矿山压力与岩层控制课件

（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
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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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（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。
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（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。
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
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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
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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。
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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
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1.岩层重力 2.构造运动作用力 3.岩体膨胀作用力
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
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矿山压力显现
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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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。
σ1 σ1
σ1 σ
σ1 σ3
σ3
1
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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 。
采动前的原岩应力
矿山压力
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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
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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
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
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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。
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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(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
图2.2 矿山压力显现的基本形式
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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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