矿山压力与岩层控制

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） 。
煤 充填法采矿地压
矿 山
崩落法采矿地压
地 下
长壁采场矿压
采 房柱式采场矿压
煤
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三、学习矿压的意义
矿山压力及其岩层控制是岩石力学在矿山上的应用学科，有人称之 为矿山岩石力学。它既是采矿工程最主要专业课之一，也是矿井开采方 法课程的理论基础课。在采矿中作用如下：
1. 保证矿井安全正常生产。减少或杜绝顶板事故，必有的技术知 识。
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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。
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。
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。
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。
• 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。
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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井 按机理分类 巷 地 按地点分类 压
变形地压、松动地压、膨胀地压 竖井地压、平巷地压
露天采场矿压（边坡稳定）
矿
（地）
压
采 场
矿
压
地下采场矿压
冲击地压
非 空场法采矿地压
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。
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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
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
软巷硐变形破坏严重，矿压理论和采场支护设备独特。
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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
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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。
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
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●●● ●●●▼● ●●
027 Z
■ ■
地
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■
表
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▼
▼ ■□
深
▼
度
■
■
■
■
λ
▼
100 0.30 H
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
岩体中水平应力小于铅直应力。 ④ 岩体中两个水平应力通常不相等，各向异性明
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
●○●■▼○▼○■●○▲●▼■○●▼○○●●●■○□●▲■■●●●●●●■■▲●▲●●▲●▲●▲▲▲ ▲
● ●●● ▲○●○
●○○●●▼ ●●○○▼▼●●
σv=0.
距 离
2. 减少资源损失和贫化。例如，缩小或取消矿柱，采用合理采矿 方法，降低混矸，提高资源的回收率。
3. 改善开采技术。提高机械化水平，减轻工人劳动强度。 4. 保护生态环境。减ห้องสมุดไป่ตู้地表沉降，防止建筑物破坏，保护地下水
资源，有效抽放煤层气等。 5. 提高经济和社会效益。给方案设计、设备选型、生产技术管理
提供理论依据，从而降低采矿费用。同时，提高矿工的社会地位。