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。
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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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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。
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
矿山压力及其控制.pptx
第二节 工作面矿山压力的显现规律
顶板岩层越坚硬，顶板压力分布越均匀，支承压力 的集中程度就比较小。例如，砂岩顶板，支承压力 的影响范围可达到工作面前方100m左右；泥质页岩 顶板，支承压力的影响范围不到30m～40m。若顶 板的裂隙发育，则支承压力比较集中，影响范围也 较小。
底板岩层坚硬，支承压力影响范围大，但集中程度 小。
由于顶板预先下沉，可能产生裂隙，因而增加了工作面和工作面前方区 段平巷的压力。为了防止区段平巷的支架压坏，事先必须采取措施， 如增设抬棚、斜撑支架等。
工作面的煤壁，在支承压力作用下，产生变形破坏，导致煤壁破碎片帮 成斜面；破碎范围与煤质硬度和支承压力大小有关，一般为1m～3m； 工作面前方煤壁内支承压力的峰值，向煤壁内转移，增压区（支承 压力区）斜向煤壁里面；减压区扩大；稳压区向煤壁里面转移。
在采煤工作面上下两端的区段煤柱内，也由于采煤和掘进区 段平巷而形成支承压力，它的分布特征和工作面前方的支承 压力基本相同。当采煤工作面推进较长距离后，区段煤柱内 的支承压力，可随顶板垮落而逐渐消失。
第二节 工作面矿山压力的显现规律
（二）影响支承压力大小、分布的因素
支承压力的大小及其分布与顶板悬露的面积和时间、开采深度、采空区 充填程度、顶底板岩性、煤质软硬有关。
根据我国岩层的实际情况，一般把直接顶分为三类：
一类直接顶（不稳定）——回采时不及时支护，很易造成 局部冒顶，如页岩、煤皮、再生顶板等；
二类直接顶（中等稳定）——顶板虽有裂隙，但仍比较完 整，如砂质页岩；
三类直接顶（稳定）——顶板允许悬露较大面积而不垮落， 直接顶完整，如砂岩或坚硬的砂质页岩。
第一节 煤层围岩分类
基本顶（老顶）分类尚无统一规定，现根据基本顶 对工作面的压力（初次和周期来压）及初次来压的 步距，把老顶分为四类介绍如下：
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1ppt.ppt
4 矿山压力与岩层控制的属性与特色
l ）采矿工程岩体结构的本质 地下工程围岩既是施载体，又是承载体。 采场上覆岩层结构，既影响下部采场，又影响地表塌陷.
2) 采矿工程活动的移动特性 采掘工作面不断推移，工作空间的动态变换
3 ）采矿工程中围岩的大变形和支护体的可缩特征 采场垮落，软岩巷道，三软煤层
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
( 4 ）矿井深部开采和高地应力引起的冲击矿压的预测和 预报
参考文献：
姜福兴等．《 矿山压力与岩层控制》.中国矿业大学出 版社
耿献文等.《矿山压力测控技术》.中国矿业大学出版社 美国西弗吉尼亚大学 S . S . peng 主编《Caol Mining
Ground Contorl》 澳大利亚B.H.G.Brady ，英国E.T ．Brown.主编《Rock
4 ）采矿工程中的能量原理和动力现象 冲击矿压，顶板大面积来压，煤与瓦斯突出，动力现象
4 矿山压力与岩层控制的属性与特色
4 采场围岩控制理论与实践的发展
(1）采场上覆岩层“砌体梁“结构力学模型 ( 2 ) “关键层理论” (3)“砌体梁”平衡的关键块研究及”R-S”稳定理论 (4)采场支架-围岩关系研究及整体力学模型建立 (5)采场矿山压力与支护质量监测
5.1 理论研究 数学力学模型，解析分析方法
透过现象抓本质 机理研究、上升到理论、指导实践 。 理想化、简化、有误差 5.2试验方法 （1）数值计算方法 （2）物理试验方法 成本低，灵活，对比分析，有误差，需验证。 5.3现场监测 真实，但信息有限，时间、人力、物力耗费大。
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。
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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。
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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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图2.2 矿山压力显现的基本形式
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围 岩 运 动
两
顶
帮
板
运
运
动
动
2020/8/25
支 架 受 力
底
载
支
支
板
荷
架
架
运
增
变
压
动
减
形
折
山东科技大学-资源与环境工程学院-资源(采矿)工程系—山东青岛 10
矿山压力与岩层控制
(a)冒顶(a、) (片a) 帮
(bb))两(b)帮鼓出
(c) (c)
(b)
2020/8/25
(c)顶底(c)板移近 (d)顶板(d下) 沉与支架承载
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。
2020/8/25
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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。
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倾角变化带、煤厚变化带、断层、褶曲
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（3）膨胀应力
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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。
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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
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（1）重力
矿山压力与岩层控制
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：
2020/8/25
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矿山压力与岩层控制
（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
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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。
矿山压力与岩层控制
矿山压力与岩层控制
2020/8/25
E-mail：tsgst@ Tel: 0532-86057752
2011年4月
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矿山压力与岩层控制
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
矿山压力与岩层控制
（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。
σ1 σ1
σ1 σ
σ1 σ3
σ3
1
（a） 2020/8/25
（b） 图 巷道围岩稳定与破坏
（c）
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矿山压力与岩层控制
（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：
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 。
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矿山压力与岩层控制
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。
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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。Βιβλιοθήκη 矿山压力与岩层控制T
B
A
B
D
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）
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➢ 矿山压力的来源
矿山压力与岩层控制
1.岩层重力 2.构造运动作用力 3.岩体膨胀作用力
二、采场矿压观测方法及数据分析
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一、采场矿压基本理论
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
矿山压力与岩层控制
T
B
A
B
D
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
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。
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1.2 矿山压力显现
矿山压力与岩层控制
矿山压力显现
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矿山压力与岩层控制
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 支架受力的相对性
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围 岩 运 动
两
顶
帮
板
运
运
动
动
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支 架 受 力
底
载
支
支
板
荷
架
架
运
增
变
压
动
减
形
折
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矿山压力与岩层控制
(a)冒顶(a、) (片a) 帮
(bb))两(b)帮鼓出
(c) (c)
(b)
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(c)顶底(c)板移近 (d)顶板(d下) 沉与支架承载
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。
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矿山压力与岩层控制
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）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
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（3）膨胀应力
矿山压力与岩层控制
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。
采动前的原岩应力
矿山压力
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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
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（1）重力
矿山压力与岩层控制
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：
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矿山压力与岩层控制
（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。
矿山压力与岩层控制
矿山压力与岩层控制
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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
矿山压力与岩层控制
（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。
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（b） 图 巷道围岩稳定与破坏
（c）
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（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：
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 。
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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。
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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。Βιβλιοθήκη 矿山压力与岩层控制T
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A
B
D
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）
2020/8/25
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➢ 矿山压力的来源
矿山压力与岩层控制
1.岩层重力 2.构造运动作用力 3.岩体膨胀作用力
二、采场矿压观测方法及数据分析
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一、采场矿压基本理论
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
矿山压力与岩层控制
T
B
A
B
D
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
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。
2020/8/25
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1.2 矿山压力显现
矿山压力与岩层控制
矿山压力显现