矿山压力与岩层控制(2013版)_PPT课件
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矿山压力与岩层控制.
事故 原因 调查 处理
不能忘却的沉痛：近年重大矿难事故汇览
· 2005年2月，辽宁孙家湾煤矿特大瓦斯爆炸事故 遇 难 经 过 214人。（直接经济损失4968.9万元） 事故发生地点在孙家湾煤矿3316外风道掘进工作面，2月14日白班，孙家湾煤矿正常作业， 到14时50分，3316外风道掘进工作面突然发生矿震，地面瓦斯通风检测突然没有显示。据当 时地面有关人员介绍，14时50分有明显矿震感觉，到15时03分，井下242采面工人宁海涛在 井下汇报说，242面有反风，之后，井下－357调度汇报，－357大巷全是烟。由于冲击地压 造成3316风道外段大量瓦斯异常涌出，3316风道里段掘进工作面局部停风造成瓦斯积聚、瓦 斯浓度达到爆炸界限；工人违章带电检修临时配电点的照明信号综合保护装置，产生电火花 而引起瓦斯爆炸。
事 故 原 因 调 查 处 理
不能忘疆阜康神龙煤矿特别特大瓦斯爆炸事故 遇 难 经 过 事 故 原 因 调 查 处 理 83人 7月8日有迹象表明该矿井下瓦斯浓度大幅超标，而在事故发生前的3～4个 小时，井下瓦斯浓度已高达2％～3％（正常浓度应低于1％），但矿方始终 未采取应急措施，7月11日凌晨4时左右爆炸发生。 煤矿企业的安全主题责任不落实；一些地方的领导“安全第一”的责任意 识不强，落实安全生产的态度不坚决、措施不得力；少数煤矿安全生产监 察监管工作人员工作不力；阜康神龙煤矿的矿主胆敢铤而走险，不顾80多 名矿工的生命安全，违规违法生产。 组成组长为国家安全生产监督管理总局局长李毅中，并由新疆主要领导参 加的调查组；全力展开搜救工作；妥善安置伤员；新疆严厉打击煤矿违法 违规行为 消除事故隐患；全区通报阜康矿难，自治区主席向遇难者表示哀 悼；检察院以涉嫌重大劳动安全事故罪，批准逮捕阜康神龙矿难5名责任人； 与遇难者家属达成赔偿协议，遇难者得到妥善安置。
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。
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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 。
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资源与环境工程学院-资源工程1系
23
绪论
《矿山压力及其控制》课件
开采深度
开采深度越大，岩层自 重和上覆岩层的作用力 越大，矿山压力也越大
。
采矿方法
采矿方法的选择和实施 方式对矿山压力的大小
和分布有直接影响。
支护方式
支护方式的选择和实施 对控制和调节矿山压力
有重要作用。
02
矿山压力的监测与检测
矿山压力监测方法
01
02
03
04
表面变形监测
通过测量地表位移、沉降等参 数，评估矿山压力状态。
将多个学科的理论和技术进行交叉融 合，形成更加全面和系统的矿山压力 控制方法和技术。
绿色环保
在矿山压力控制中注重环保和可持续 发展，减少对环境的影响，实现绿色 开采。
04
矿山压力事故预防与处理
矿山压力事故类型与原因
冒顶片帮事故
冲击地压事故
由于矿山顶板失稳、煤帮侧壁不稳等原因 导致的事故。
由于地下岩体在地应力作用下突然释放能 量导致的事故。
监测预警
建立完善的矿山压力监测系统，及时发现和 预警潜在的事故隐患。
培训与演练
加强员工安全培训和演练，提高员工应对突 发事件的应急处理能力。
矿山压力事故处理方法
现场处置
一旦发生事故，应立即启动应急预案，组织现场 人员撤离，并采取必要的应急措施。
医疗救治
确保受伤人员得到及时有效的医疗救治，降低伤 亡率。
物理模拟法
利用相似材料或物理模型 进行矿山压力模拟，通过 观察和测量模型的压力变 化来指导实际控制。
经验法
根据实际生产经验，总结 出矿山压力控制的方法和 技巧，通过实践不断优化 和完善。
矿山压力控制技术应用
采煤工作面
在采煤工作面中，通过合理布置采煤机、支架等设备，控制采煤高 度和推进速度，以减小矿山压力对工作面的影响。
矿山压力与岩层控制
（4） 采动影响稳定阶段 回采引起旳应力重新分布趋向稳定后，巷道围
岩变形速度再一次明显降低，但依然高于掘进影 响稳定阶段时变形速度，围岩变形量按流变规律 不断缓慢地增长。
（5） 二次采动影响阶段 巷道受本区段回采工作面（B）旳回采影响
时，因为上区段残余支承压力，本区段工作面超
前支承压力相互叠加，巷道围岩应力急剧增高，
图7-8区段平巷围岩变形
(1)巷道掘进影响阶段
(2)
煤体内开掘巷道后，巷道围岩出现应力
集中，在形成塑性区旳过程中，围岩向巷道空
间明显位移。伴随巷道掘出时间旳延长，围岩
变形速度逐渐衰减，趋向缓解。巷道旳围岩变
形量主要取决于巷道埋藏深度和围岩性质。
(3)(2) 掘进影响稳定阶段
(4) 掘巷引起旳围岩应力重新分布趋于稳定，
关系旳不同，巷道位置能够分为下列几类： （1） 与回采空间在同一层面旳巷道称为本 煤层巷道，分析本煤层巷道位置时，仅考虑回 采空间周围煤体上支承压力旳分布规律，可作 为平面问题处理。
（2） 与回采空间不在同一层面，其下方旳 巷道称为底板巷道，分析底板巷道位置时，应 该考虑回采空间周围底板岩层中应力分布规律， 按空间问题处理当然，位于回采空间所在层面 上方旳巷道称为顶板巷道 。 （3） 厚煤层中、下分层以及相邻煤层中旳 煤层巷道，有可能同步受到本分层和上分层以 及相邻煤层采面旳采动影响。分析此类巷道位 置时，根据巷道与回采空间位置和采掘时间关 系，综合考虑回采空间周围煤体上支承压力和 顶、底板岩层中应力旳叠加影响。
图7-5 a表达上部煤层单侧采动引起底板岩层 内应力分布，图7-5 b表达上部煤层两侧采动遗留 保护煤柱引起底板岩层内应力分布。
如图所示，除了在煤柱下方底板岩层一定范 围内形成应力增高区外，位于煤柱附近旳采空区 下方底板岩层一定范围内形成应力降低区。
矿山压力与岩层控制1
《矿山压力与岩层控制》课程教学大纲课程中文名称：矿山压力与岩层控制课程英文名称：Mine Pressure and Strata control课程类别：专业基础课课程归属单位：河南理工大学万方科技学院制定时间：2013年3月18日一、课程的性质、任1. 课程设置的性质、任务《矿山压力及岩层控制》是研究煤矿开采过程中矿山压力分布及其显现规律，探讨矿山压力控制措施和控制方法的一门工程技术学科，是采矿工程专业学生的主要专业课，也是其它井下工程类专业的专业基础课程。
通过对本门课程的学习，要求对煤矿中采场和采区巷道周围煤(岩)体内矿山压力分布及其显现有比较完整的认识和了解，基本掌握控制采场和井下巷道矿山压力的方法和措施。
结合实验课和实践性教学，使学生得到有关研究和解决煤矿生产现场矿山压力问题基本技能的训练。
2. 通过教学达到下列基本要求通过本课程的教学，一方面使学生掌握有关矿山压力及其控制的基本概念、巷道围岩变形、应力、破坏的分布规律、采场周围的应力分布状态、采场顶底板的变形破坏规律、工作面来压规律及确定方法、巷道与采场的围岩控制理论与控制方法、煤矿动压现象、矿山压力测试技术；另一方面使学生达到能够根据具体条件，进行采场和巷道围岩控制设计、解决有关矿山压力控制方面问题的能力。
3. 专业和学时数采矿工程专业、矿井通风与安全专业、岩土工程专业，共56学时4. 与其它课程的关系⑴ 《煤矿地质学》、《矿山岩体力学》、《煤矿通风与安全》、《采掘机械》在本课程之前教授；⑵ 本课程应在《开采方法》、《井巷工程》之前或同时讲授；5. 教材与参考资料(1)《矿山压力与岩层控制》蒋金泉王国际等编(2)《矿山压力及岩层控制》钱鸣高、石平五等编(3)《矿山压力及岩层控制》姜福兴等编(4)《矿压测控技术》阎海鹏张公开编6、教学方法本课程以课堂讲授为主，部分内容配合实验课程和实践性教学环节进行，并辅以课外作业，课堂答疑等形式进行。
《矿山压力与岩层控制》1ppt
《矿山压力与岩层控制》
Mining Pressure and Starta Control
采矿工程 D09级 （32学时）
安理大能源学院 钱彪
绪论
1 课程性质与内容
课程性质：本课程是采矿工程专业的主要专业 课，是力学在采矿工程中的应用科学，也是理 解采矿设计原理和形成采矿新方法、新技术的 理论基础、本课程既具有理论性，又具有较强 的实践性，是培养学生创新思维和实践能力的 重要课程。 矿山压力与岩层控制是采矿科学的灵魂。 本课程32 学时，属于考试课程。 成绩核定：平时30%（出勤、作业、实验）， 考试70%
2 矿山压力与岩层控制的基本概念
上述三个基本概念既反映矿山压力与岩 层控制课程的体系，也涵盖了矿山压力 与岩层控制课程的主要内容。
3.矿山压力及岩层控制的作用
3.1保证安全生产 3.2生态环境保护 3.3减少资源损失 3.4改善开采技术 3.5提高经济效益 煤矿开采设计、生产管理、科学研究的基础
6 矿山压力与岩层控制的发展方向
（1）采场矿压理论与控制技术体系 岩层控制的关键层理论、放顶煤高产高效开采技术、浅埋 煤层顶板控制、大倾角煤层围岩控制、保水开采隔水层稳 定性等； ( 2 ）巷道矿压理论与控制技术 动压巷道矿压理论、煤巷锚杆支护技术、软岩巷道支护； ( 3 ）开采新理念新技术 绿色开采技术，包括煤炭地下气化、保水开采技术、 “三下”特殊开采、煤与煤层气（瓦斯）共采技术； ( 4 ）矿井深部开采和高地应力术：〔 低压 区，煤巷，无煤柱） ( 2 )巷道支架与围岩关系，先进支护技术：相 互适应，共同承载 ( 3 )软岩巷道围岩控制理论与实践；定义分类， 支护理论与技术 ( 4 )巷道围岩控制设计与围岩动态监测
5 矿山压力与岩层控制的研究方法
Mining Pressure and Starta Control
采矿工程 D09级 （32学时）
安理大能源学院 钱彪
绪论
1 课程性质与内容
课程性质：本课程是采矿工程专业的主要专业 课，是力学在采矿工程中的应用科学，也是理 解采矿设计原理和形成采矿新方法、新技术的 理论基础、本课程既具有理论性，又具有较强 的实践性，是培养学生创新思维和实践能力的 重要课程。 矿山压力与岩层控制是采矿科学的灵魂。 本课程32 学时，属于考试课程。 成绩核定：平时30%（出勤、作业、实验）， 考试70%
2 矿山压力与岩层控制的基本概念
上述三个基本概念既反映矿山压力与岩 层控制课程的体系，也涵盖了矿山压力 与岩层控制课程的主要内容。
3.矿山压力及岩层控制的作用
3.1保证安全生产 3.2生态环境保护 3.3减少资源损失 3.4改善开采技术 3.5提高经济效益 煤矿开采设计、生产管理、科学研究的基础
6 矿山压力与岩层控制的发展方向
（1）采场矿压理论与控制技术体系 岩层控制的关键层理论、放顶煤高产高效开采技术、浅埋 煤层顶板控制、大倾角煤层围岩控制、保水开采隔水层稳 定性等； ( 2 ）巷道矿压理论与控制技术 动压巷道矿压理论、煤巷锚杆支护技术、软岩巷道支护； ( 3 ）开采新理念新技术 绿色开采技术，包括煤炭地下气化、保水开采技术、 “三下”特殊开采、煤与煤层气（瓦斯）共采技术； ( 4 ）矿井深部开采和高地应力术：〔 低压 区，煤巷，无煤柱） ( 2 )巷道支架与围岩关系，先进支护技术：相 互适应，共同承载 ( 3 )软岩巷道围岩控制理论与实践；定义分类， 支护理论与技术 ( 4 )巷道围岩控制设计与围岩动态监测
5 矿山压力与岩层控制的研究方法
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
矿山压力与岩层控制(第6章 采场岩层移动与控制关键层)
煤矿绿色开采的内涵
• 煤矿绿色开采及绿色开采技术,在基本概念 上是从广义资源的角度上来认识和对待煤、 瓦斯、水、土地等一切可以利用的各种资 源。
基本出发点：从开采的角度防止或尽可能减 轻开采煤炭对环境和其他资源的不良影响； 目标：取得最佳的经济效益、环境效益和社 会效益。
煤矿绿色开采的特点之一
• 从广义资源的角度论，在矿区范围内的煤 炭、地下水、煤层内所涵的瓦斯、土地、 煤矸石以及在煤层附近的其他矿床都应该 是经营这个矿区的开发对象，都应该被加 以利用。
从而形成采场覆岩移动的“横三区”与“竖三 带”。
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
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。
图6－10 观测点在沿煤层倾斜剖面上的移动
1.采动覆岩移动破坏的分带
大量的观测表明,采用全部垮落法管理采空 区情况下，根据采空区覆岩破坏程度,可以分为 “三带”，即: 冒落带 “两带”或“导水裂隙 裂隙带 带” 弯曲下沉带（整体移动带）
2.覆岩内部岩体移动特征
图6－8
上覆岩层移动实测曲线
根据岩层移动特点，将上覆岩层沿工作面推进方向划 分三个区：即 A－煤壁支撑影响区；B－离层区；C－ 重新压实区。
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，钱鸣高院士提出了岩层控制的关 键层理论。 • 关键层理论提出目的：研究开采层状矿体 中厚硬岩层对岩层中节理裂隙的分布、对 瓦斯抽放、对突水防治以及对开采沉陷控 制等的影响。因此它是绿色采矿的基础理 论之一。
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
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软巷硐变形破坏严重，矿压理论和采场支护设备独特。
6
思考题
1、请指出下列词组中不属于矿山压力有（
）
A、支承压力 B、支架载荷 C、围岩压力
E、周期来压 F、顶板压力 G、顶板下沉
D、变形地压 H、松动地压
2、矿山压力就是（ ） A．指现场观测的支架阻力。 B．指由于人为工程活动影响岩体内及作用于支护物上的各种应力。 C．指人为工程活动影响后岩体内及作用于支护物上的压力。 D．指支护物对围岩的抗力。
3、下列词组中不属于矿山压力显现的有（ ） A、支架初撑力 B、煤壁片邦 C、顶板下沉 D、支架载荷
4、举例说明煤矿常用岩层控制方法。
7
第二章 矿山岩体内应力的重新分布
§2-1 原岩应力
第二讲
一、 原岩应力构成
原岩应力：指天然存在于岩体内而与任何人为因素无关的应力。即在 矿山尚未进行采掘工程以前，岩体内存在着应力。
3、冲击地压：第七章煤矿动压现象及其控制。 4、矿压研究方法：第十三章矿山岩层控制研究方法（包括矿山现 场研究、实验室研究和数学力学分析）。
3
四、采矿工程矿压特点
1）岩体是特殊的工程结构。与地面岩石工程不同地下采矿涉及的岩石 工程的围岩是一种特殊的结构体。它承受外部载荷，有时又把部分 荷载转嫁到巷硐内部的支撑物上。
1、巷道地压：包括第二章矿山岩体的原岩应力及其重新分布、第 七章巷道矿压显现规律和第八章巷道维护原理和支护技术。
2、采场矿压：包括第三章采场顶板活动规律、第四章采场矿山压 力显现规律、第五章采场顶板支护方法、第六章采场岩层移动及其控制、 第九章厚煤层综放开采岩层控制、第十章浅埋煤层开采岩层控制和第十 二章非煤矿山岩层控制与边坡稳定等。
8
二、 原岩应力的分布规律
1、地壳是一个相对稳定的非稳定应力场
2、铅直应力基本等于上覆岩层的重量 3、岩体中的水平天然应力复杂多变
① 以水平挤压力为主，很少见到拉应力。 ② 大部分岩体中水平应力大于铅直应力。 ③ 在单薄的山体、谷坡附近以及未受构造变动的
平应力通常不相等，各向异性明
• 矿山压力显现：指在矿山压力作用下引起的一系列力学现象。简称“矿压
显现”或“地压现象”等。例如巷道围岩变形和破裂，顶板下沉、冒落，煤 岩帮片落，底板鼓胀，支架载荷、变形与损坏，顶板来压等等。
• 矿山压力控制：指人为地减轻、调节、改变和利用矿山压力作用的各种方
法。简称“矿压控制”、“岩层控制”或“地压控制”。例如：在巷道位置 上避开高应力区，处于高应力区巷道选择合理支护或钻孔（或切槽）卸压， 掘前预采等。
• 矿山压力与岩层控制是研究矿山岩体力学现象的机理、控制理论，以及控制 所采用的人工构筑物的学科，属于岩石力学的分支，是矿山采掘工程的基础 学科。
2
二、 矿山压力教学内容
矿山压力及其岩层控制，主要讨论矿山压力的形成及其分布特征， 矿山压力的显现规律，及其对矿山压力的控制措施。按研究的地点和显 现特征，包括采场矿压、巷道地压、冲击地压和矿压研究方法等内容。
在原岩应力场弹性变形能包括体变弹性能、形变弹性能两种，由前 苏联阿维尔申计算为
体变弹性能 形变弹性能
Uv (1 6E 2(1)1()2)22H2
Uf (1 3E ()11(2)2)22H2
常由于塑性变形被吸 收或转化，而消失。
弹性变形能与开采深度的平方成正比。
11
§2-3 “孔”周围的应力分布
主要构成
自重应力：指由地质构造作用产生的应力和地壳中存 在的一种促进地质构造运动发生和发展的内在应力。
构造应力：指地壳上部各种岩体由于受到地心引力的 作用而产生的应力。
另外还包括岩体内水或气体压力，岩石遇水后因物理化学变化引起 的膨胀应力，温度引起的热应力和地形起伏导致的应力波动与变化等。 同时受岩体力学性质（强度、弹性模量、泊松比、流变性），岩体内断 裂和褶皱情况（性质、产状、密度等）分布，以及地层剥蚀等因素的影 响。
绪论
• 矿山压力有关概念（要点内容） • 矿山压力教学内容 • 学习矿压的意义（要点内容） • 采矿工程矿压特点
1
绪论
一、 矿山压力有关概念
• 矿山压力：由于矿山开采活动的影响，在周围岩体中形成的，及作用于支护
物上的力，简称“矿压”。在相关学科把其称为地层压力（简称“地压”）、 岩石压力（简称“岩压”）、二次应力、工程扰动力等。包括原岩对围岩作 用力，围岩体内之间作用力（如支承压力）和围岩对支护物作用力（狭义矿 压，如巷道围岩压力、采场顶板压力） 。
2）场所移动，受埋藏条件影响大。由于采矿地点多变的特点，对于矿 压研究、设计和生产管理增加了难度。
3）开采深度大，波及范围广，产生的应力大，控制难度大 。 4）存在矿山动力现象。如岩爆、矿震、煤岩瓦斯突出、顶板大面积来
压。 5）坑洞服务年限变化大，控制方法复杂。 6）矿体赋存状况和开采方法不同，导致不同的矿压特点。如煤矿围岩
● ●●● ▲○●○
●○○●●▼ ●●○○▼▼●●
σv=0.
距 离
● ●
●●● ●●●▼● ●●
027 Z
■ ■
地
■
■
表
▼
▼
▼ ■□
深
▼
度
■
■
■
■
λ
▼
1000.30 H
15000.50 H
λ
λ
9
三、 原岩应力的估算
在原岩应力中，构造应力分布和大小变化很大，多存在于地壳上升 地区，只有实测才可确定；而自重应力可由计算确定。
显，方向、大小在不同地点而有所变化。 ⑤ 一般来说，水平应力不水平。
4 、天然应力的比值系数的变化有一定规律
① 靠近地表λ较大，随深度增加而减小； ② 随着深度增大，λ值的分散度减小。
Z
铅直应力 σv
0
●○●■▼○▼○■●○▲●▼■○●▼○○●●●■○□●▲■■●●●●●●■■▲●▲●●▲●▲●▲▲▲ ▲
一、铅直应力的估算
z H
n
z ihi i1
二、水平应力估算
1、静水应力学说（海姆假说）
xyzH
2、线弹性学说（金尼克假说）
x y 1z
H σz σx
σy
σy
σx σz
原岩体内应力状态
10
§2-2 岩体中的弹性变形能
地下赋存的煤或岩体在应力作用下，必产生其体积和形状的变化。 当煤岩体尚处于弹性状态，且变形不能解除时，外力（压力）做的功将 以能量的形式贮存于岩体内，即岩体内贮存有弹性变形能。
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思考题
1、请指出下列词组中不属于矿山压力有（
）
A、支承压力 B、支架载荷 C、围岩压力
E、周期来压 F、顶板压力 G、顶板下沉
D、变形地压 H、松动地压
2、矿山压力就是（ ） A．指现场观测的支架阻力。 B．指由于人为工程活动影响岩体内及作用于支护物上的各种应力。 C．指人为工程活动影响后岩体内及作用于支护物上的压力。 D．指支护物对围岩的抗力。
3、下列词组中不属于矿山压力显现的有（ ） A、支架初撑力 B、煤壁片邦 C、顶板下沉 D、支架载荷
4、举例说明煤矿常用岩层控制方法。
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第二章 矿山岩体内应力的重新分布
§2-1 原岩应力
第二讲
一、 原岩应力构成
原岩应力：指天然存在于岩体内而与任何人为因素无关的应力。即在 矿山尚未进行采掘工程以前，岩体内存在着应力。
3、冲击地压：第七章煤矿动压现象及其控制。 4、矿压研究方法：第十三章矿山岩层控制研究方法（包括矿山现 场研究、实验室研究和数学力学分析）。
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四、采矿工程矿压特点
1）岩体是特殊的工程结构。与地面岩石工程不同地下采矿涉及的岩石 工程的围岩是一种特殊的结构体。它承受外部载荷，有时又把部分 荷载转嫁到巷硐内部的支撑物上。
1、巷道地压：包括第二章矿山岩体的原岩应力及其重新分布、第 七章巷道矿压显现规律和第八章巷道维护原理和支护技术。
2、采场矿压：包括第三章采场顶板活动规律、第四章采场矿山压 力显现规律、第五章采场顶板支护方法、第六章采场岩层移动及其控制、 第九章厚煤层综放开采岩层控制、第十章浅埋煤层开采岩层控制和第十 二章非煤矿山岩层控制与边坡稳定等。
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二、 原岩应力的分布规律
1、地壳是一个相对稳定的非稳定应力场
2、铅直应力基本等于上覆岩层的重量 3、岩体中的水平天然应力复杂多变
① 以水平挤压力为主，很少见到拉应力。 ② 大部分岩体中水平应力大于铅直应力。 ③ 在单薄的山体、谷坡附近以及未受构造变动的
平应力通常不相等，各向异性明
• 矿山压力显现：指在矿山压力作用下引起的一系列力学现象。简称“矿压
显现”或“地压现象”等。例如巷道围岩变形和破裂，顶板下沉、冒落，煤 岩帮片落，底板鼓胀，支架载荷、变形与损坏，顶板来压等等。
• 矿山压力控制：指人为地减轻、调节、改变和利用矿山压力作用的各种方
法。简称“矿压控制”、“岩层控制”或“地压控制”。例如：在巷道位置 上避开高应力区，处于高应力区巷道选择合理支护或钻孔（或切槽）卸压， 掘前预采等。
• 矿山压力与岩层控制是研究矿山岩体力学现象的机理、控制理论，以及控制 所采用的人工构筑物的学科，属于岩石力学的分支，是矿山采掘工程的基础 学科。
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二、 矿山压力教学内容
矿山压力及其岩层控制，主要讨论矿山压力的形成及其分布特征， 矿山压力的显现规律，及其对矿山压力的控制措施。按研究的地点和显 现特征，包括采场矿压、巷道地压、冲击地压和矿压研究方法等内容。
在原岩应力场弹性变形能包括体变弹性能、形变弹性能两种，由前 苏联阿维尔申计算为
体变弹性能 形变弹性能
Uv (1 6E 2(1)1()2)22H2
Uf (1 3E ()11(2)2)22H2
常由于塑性变形被吸 收或转化，而消失。
弹性变形能与开采深度的平方成正比。
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§2-3 “孔”周围的应力分布
主要构成
自重应力：指由地质构造作用产生的应力和地壳中存 在的一种促进地质构造运动发生和发展的内在应力。
构造应力：指地壳上部各种岩体由于受到地心引力的 作用而产生的应力。
另外还包括岩体内水或气体压力，岩石遇水后因物理化学变化引起 的膨胀应力，温度引起的热应力和地形起伏导致的应力波动与变化等。 同时受岩体力学性质（强度、弹性模量、泊松比、流变性），岩体内断 裂和褶皱情况（性质、产状、密度等）分布，以及地层剥蚀等因素的影 响。
绪论
• 矿山压力有关概念（要点内容） • 矿山压力教学内容 • 学习矿压的意义（要点内容） • 采矿工程矿压特点
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绪论
一、 矿山压力有关概念
• 矿山压力：由于矿山开采活动的影响，在周围岩体中形成的，及作用于支护
物上的力，简称“矿压”。在相关学科把其称为地层压力（简称“地压”）、 岩石压力（简称“岩压”）、二次应力、工程扰动力等。包括原岩对围岩作 用力，围岩体内之间作用力（如支承压力）和围岩对支护物作用力（狭义矿 压，如巷道围岩压力、采场顶板压力） 。
2）场所移动，受埋藏条件影响大。由于采矿地点多变的特点，对于矿 压研究、设计和生产管理增加了难度。
3）开采深度大，波及范围广，产生的应力大，控制难度大 。 4）存在矿山动力现象。如岩爆、矿震、煤岩瓦斯突出、顶板大面积来
压。 5）坑洞服务年限变化大，控制方法复杂。 6）矿体赋存状况和开采方法不同，导致不同的矿压特点。如煤矿围岩
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σv=0.
距 离
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1000.30 H
15000.50 H
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三、 原岩应力的估算
在原岩应力中，构造应力分布和大小变化很大，多存在于地壳上升 地区，只有实测才可确定；而自重应力可由计算确定。
显，方向、大小在不同地点而有所变化。 ⑤ 一般来说，水平应力不水平。
4 、天然应力的比值系数的变化有一定规律
① 靠近地表λ较大，随深度增加而减小； ② 随着深度增大，λ值的分散度减小。
Z
铅直应力 σv
0
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一、铅直应力的估算
z H
n
z ihi i1
二、水平应力估算
1、静水应力学说（海姆假说）
xyzH
2、线弹性学说（金尼克假说）
x y 1z
H σz σx
σy
σy
σx σz
原岩体内应力状态
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§2-2 岩体中的弹性变形能
地下赋存的煤或岩体在应力作用下，必产生其体积和形状的变化。 当煤岩体尚处于弹性状态，且变形不能解除时，外力（压力）做的功将 以能量的形式贮存于岩体内，即岩体内贮存有弹性变形能。