矿压总结

矿山压力与岩层总结

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。（1）

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，统称为矿山压力显现。（1）

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。（1）

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，也称为岩体初始应力、绝对应力或地应力。（40）

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向应力称为支承压力。（58）

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。（65）

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。（65）

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。（70）

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。（98）

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。（99）

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。（101）

初撑力:支架支设时，将活柱升起，托住顶梁，利用升柱工具和锁紧装置使支柱对顶板产生一个主动力，这个最初形成的主动力称为支柱的初撑力。(124)

工作阻力：支柱受顶板压力作用而反映出来的力成为支柱的阻力，又称为工作阻力(124)

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。（174）

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，引起应力的重新分布，从而引起岩层的变形、破坏与移动，并有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。(177)

充分开采与非充分开采：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。如果采空区尺寸小于临界开采尺寸，称为非充分采动。(177)

岩层移动角：地表下沉边界（常以10mm点划定）和采空区边界的连线与水平线在煤柱一侧的夹角称为岩层移动角。(179)

岩层变形：(178)

沿空留巷：如果通过加强支护或采用其他有效方法，将相邻区段巷道保留下来，供本区段工作面回采时使用的巷道，称为沿空保留(煤体—无煤柱)巷道。（203）沿空掘巷：巷道一侧为煤体，另一侧为采空区，如果采空区一侧采动影响已经稳

定后，沿采空区边缘掘进的巷道称为沿空掘进(煤体—无煤柱)巷道（203）

锚固力：锚杆对围岩的约束力。（242）

软岩：分为地质软岩和工程软岩。（256）

地质软岩：指强度低，孔隙度大，胶结程度差，受结构面切割及风化影响显著或含有大量膨胀性粘土矿物的松、散、软、弱岩层的总称。

工程软岩：指在巷道工程力作用下，能产生显著变形的工程岩体。

煤矿动压现象：煤矿开采过程中，在高应力状态下积聚有大量弹性能的煤或岩体，在一定的条件下突然发生破坏、冒落或抛出，使能量突然释放，呈现声响、震动以及气浪等明显的动力效应。这些现象统称为煤矿动压现象。（294）

冲击矿压：冲击矿压是压力超过煤岩体强度极限，聚积在采掘工程周围煤岩体之中的能量突然释放，而发生的爆炸性事故。

冲击能量指数：在单轴压缩状态下，煤样全“应力-应变”曲线峰值C前所积聚的变形能Es与峰值后所消耗的变形能Ex之比值。(298)

弹性能量指数：煤样在单轴压缩条件下破坏前所积蓄的变形能与产生塑性变形消耗的能量的比值。(298)

动态破坏时间：煤样在常规单轴压缩试验条件下，从极限载荷到完全破坏所经历的时间Dt.(298)

顶板大面积来压：顶板大面积来压是矿山开采形成的大面积悬空顶板突然冒落而造成的一种剧烈动力现象。

浅埋煤层：浅埋煤层指具有浅埋深、基岩薄、上覆厚松散层赋存特征的煤层。放顶煤开采：放顶煤开采的实质是实现工作面煤炭和顶部煤炭同时采出，顶部煤炭的开采是依靠矿山压力作用，使其自行破坏和冒落，且自行流动和放出。（268）

1、简述原岩应力场的概念及主要组成部分（40）

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。由地心引力引起的应力场称为自重应力场，由于地质构造运动而引起的应力场称为构造应力场，自重应力场和构造应力场是原岩应力场的主要组成部分。

2、原岩应力分布的基本特点（43）

①地应力是一个具有相对稳定性的非稳定应力场，它是时间和空间的函数。

②垂直应力基本等于上覆岩层重量。

③水平应力普遍大于垂直应力。

④平均水平应力与垂直应力的比值随深度增加而减小，但在不同地区，变化的速度很不相同。

⏹最大水平主应力和最小水平主应力也随深度呈线性增长关系。

☐最大水平主应力和最小水平主应力一般比值相差较大，显示出很强的方向性。

☐地应力的上述分布规律还会受到地形、地表剥蚀、风化、岩体结构持征、岩体力学性质、温度、地下水等因素的影响，特别是地形和断层的扰动影响最大。

3、支撑压力与矿山压力的区别

4、煤柱下方底板岩层中应力分布特点及其实际意义？（62）

煤层底板下方有高应力区和低应力区巷道应布置在低应力区。距煤柱水平距离越远，应力越小，距煤柱越近应力越大。在实际工程中很少遇到集中载荷作用的情况，但是通过这个解，可以知道应力在岩体

内的传递规则，并且可以用积分的方法解决其他形式载荷条件下应力分布问题。有以下规律：

⑴一侧采空煤体及两侧采空、宽度较大的煤柱，作用于煤层上的支承压力的影响深度约 1.5B —2B ；两侧采空、宽度较小的煤柱，作用于煤柱上的支承压力的影响深度约为3B —4B 。

⑵两侧采空、宽度较小的煤柱，底板岩层内同一水平面上σz 以煤柱中心线处最大。一侧采空煤体，底板岩层内同一水平面σz 最大值在煤体下方，距采空区边缘数米处。两侧已采、宽度较大的煤柱下，底板岩层内同一水平面上σz 以煤柱中心线处较小，靠近煤柱边缘出现峰值。

⑶无论在何种形式煤层载荷作用下，底板岩层内应力分布都扩展状态，数值等于自重应力值的等值线与煤柱边缘垂线的夹角，该角为影响角ψ，ψ一般为30度—40度。

5、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？（72）

影响碎胀系数K P 的重要因素是岩石破碎后块度的大小及其排列状态。例如，坚硬岩层成大块破断且排列整齐，因而碎胀系数较小；若岩石破碎后块度较小且排列较乱，则碎胀系数较大，岩石破碎后，在其自重及外加载荷的作用下渐趋压实，碎胀系数变小，压实后的高度将取决于岩七的残余碎胀系数K P ，

。 若直接顶岩层的培落厚度为∑h ，则垮落后堆积的高度为K p ·∑h 它与老顶之间可能留下的空隙△为：

△＝∑h ＋M －K p －∑h=M-K p ·∑h （K p -1）

当M ＝∑h （K p -1）时，△=0，即冒落的直接顶将充满采空区。此时下沉量较小，常可忽略不计。因此，形成充满采空区所需直接顶的厚度为： 随着老顶初次断裂，老顶破断岩块的变形迫使直接顶变形而向支架方向加载荷，此时直接顶就不再可能形成初次放顶时可能发生的离层状态。但是老顶破断岩块形成的变形失稳与滑落失稳将对直接顶的稳定

性产生影响。 岩石的碎胀性是指岩石破辞后散乱后堆积的体积比破碎前整体状态下增大的特性，一般用碎胀系数K P 表示。对于岩层控制来说，碎胀性有重要作用，当煤层采出形成采空区后，项板处于悬露状态，就会发生破坏堵蒂，并给工作面顶报管理造成影响以至危害。由于顶板岩石有碎胀性，垮落后体积增大，能充填部分因煤层采出后形成的采空区，其上覆岩层的活动对工作面就没有明显的动压影响了。因此，碎胀性对工作预顶板管理有重要意义．

6、分析采场上覆岩层结构失稳条件

上覆岩层的岩体结构主要由坚硬岩层组成，软岩层只作为载荷，坚硬岩层断裂成岩按后排列鳖齐并互相咬合，这样，就可以建立一个势定的力学模型。根据力学计算，岩体结构的平衡条件为：

1）岩块间应有足够的水平推力，且不可过大。

2）岩块的下沉量S l 要小，厚度h 较大，且S l 要远小于h o 。

3）岩按闷的断裂角θ要小于岩块间的摩擦角ψ

4）岩块间的剪切力Q 要小于岩块问的摩擦力，即岩体结构上作用的载荷不易过大。

7、分析加快工作面推进速度与改善顶板状况的关系（113）

从实测的“s 一t ”曲线中可以看出，加快工作面的推进速度实质上意味着减少了工作面的控顶时间，也减少了时间因素对顶板下沉的影响，无疑可以减少顶板的下沉量，改善顶板维护状况。但是加快工作面的推进速度却在一定的时间间隔内增加了工序的影响次数，即缩短了相邻两个工序的时间间隔，同时也必然使顶板的下沉量加剧。当工作面推进速度加快到一定程度后，可能会出现前一工序影响的顶扳下沉还未稳定，后一个工序的影响却已来到。这样，会使工作面顶板始终处于剧烈活动的情况下。显然，这种信况对项板的渠护是非常不利的。

在工作面推进速度很慢的情况下，加快工作面的推进速度对于减小顶扳的下沉虽，改善顶板曲维护状况显然是有利的。但是，如果工作面的推进速度已提高到一定程度后，再提高工工作面的推进速度不但不1K M h -=

∑p