一般规律：矿山压力显现：矿山压力作用下，在采掘空间周围岩体和支护物产生的种种力学现象。
老顶的初次来压：老顶的周期来压：影响采场矿山压力显现的主要因素：液压支架的结构分析：1、支架工必须了解支架各元件的性能和作用，熟练准确地按操作规程进行各种操作。
2、移架前，必须检查煤壁顶底板有无异常情况，支架阀组、管路、立柱密封是否完好，推移千斤顶与刮板输送机联接是否牢靠，有无咬架、挤架现象，尾梁插板是否落在后部刮板输送机上，同时清净架前杂物和浮煤，其他人员不得在架前下方停留，确认无问题后方可移架。
3、移架时，移架工必须站在所移支架架箱内，面向煤壁操作，严禁身体探入支架前立柱与前溜电缆槽（挡煤板）之间、脚蹬在液压支架底座前方或站在相邻支架下操作。
4、移架时利用拉线，使移后的支架成一条直线。
移架时带压擦顶少降快移，并利用好侧板、防倒、防滑装置，防止出现倒、挤、咬架现象，并观察架间管线，防止受挤、受拉。
5、支架出现窜、漏液时，应及时处理，严禁带病操作，禁止单腿销、铁丝销和无销现象。
6、移架要移够规定的步距，保证支架齐、直，受力方向垂直顶底板。
7、移架时及时调整支架，防止歪斜，架间距不超过规定(﹤200mm)。
矿山压力复习资料
矿山压力复习资料（一）一、名词解释：1、矿山压力：由于在地下煤岩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，就叫做矿山压力。
2、岩石的孔隙度：岩石中各种孔洞裂隙体积的总和与岩石总体积之比。
3、泊松比：岩石受到单向压缩载荷时，试件在轴向缩短的同时产生横向膨胀，其横向应变与轴向应变的比值称为泊松比。
4、流变：有些材料在开始出现塑性变形以后，常在应力不变或应力增加很小的情况下继续产生变形，这种变形叫做流变。
5、蠕变：固体材料在不变载荷的长期作用下，其变形随时间的增长而缓慢增加的现象称为蠕变。
6、原岩应力：天然存在于原岩而与任何人为原因无关的应力。
7、支承压力：在岩体内开掘巷道后，巷道两侧增加的切向应力。
8、回采工作面：在煤层或矿床的开采过程中，直接进行采煤或开采有用矿物的工作空间。
初次来压：由于老顶第一次失稳而产生的工作面顶板来压。
砌体梁：工作面上下两区破断的岩块咬合形成的外表似梁，实质是拱的的平衡结构。
二、填空题：1、根据回采工作面前后的应力分布情况，可将工作面前后划分为减压区、增压区和稳压区。
2、根据破断的程度，回采工作面上覆岩层可分为冒落带和裂隙带。
3、采空区处理方法有煤柱支撑法，缓慢下沉法，采空区充填法和全部垮落法。
4、直接顶的完整程度取决于岩层本身的力学性质，直接顶岩层内由各种原因造成的层理和裂隙的发育程度。
5、初撑力是指支柱对顶板的主动作用力。
三、简答题：1、对原岩应力状态有哪几种假说？答：①弹性假说，认为岩体处于弹性状态，其受力与变形的关系符合虎克定律，在垂直应力作用下将在岩体中引起水平应力的作用。
②静水应力状态假说，认为地下深处的岩体由于长期的地质作用和岩石的蠕变作用而使岩体中的侧向应力和垂直应力趋于相等。
岩石的孔隙性、孔隙度和孔隙比有什么不同？答：岩石的孔隙性是指岩石中孔隙和裂隙的发育程度，表征它的指标有两种：孔隙度和孔隙比。
可见孔隙度和孔隙比是反应孔隙性的指标。
矿山压力
1、冲击地压：积累在矿井巷道和菜场周围煤岩体中的能量突然释放，在井巷发生爆炸性事故，产生的动力将煤岩抛向巷道，同时发出强烈声响，造成煤岩体振动和破坏，支架与设备损坏、人员伤亡、部分巷道垮落破坏等。
2、原岩应力：未受开采影响的岩体内，由于岩体自重和构造运动等原因引起的应力。
主要包括自重应力、构造应力、地温应力、膨胀（收缩）应力、流体压应力3、底板比压：将支架底座对单位面积底板上所造成的压力。
4、周期来压：由于裂隙带岩层周期性失稳而引起的顶板来压现象。
5、关键层、主关键层、次关键层：对采场上覆岩层局部或直至地表的全部岩层活动起主要控制作用的岩层。
6、围岩稳定性系数：7、支撑压力：回采空间周围煤岩体内应力增高区的切向应力，分为固定支承压力、移动支承压力。
8、砌体梁：在一定条件下，能够形成外表似梁实则为半拱的结构，这种平衡结构形如砌体，故称为砌体梁。
9、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。
1、采空区处理的几种方法及实质。
采空区处理方式可分为刀柱式、顶板缓慢下沉法、全部充填或局部充填法、全部垮落法。
2、影响采煤工作面矿山压力显现的主要因素。
1、采高与控顶距。
采高及控顶距越大，老顶越不稳定，矿山压力显现越明显。
2、工作面推进的速度。
在s-t图中可以发现顶板下沉量是时间的函数，但并不一定提高推进速度可减小下沉量，因为提高了推进速度就增加了工序影响的次数，也会加剧顶板的下沉速度。
3、开采深度的影响。
开采深度直接影响原岩应力大小，在软岩中开掘时，随着深度的增加，矿山压力显现将越严重。
但开采深度对采场顶板压力大小的影响并不突出，因而对矿山压力显现的影响也不明显。
4、煤层倾角的影响：随煤层倾角的增加，顶板下沉量将逐渐减小。
3、沿空留巷矿压显现的基本规律。
回采工作面推进引起的上覆岩层运动，其发展是自下而上的，上部具有明显的滞后现象，沿空留巷的顶板会在较长时间内受到老顶上覆岩层运动的影响。
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1．初次垮落：基本顶在采空区中第一次垮落。 即：随工作面的继续推进，直接顶不断垮落，基本顶悬露跨度逐渐增 大，直至达到极限跨度时，基本顶出现断裂，进而发生垮落。 2．初次来压：由于基本顶初次垮落而引起工作面矿压显现加剧的现 象，称之。 矿压显现特征：工作面顶板下沉量和下沉速度急增，煤壁片帮严重， 顶板裂缝或掉渣，支架载荷迅速提高等，其影响一般持续2～3天。 采取措施：放顶线加强支护。如：增设排柱、木垛、斜撑、抬棚、强 制放顶等。
二、基本顶的初次垮落 （一）基本顶初次来压前的岩层结构 1．板的结构：四周分别由煤柱及煤壁支撑，可视为悬空
的板。
2．两端固定的梁：因工作面长度远大于跨距，故可视为 两端固定的梁。 3．梁的作用：上覆岩重通过梁而传递到两端的煤壁及煤 柱上。
初次来压前顶板状态示意图
第四节
开采后围岩移动及矿压特征
二、基本顶的初次垮落
L初＝h 2RT q
（多用，因抗拉强度远大于抗压强度） （当τmax=Rs时）
L初
4hRs 3q
式中 L初－基本顶初次垮落步距；
RT－岩层的抗拉强度极限；
Rs－岩层的抗剪强度极限； τmax－最大剪应力； ｑ－岩梁的均布载荷； ｈ－岩梁的高度（基本顶厚度）
第四节
开采后围岩移动及矿压特征
2．基本顶初次垮落步距的确定：
第一节
二、采场空间特点 1．采场的基本形式： （1）开切巷：矩形或梯形。
矿山压力概述
（2）初次来压前：似椭园形。 （3）初次来压后：为弯曲下沉式。根据不同的采空区处理方法出现不
同的空间形式。
全部垮落法：（图旧教案中） 全部充填法：
缓慢下沉法：
2．采场特点 （1）是时间函数。即是移动的、又是变化的。
第一节
矿山压力概述
四、采场顶板组成：（自下而上）图6－2示。 1．伪顶：直接位于煤层之上，极易垮落的松软薄层。 极易垮落：指随采随落，悬顶面积小于8～10m2，悬顶时间不超过 20min。 薄层：厚度在0.3～0.5m以下者。 岩性：一般为泥质页岩、炭质页岩等。 2．直接顶：位于伪顶或煤层之上，较稳定易垮落的岩层。 较稳定：悬顶面积大于8～10m2，时间超过20min。 易垮落：放顶后及时垮落，岩石单向抗压强度小于600～800kg/cm2； 岩性：页岩、砂质页岩、薄层状砂岩等。 直接顶下位岩层：指煤层或伪顶之上1～2m厚的岩层，其稳定性直接 影响支架的结构型式。 3．基本顶（老顶）：位于直接顶或煤层之上，难垮落的坚硬岩层。 难垮落：指其允许悬露面积很大，岩石单向抗压强度大于600～800 kg/cm2，裂隙、层、节理不发育等。 厚岩层：指其厚度大于1m，总厚在2.0m以上的整体岩层。 岩性：一般为厚层状砂岩、石灰岩、砂砾岩等。 4．直接底：直接位于煤层之下的岩层。
煤层顶板岩层示意图
1－基本顶； 2－直接顶； 3－伪顶； 4－煤层； 5－底板岩层
图 6－2 煤层顶底板岩层
第二节 岩体的主要特征
一、岩体的概述
二、岩石的强度特性
三、岩体的强度特性
第二节 岩体的主要特征
一、岩体的概述 （一）岩体的概念
1．岩体是自然界，由各种岩性和各种结构特征的岩石所组成的集合体。
岩体的基本特征示意图
第二节 岩体的主要特征
二、岩石的强度特性
岩石强度：指岩石受载时抵抗破坏的能力。
1．岩性的影响：主要取决于组成岩石矿物颗粒间的联结和颗粒 大小。 2．含水的影响：水可使岩石软化、溶蚀、膨胀，降低强度。 如：砂岩含水4%时，强度降低50%；泥质页岩含水1.5%时，强
度降低70%；砾岩（大同）自由吸水6天后，强度降低39%。
（一）周期来压前的状态：图6－7示。
悬梁状态。采煤工作面处于基本顶悬梁的保护下。 （二）周期来压含义及矿压显现特征
1．周期来压：基本顶周期性折断或垮落前后，工作面的矿压显现，称
和构造应力构成。
一、自重应力 二、构取一单元体，图6－1示。 1．垂直应力：σ1=（1×1×H）＊ｒ＊ｇ=r＊H＊ｇ （Pa）；
式中 σ1－单元体所受的垂直应力，Pa；
H －单元体岩石距地表的深度，m； r－上覆岩层的加权平均容重，kg/m3； g－重力加速度，m/s2。
矿山压力概述、岩体的特征、原岩应力状态
课堂小结： 1．基本概念：矿山压力、矿压显现、伪顶、直接顶、基 本顶 2．岩石的强度特性、影响因素、岩体的强度特性
3．自重应力、构造应力。
第四节
开采后围岩移动及矿压特征
一、直接顶的初次垮落
二、基本顶的初次垮落
三、基本顶的周期来压
四、采空区上覆岩层的移动
3．非连续性。被各种结构面所切割。
第二节 岩体的主要特征
一、岩体的概述
（三）岩体的基本类型 （参考张希俊编教材中图）
1．整体岩体。节理不发育，很少有断层的厚层沉积岩层。
2．块状岩体。节理发育，有小断层或偶有层间错动的厚、中厚层。
3．层状岩层。节理不发育等，构造较简单，岩性单一或不同岩性互层。 4．碎裂岩体。完整性很差，褶皱、断层、层间错动，节理、劈理十分发育。 5．松散岩体。受剧烈构造变动后，由断层泥、岩粉、岩石碎屑等组成。
山西能源学院
煤矿开采方法电子教案
矿业工程系 采矿教研室 2018年9月
第八章 矿山压力基本知识
第一节
第二节 第三节 第四节 第五节
矿山压力概述
岩体的主要特征 原岩应力状态 开采后围岩移动及矿压特征 采煤工作面四周的支承压力及其传递
第六节
第七节
采煤工作面顶板分类
采煤工作面矿压观测
图 6-3
直接顶初次垮落状态
第四节
开采后围岩移动及矿压特征
一、直接顶的初次垮落
4．直接顶垮落的高度 （3）分析：当△=0时，
m H（KP 1）
即：冒落的直接顶将充满采空区。
故：形成充满采空区所需的直接顶厚度为：
h
m K P 1
结论：减小△，有利于控制基本顶活动。
第四节
开采后围岩移动及矿压特征
即：垂直于结构面的方向受力时，强度最大；平行次之，界于σmax与 σmin之间；成θ1～θ2内，强度最低σmin。
生产实际中：
（1）破岩时，应使岩石单向或双向受力，并处于拉伸或剪切状态。 （2）井巷维护时，应使岩石处于受压状态。
弱面对岩体强度的影响示意图
第三节 原岩应力状态
原岩：地下岩体没有受到井巷或采场等地下工程影响的 部分。 原岩应力：未受采动影响岩体内的应力。主要由自重应力
基本顶初次来压时状态示意图
图1－17《采矿学》
第四节
开采后围岩移动及矿压特征
二、基本顶的初次垮落
（三）基本顶初次垮落步距的确定 1．基本顶初次来压步距：基本顶初次垮落时，工作面距开切巷的距 离。一般为20～35m，有时可达50～70m，悬露面积可达数千至上万平方
米。
影响因素：基本顶岩性、厚度、地质构造等。 2．基本顶初次垮落步距的确定：
第一节 矿山压力概述
一、矿山压力的概念
二、采场空间特点
三、采场矿压研究的任务及目的
四、采场顶板组成
第一节 矿山压力概述
一、矿山压力的概念
1．矿山压力：由于地下采掘活动影响而引起的岩层作用在井巷、硐室
和工作面周围煤岩体中以及支护物上各种力的总称，简称“矿压”。 如：顶板对支架、煤壁、采空区充填物的压力，上位岩层对下位岩层
的支撑强度和支架的稳定性，加强顶板动态的监控等，确保安全。
直接顶初次垮落状态示意图
直接顶初次垮 落前顶板状态 直接顶初次 垮落后状态
h m k h
P
第四节
开采后围岩移动及矿压特征
一、直接顶的初次垮落
4．直接顶垮落的高度：图6－3示。
（1）碎胀系数：
Kp V V
式中 V－垮落岩层原来的体积（实体）； V′－垮落后（破碎后）的体积。
的压力，底板的反作用力等。
2．矿山压力显现：在矿山压力作用下，围岩及支护物呈现的各种力学 现象，简称“矿压显现”。
如：顶板下沉、支架变形与折损、冒顶、煤壁片帮、底臌、支柱插入
底板、充填物被压实、地表塌陷等现象。 3．矿压控制：人为地调节、改变和利用矿压作用的各种技术措施，称
为矿山压力控制，简称“矿压控制”。
（2）视基本顶为简支梁：
L初 2h RT 3q
（浅部煤层）
（3）煤柱支撑法管理顶板时，岩梁安全跨距的求解：
固定梁时： 简支梁时：
L安 h 2 RT nq
L安 2h
RT 3 n q
式中 n－安全系数，取ｎ=6 （考虑大多为脆性破坏）
第四节 开采后围岩移动及矿压特征
三、基本顶的周期来压
第四节 开采后围岩移动及矿压特征
一、直接顶的初次垮落 1．概念及过程： 直接顶初次垮落：采煤工作面自开切巷推进一定距离，直接顶悬露达 到一定距离后，采空区即进行初次回柱放顶，使直接顶垮落下来，这一 过程称之。图6－3示。
初次回柱放顶：为保证正常生产，维护一个合理的工作空间，要对控
顶以外的支架进行第一次回柱，称之。 初次垮落距：直接顶初次垮落的跨距。其大小决定于岩层强度、分层 厚度、节理裂隙的发育程度等。一般6～12m。 初次垮落特点：需人为地控制。故又称为初次放顶。 2．危害：易造成发生冒顶事故。 3．措施：初次放顶期间，加强现场指导与管理，提高工作面及切顶线
2．岩体的组成：由结构面和受它包围的结构体共同组成。 结构面：包括岩石的物质分界面和不连续面。如：层面、节理、断
层、软弱夹层等。
结构体：指由不同产状的结构面相互切割而形成的单元大块，也称单 元岩块。
（二）岩体的基本特征
1．非均质性。由多种岩石组成。 2．各向异性。受力后在各个方向上显示不同的力学性质。