矿山压力与岩层控制
矿山压力与岩层控制
1实验表明岩石在不同状态下的强度值由大到小顺序：三向等压抗压强度，三向不等呀抗压强度，双向抗压强度，单向抗压强度，抗剪强度，单向抗拉强度2煤矿开采种用全部跨落发处理采空区，采空空间上方顶板岩层由下向上形成垮落带，裂隙带，弯曲下沉带3采场上覆岩层假说压力拱假说：此假说对采煤工作面前后支承压力及采煤空间处于减压范围作出粗略的但却是经典的解释，而对于此拱的特性，岩层变形，移动和破坏的发展过程以及支架与围岩的相互作用，没有做任何分析悬梁臂假说：此假说可以解释工作面近煤壁处顶板下沉量小，支架载荷也小，而距煤壁越远则两者均大的现象，同事还可以解释工作面前方出现的支承压力及工作面出现的周期来压铰接岩块假说：此假说对支架和围岩的相互作用做了比较详细的分析。
此假说正确的阐明了工作面上覆岩层的分带情况，并初步涉及岩层内部的力学关系及其可能形成的结构。
但此假说未能对铰接岩块间的平衡关系做进一步研讨预成裂隙假说：此假说认为，为了有效控制顶板，应保证支架具有足够的初撑力和工作阻力，并应及时支撑住顶板岩层，使各岩层之间保持挤紧状态4顶板事故基本类型：采煤工作面顶板事故从力源上看有压垮、漏冒、推垮三种基本类型。
回采工作面采煤后，不同物理性质的顶板岩层都要对回采工作面支架有垂直于层面方向的或大或小的顶板力，如果支架支不起这个顶板力，就会发生压垮型冒顶。
依据岩层的强度、分层厚度和岩层内裂隙情况宏观上可以把直接在煤层上面的顶板分为松软的、中等稳定的和坚硬的三类。
对中等稳定以下，尤其是松软的直接顶板，采煤后如果支架护不住碎顶，就会发生漏冒型冒顶。
此外，直接顶板岩层还可能施加给支架以沿层面方向的推力，支架的稳定性不好，受推力时稳不住，就会发生推垮型冒顶。
5液压支柱有哪几种？其特性？有支撑式，掩护式，支撑掩护式三种支撑式支架，其支撑力分布靠煤壁小，靠采空间大。
能适应中等稳定式或完整的直接顶板，尤其是能适应有老顶下沉来压的工作面掩护式支架，支撑力主要集中在煤壁附近，能适应松软破碎的直接顶板，但是靠采空区的支撑力较小，不能适应有老顶下沉来压的工作面支撑掩护式支架结构稳定有抵抗来自层面方向的推力。
矿山压力与岩层控制分章节课后题答案
矿山压力与岩层控制分章节课后题答案第一章课后题答案1.什么是矿山压力？矿山压力是地质层、地下水和矿山开采引起的应力和变形所产生的压力作用。
2.什么是岩层控制？岩层控制是指在矿山开采中，通过采用适当的措施来保持岩体稳定，避免岩层破坏和塌陷，确保安全生产的技术措施。
3.列举矿山压力的主要来源。
矿山压力的主要来源包括地层的深度和覆盖厚度、地质构造活动、地下水、矿石开采等。
4.什么是煤柱？煤柱是指煤矿中煤层开采留下的煤炭矿柱，用于支撑上方地层的岩石和负荷。
5.煤层开采中会产生哪些岩层控制问题？煤层开采中会产生煤柱破坏、顶板下沉、底板塌陷等岩层控制问题。
1.煤层开采的主要压力问题有哪些？主要压力问题包括煤柱的变形和破坏、岩层的下沉和移动、煤与瓦斯突出等。
2.列举常用的煤层顶板支护方式。
常用的煤层顶板支护方式有液压支架、短牵引支架、长牵引支架、综放工作面支护等。
3.什么是煤与瓦斯突出？煤与瓦斯突出是指在煤层开采过程中，由于地应力释放和煤层瓦斯压力差等因素，导致煤层中的瓦斯和煤与瓦斯一起迅速释放到煤矿工作面。
4.列举常用的煤与瓦斯突出预防措施。
常用的煤与瓦斯突出预防措施包括合理布置瓦斯抽采钻孔、设置冻结带、控制工作面推进速度、适时切割煤柱等。
5.什么是煤矿的地压显现？地压显现是指煤炭开采过程中，地应力释放引起的顶板移动和地表沉陷现象。
1.列举导致复杂岩层变形和破坏的因素。
导致复杂岩层变形和破坏的因素包括地质构造、地震、地下水动力作用、加大采厚等。
2.什么是岩层的软化变形？岩层的软化变形是指在岩层开采过程中，受到外力作用导致岩层内部产生应力集中和岩石柔软化现象。
3.列举常用的岩层控制技术。
常用的岩层控制技术包括围岩加固、地下水控制、岩层预裂等。
4.什么是岩层顶板下沉？岩层顶板下沉是指岩层开采过程中，顶板发生沉降和下沉的现象。
5.列举常用的岩层顶板控制技术。
常用的岩层顶板控制技术包括钢支撑、锚杆支护、拱形支护等。
矿山压力与岩层控制
矿山压力与岩层控制一．名词解释矿山压力：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。
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。
充填开采：就是用充填材料来充填已采空间，借以支撑围岩，防止或减少围岩垮落和变形的顶板管理技术，采用此方法管理顶板的采煤方法称为充填开采。
关键层：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。
锚固力：锚杆对围岩所产生的约束力称为锚固力。
根据约束方式分为：托锚力，黏锚力，切向锚固力；根据锚固阶段分为：初锚力，工作锚固力，残余锚固力。
沿空留巷：在上区段工作面采过后，通过加强支护或采用其他有效方法，将上区段工作面运输平巷保留下来，作为下区段工作面的回采时的回风平巷称为沿空留巷。
沿空掘巷：在上一区段工作面运输平巷废弃后，待采空区上覆岩层移动基本稳定后，沿被废弃的巷道边缘，掘进下一工作面的区段回风平巷称为沿空掘巷。
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，在井巷发生爆炸性事故，产生的动力将煤岩抛向巷道，同时发出强烈声响，造成煤岩体振动和破坏，支架与设备损坏，人员伤亡，部分巷道垮落破坏等。
充分开采：当采空区尺寸相当大时，地表最大下沉值不再随采空区尺寸增大而增大的开采状态称为充分采动。
二．简答题1.原岩应力概念组成部分以及场规律特点：（☆）答：天然存在于原岩内与人为因素无关的应力场称为原岩应力场。
其主要组成部分是自重应力场和构造应力场。
其规律特点：（1）实测铅直应力基本上等于上覆岩层重量。
（2）水平应力普遍大于铅直应力。
（3）平均水平应力与铅直应力的比随深度增加而减小。
（4）最大水平主应力和最小水平主应力一般相差较大。
2.构造应力场的特点：答：由于地质构造运动而引起的应力场称为构造应力场。
其特点：（1）构造应力以水平应力为主，具有明显的区域性和方向性。
矿山压力与岩层控制
一、名词解释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。
2.极限平衡状态：范围内岩块所处的应力圆与其强度包络线相切3.老顶的周期来压：由于裂隙带岩层周期性失稳而引起的顶板来压现象。
4.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多用的岩层称为关键层5.底板比压：将支架底座对单位面积底板上所造成的压力称为底板载荷集度，即底板比压6.煤矿动压现象：煤矿在开采过程中，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。
7.支承压力：回采空间周围煤岩体内应力增高区的切向应力。
8.测压系数：9.应力集中：受力体内，孔周围局部区域应力高于其它区域应力的现象10.原岩应力：未受开采影响的岩体内，由于岩体自重和构造运动等原因引起的应力11.冲击地压：煤岩体突然动力破坏，释放大量能量的灾害动力现象，可摧毁巷道、引发其他矿井灾害，造成人员伤亡二、简答题1.绘图表示采场水平和垂直的分区分带2.回采工作面支柱工作特性有几种，绘图加以说明3.采空区的处理方法4.冲击地压的预测预报方法答：冲击地压的预测主要包括时间、地点和规模大小。
目前主要采用的采矿方法，包括根据采矿地质条件确定冲击矿压危险的综合指数法、数值模拟分析法、钻屑法等；采用地球物理方法，包括微震法、声发射法、电磁辐射法、振动法、重力法等，可以达到准确预报冲击矿压可能发生的地点和位置，较准确地确定冲击矿压发生强度和震动释放能量的大小。
5.影响采场矿山压力的主要影响答：1.采高与控顶距2.工作面推进速度的影响3.开采深度的影响4.煤层倾角的影响5.分层开采时的矿山压力显现6.巷道围岩压力及影响因素答：围岩变形受阻而作用在支护结构物上的挤压力或塌落岩石的重力。
统称为围岩压力。
（1.松动围岩压力2.变形围岩压力3.膨胀围岩压力4.冲击和撞击围岩压力）。
矿山压力与岩层控制
矿山压力与岩层控制一、名解：1.矿山压力：是指分布于岩层内部各点应力，又包括作用于围岩上的任何部分边界上的外力。
2.支承压力：是指煤层采出后，在围岩应力重新分布的范围内，作用于煤层、岩层、和矸石上的垂直压力。
3.围岩应力：是指洞室开挖后，周围岩体失去原来的平衡，引起洞室一定范围内岩体应力发生改变，重新调整形成新的应力。
4.原岩应力：是指把未受采掘扰动影响的岩石应力称为原岩压力。
5.基本顶：是指运动时对回采工作面矿山显现有明显影响的传递岩梁的总合，在初次来压后，是一组在推进方向上能够始终传递水平应力的不等高裂隙。
6.直接顶：是指在采空区内已夸落，在回采工作面内由支架暂时支撑的悬臂梁，其结构特点是在回采工作面推进方向上不能始终保持水平力传递。
7.泊松比：是指岩石在受单向压缩载荷时，试件在轴向压缩的同时产生横向膨胀，其横向与纵向的比值称为泊松比。
8.初次夸落距：是指当工作面自开切眼推进一段距离后直接顶悬露达到一定的高度，采空区进入初次放顶，直接顶开始夸落，此时直接开始夸落的距离称为初次夸落距。
9.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。
10.步距：由开切眼到初次来压时工作面推进的距离。
11.砌体梁：在一定的条件下能够形成表似梁实则为半拱结构。
这种平衡结构形如砌体，故称为砌体梁。
12.关键层：在回采工作面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。
13.碎胀性：是指岩石破碎后处于松散状态下得体积与破碎时的体积之比。
二、填空：1.三横三纵：三纵带是指弯曲下沉带、裂隙带、冒落带；三横是指煤壁支撑影响区、离层区、重新压实区。
2.直接顶完整性的取决因素：岩石本身的性质、裂隙的发育情况直接顶内的各种原因造成的层理。
3.节理裂隙的分类：原生裂隙、构造裂隙、压裂裂隙。
4.影响顶板下沉的因素：采高、采深、倾角及推进的速度。
5.采区巷道的支护形式：基本支护、加强支护、巷旁支护、巷道围岩加固。
矿山压力与岩层控制
矿山压力与岩层控制1.名词解释1.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;2.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;4.原岩应力:未受开采影响的岩体内，由于岩体自重和构造运动等原因引起的应力;4.支撑压力:回采空间周围煤岩体内应力增高区的切向应力;5.周期来压: 老顶平衡结构周期性失稳而施加给工作面以大型压力的过程6.初次来压: 老顶平衡结构第一次失稳而施加给工作面以大型压力的过程7.砌体梁: 工作面上下两区破断的岩块咬合形成的外表似梁，实质是拱的平衡结构8.关键层:对采场上覆岩层局部或直至地表的全部岩层活动起主要控制作用的岩层9.冲击地压: 聚集在矿井巷道和采场周围岩体中的能量突然释放，在井巷发生爆炸性事故，产生的动力将煤岩抛向巷道，同时发出强烈声响，造成煤岩体振动和煤岩体破坏，支架与设备损坏，人员伤亡，部分巷道垮落破坏的力学现象。
10.底板比压:底板单位面积所受支架的压力11.回采工作面:在煤层或矿床的开采过程中，直接进行采煤或采有用矿物的工作空间2.简答题1.原岩应力分布规律答：(1)实测铅直应力基本上等于上覆岩层重量；(2)水平应力普遍大于铅直应力；(3)平均水平应力与铅直应力的比值随深度增加而减小；(4)最大水平主应力和最小水平主应力一般相差较大。
2.绘图说明横三区/竖三带三区：A煤壁支撑影响区B离层区：C重新压实区：三带：I垮落带：II裂隙带III弯曲带(硬度越高,三带发育越好)(自下至上)3.绘图说明支柱特性工作支柱力学特性——受顶板压力作用，支柱变形（下缩）性质。
4.关键层具有的特征①几何特征，相对于其他同类岩层单层厚度较厚；②岩性特征，相对于其他岩层较为坚硬，即弹性模量较大，强度较高；③变形特征，关键层下沉变形时，其上覆全部或局部岩层的下沉量同步协调；④破断特征，关键层的破断将导致全部或局部岩层的破断，引起较大范围内的岩层移动⑤支承特征，关键层破坏前以“板”(或简化为“梁”)结构作为全部岩层或局部岩层的承载主体，断裂后则成为砌体梁结构，继续成为承载主体5.影响采场矿山压力显现的因素答：①采高与控顶距的影响；②工作面推进速度的影响；③开采深度的影响；④煤层倾角的影响；⑤分层开采对矿山压力显现的影响；6.采场围岩与支架之间相互作用原理答：支架围岩是相互作用的一对力，支架受力的大小及其在回采工作面分布的规律与支架性能有关，支架结构及尺寸对顶板压力有一定影响。
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
象。
•
粘性流动——蠕变后卸载，部分变形不能恢复的现象。
矿山压力与岩层控制
•
•
与岩石类别有关（粘土矿物岩石蠕变显著）
•
岩石蠕变
•
• 段）
与应力大小有关（高应力蠕变明显，超过极限
应力，蠕变进入不稳定阶
•
蠕变试验：时间长；
•
测量要求精度高（用千分表）；
•
载荷恒定。
•
•
研究蠕变的意义：了解岩石的长时强度。
矿物：存在地壳中的具有一定化学成分和物理性质的自然元素和化合物。 结构：组成岩石的物质成分、颗粒大小和形状以及其相互结合的情况。
(结晶、胶结)
构造: 组成成分的空间分布及其相互间排列关系。
（节理、裂隙、空隙、边界、缺陷）
矿物、结构、构造是影响岩石力学性质和物理性质的三个重要因素 。
矿山压力与岩层控制
要确保试验岩样的天然状态。 岩样应具有一定的代表性。 钻孔采样时应尽量垂直于层面打孔，偏斜角不大于0.5°。 采取的岩(煤)块规格大体为长×宽×高=20×20×15cm。 上下端面的不平整度不大于0.1mm，上下端面的直径差不大于0.2mm。 试件端面垂直于试件轴的偏差不大于0.001rad。 圆柱形试件：φ4.8－5.2cm ，高H=（2－2.5)φ 长方体试件：边长L= 4.8－5.2cm , 高H=（2－2.5)L
•理想塑性
•具有应变硬化的塑性
矿山压力与岩层控制
••3、一般岩石的变形： • • 瞬时弹性变形 • • 后效弹性变形 • • 塑性变形
• • 岩石与其它金属及晶体矿物不同，因其有节理、裂隙存在，在应 力不高阶段，内部结构即有破坏，在产生弹性变形的同时，产生塑性 变形。
矿山压力与岩层控制重点总结
矿山压力与岩层控制重点总结关键信息项：1、矿山压力的定义与形成机制2、岩层控制的方法与技术3、矿山压力监测与数据分析4、岩层控制的安全标准与规范5、矿山压力与岩层控制的理论研究进展6、实际案例分析与经验总结11 矿山压力的定义与形成机制矿山压力是指在地下开采过程中，由于采掘活动引起的围岩应力重新分布，导致围岩变形、破坏和移动，并作用在采掘空间周围的支护结构和设备上的力。
矿山压力的形成机制主要包括原岩应力、开采扰动和围岩的力学性质等因素。
原岩应力是指在未受开采影响时，地层中存在的天然应力。
开采扰动会打破原有的应力平衡状态，使围岩应力重新分布。
围岩的力学性质则决定了其在应力作用下的变形和破坏特征。
111 原岩应力的测量与分析了解原岩应力的大小和方向对于预测矿山压力的分布具有重要意义。
常用的原岩应力测量方法包括水压致裂法、应力解除法等。
通过对测量结果的分析，可以为矿山设计和开采提供基础数据。
112 开采扰动对矿山压力的影响开采活动如采煤、掘进等会导致围岩的应力集中和释放，从而产生矿山压力。
开采深度、开采速度、开采方法等因素都会对矿山压力的大小和分布产生影响。
12 岩层控制的方法与技术岩层控制的目的是保持采掘空间的稳定性，保障安全生产。
常见的岩层控制方法包括支护技术、充填技术和卸压技术等。
121 支护技术支护是岩层控制的重要手段，包括锚杆支护、锚索支护、支架支护等。
锚杆和锚索通过将围岩锚固在深部稳定岩层上，提高围岩的自身承载能力。
支架则直接承受围岩的压力，提供支撑作用。
122 充填技术充填可以有效地减少顶板下沉和地表沉陷，同时提高资源回收率。
充填材料包括矸石、粉煤灰、膏体等，其性能和充填工艺对岩层控制效果有重要影响。
123 卸压技术通过钻孔、爆破等方式对围岩进行卸压，可以降低应力集中程度，减少冲击地压等动力灾害的发生。
13 矿山压力监测与数据分析矿山压力监测是掌握矿山压力变化规律、评估岩层控制效果的重要手段。
矿山压力与岩层控制
一：名词。
1.矿山压力：由于在地下煤岩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，就叫做矿山压力。
2.原岩应力：天然存在于原岩而与任何认为原因无关的应力。
3.支承压力：在岩体内开掘巷道后，巷道两侧增加的切向应力。
4.初次来压：由于老顶第一次失稳而产生的工作而顶板来压。
5.砌体梁：工作面上下两区破断的岩块咬合形成的外表似梁，实质是拱的平衡结构。
6.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。
7.残余碎胀系数：8.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。
9.冲击矿压：其是聚集在矿井巷道和采场周围煤岩体中的能量突然释放，在井巷发生爆炸性事故的现象。
10.超前支撑压力：11.极限跨距：老顶达到初次断裂的跨距称为极限跨距。
12.初次来压步距：由开切眼到初次来压时工作面推进的距离。
13.端面破碎度：支架前梁端部到煤壁间顶板破碎程度。
14.顶板冒落敏感度：端面距为1m时的端面破碎度。
二：解答：1.初次来压、周期来压的表现形式？答：初次来压：顶板下沉量和下沉速度急剧增加，顶板的下沉量变大；支柱载荷增加；顶板破碎，出现平行于煤壁的裂缝，甚至出现台阶下沉；工作面前方煤壁内压力过度集中，致使煤壁破坏范围扩大，煤壁严重片帮、支柱折损或插入底板。
周期来压：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。
2.简述有关回采工作面上覆岩层结构的假说。
答:1.压力拱假说，认为在这两个前后拱脚之间，无论在顶板或底板中都形成了一个减压区，回采工作面的支架只承受压力拱内的岩石重量。
2.悬臂梁假说，认为顶板岩层是一种连续介质，在靠近煤帮处顶板下沉量最小，表现的顶板压力也小。
3、预成裂隙假说，认为由于开采的影响，回采工作面上覆岩层的连续性被破坏，从而成为非连续体。
在回采工作面周围存在着应力降低区、应力增高区和采动影响区。
矿山压力与岩层控制
• 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பைடு நூலகம்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） 。
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。
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
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
矿山压力与岩层控制
矿山压力与岩层控制一、概念题1、矿山压力采动后作用于岩层边界或存在于岩层之中使围岩向已采空间运动的力，即采动后促使围岩向已采空间运动的力，称为矿山压力。
2、岩层控制把矿山压力显现控制在不影响或尽量少影响正常的安全采掘工作而进行的开拓部署和支护控制措施。
3、矿山压力显现采动后，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，其基本表现形式为围岩运动与支架受力。
4、直接顶在采空区内已跨落、在采煤工作面内由支架暂时支撑的悬臂梁，其结构特点是在采煤工作面推进方向上不能始终保持水平力的传递。
5、基本顶指运动时对采煤工作面矿压显现有明显影响的传递岩梁的总和，在初次来压后，是一组在推进方向上能够始终保持传递水平力的不等高裂隙梁。
6、传递岩梁每一组同时运动或近乎同时运动的基本顶岩层可以看成一个运动的整体，称为“传递力的岩梁”，简称“传递岩梁”。
7、支承压力煤炭采出后，在围岩应力重新分布的范围内，作用在煤层、岩层和矸石上的垂直压力，属于矿山压力的范畴。
8、内外应力场基本顶岩梁断裂结束时，以断裂线为界将支承压力明显地分为两个部分：断裂线与工作面煤壁之间的应力场为“内应力场”；断裂线外（至不受采动影响的原岩应力之间）的应力场为“外应力场”。
9、初次来压采煤工作面从切眼开采至基本顶首次断裂，使工作面发生明显的顶板下沉和支架承受较大的静载荷或冲击载荷，这种矿山压力显现叫做基本顶初次来压。
10、周期来压基本顶周期性裂断及回转下沉引起的明显矿山压力显现。
11、直接顶初次垮落步距直接顶初次垮落时自开切眼到支架后排放顶线的距离。
12、底板比压在单位面积底板上所造成的压力称为底板载荷集度，即底板比压。
13、给定变形在岩梁由端部断裂到沉降至最终位态的整个运动过程中，支架只能在一定范围内降低岩梁的运动速度，但不能对岩梁运动的最终位态起到限制作用，岩梁运动稳定时的位置状态由岩梁的强度及两端支承情况决定。
14、限定变形是指采场支架对岩梁运动进行必要的限制，即在支架阻力的作用下，岩梁不能沉降至最低位态。
矿山压力与岩层控制
采动在煤或岩层中开掘巷道和进行回采工作称为对煤（或岩）层的“采动”。
采动空间采动后，在煤（或岩）层中形成的空间称为“采动空间”。
围岩采动空间周围岩体，包括图2.1中所示的顶板（T），底板（D）及两帮（B）岩层，统称为“围岩”。
1直接顶直接顶是指在老塘（采空区）内已跨落，在采场内由支架暂时支撑的悬臂梁，其结构特点是在采场推进方向上不能始终保持水平力的传递。
2基本顶是指运动时对采场矿压显现有明显影响的传递岩梁的总合。
在初次来压后，是一组在推进方向上能始终传递水平力的不等高裂隙梁。
3传递岩梁把每一组同时运动（或近似同时运动）的岩层看成一个运动的整体初次来压采场各岩层初次运动在采场的压力显现称为初次来压。
周期来压岩层周期性运动在采场的矿压显现称为采场周期来压。
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的运动的力。
（即采动后促使围岩运动的力）矿山压力显现采动后，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。
初次来压采场各岩层初次运动在采场的压力显现支承压力煤层采出后，在围岩应力重新分布的范围内，作用在煤层、岩层和矸石上的垂直4压力。
支承压力显现在支承压力作用下发生煤层压缩和破坏，相应部位的顶底板相对移动以及支架受力变形等现象统称为支承压力的显现。
直接顶初次垮落当直接顶跨落高度达到1m以上、跨落长度达工作面长度一半以上时，就叫做直接顶初次垮落。
扩容如果应力接近这一极限，则巷道周边附近岩体的体积随应力增加而增加，产生“扩容”现象。
此后，如果“扩容”情况得不到控制，围岩周边将遭到破坏。
围岩中的应力将再次重新分布，应力范围扩大和应力高峰向深部转移等（二次重新分布），围岩的一部分进入塑性状态应力分布。
钻屑法钻屑法是通过在煤层中钻小直径钻孔（直径42-50mm），根据钻孔时在不同深度排除的煤量及其变化规律以及有关动力现象判断冲击危险的一种方法。
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
矿山压力：地下岩体在受到开挖以前，原岩应力处于平衡状态。
开掘巷道或进行回采工作时，破坏了原始的应力平衡状态，引起岩体内部的应力重新分布，直至形成新的平衡状态。
这种由于矿山开采活动的影响，在巷道周围岩体中形成的和作用在巷道支护物上的力定义为矿山压力，在相关学科中也称为二次应力或工程扰动力。
矿山压力显现：在矿山压力作用下，会引起各种力学现象，如岩体的变形、破坏、塌落，支护物的变形、破坏、折损，以及在岩体中产生的动力现象。
这些由于矿山压力作用使巷道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。
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叫矿山压力控制。
（1）岩石：岩石是组成地壳的基本物质，有各种造岩矿物或岩屑在地质作用下按一定规律组合而成。
为于自然状态下的岩体有所区别，多数岩石力学文献中，岩石是从岩体中取出的、尺寸不大的块状物质，有时又称为岩块。
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。
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增高部分称为支承压力。
回采工作面（采场）：在煤层或矿床的开采过程中，一般把直接进行采煤或采有用矿物的工作空间称为回采工作面或简称采场。
顶板（上覆岩层）：赋存在岩层之上的岩层称为顶板或称为上覆岩层。
底板：位于煤层下方的岩层称为底板。
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。
一般是由砂岩、石灰岩及砂砾岩等岩层组成。
（65）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。
直接顶初次垮落：煤层开采后，将首先引起直接顶的垮落,回采工作面从开切眼开始向前推进，直接顶悬露面积增大,当达到其极限垮距时开始垮落。
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。
采矿业中的矿山压力与岩层控制技术
采矿业中的矿山压力与岩层控制技术在采矿业中，矿山压力和岩层控制技术是关键的考虑因素之一。
矿山施工期间，岩层的稳定性对于矿山的安全和效率具有重大影响。
本文将探讨采矿业中的矿山压力以及相关的岩层控制技术。
1. 矿山压力的形成矿山压力是指在矿山开采过程中，由于岩石受到巨大压力而发生的应力和应变。
压力的形成主要与以下几个因素相关：1.1 岩层的自重岩石由于自身重力会产生一定的压力，这种压力称为自重压力。
自重压力是矿山岩层产生压力的主要原因之一。
1.2 残余压力在地质演化过程中，岩层经历了多次构造运动和岩浆活动，产生了多种残余应力，这些应力会在矿山开采过程中释放，使得矿山产生较大的应力。
1.3 地应力地应力是地壳的应力状态，是由于地球重力、地震活动和构造运动等原因引起的。
地应力是矿山岩层产生压力的另一个重要原因。
2. 矿山压力对岩层的影响矿山压力对岩层的影响主要表现在以下几个方面：2.1 岩层变形和破裂矿山开采过程中产生的压力会导致岩层的变形和破裂，进而影响矿山的稳定性。
岩层的变形和破裂会导致岩石的松动和崩塌，给矿山带来严重的地质灾害风险。
2.2 矿山的坍塌和塌陷矿山压力的增大会导致岩层的坍塌和塌陷，进而引发矿山的严重事故。
矿山的坍塌和塌陷不仅会造成人员伤亡和财产损失，还会影响矿山的正常开采和生产。
2.3 岩层的流变性变化矿山压力会引起岩石的流变性变化，使岩石的粘弹性增大，从而影响岩石的变形行为。
岩层的流变性变化对于矿山巷道和支护结构的设计以及矿山的开采方案具有重要影响。
3. 岩层控制技术为了保证矿山的安全和效益，采取适当的岩层控制技术是必不可少的。
以下是几种常用的岩层控制技术：3.1 预应力锚杆支护技术预应力锚杆支护技术是一种有效的岩层控制技术，在矿山开采过程中广泛应用。
通过预应力锚杆的应用，可以有效控制矿山岩层的变形，提高矿山的稳定性。
3.2 钢筋混凝土支护技术钢筋混凝土支护技术是一种常用的岩层控制技术，通过在矿山巷道和井筒中使用钢筋混凝土支护结构，可以增强岩石的抗压和抗剪强度，提高矿山的稳定性。
矿山压力与岩层控制
矿山压力与岩层控制矿山压力与岩层控制1.名词解释1.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;2.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;4.原岩应力:未受开采影响的岩体内，由于岩体自重和构造运动等原因引起的应力;4.支撑压力:回采空间周围煤岩体内应力增高区的切向应力;5.周期来压: 老顶平衡结构周期性失稳而施加给工作面以大型压力的过程6.初次来压: 老顶平衡结构第一次失稳而施加给工作面以大型压力的过程7.砌体梁: 工作面上下两区破断的岩块咬合形成的外表似梁，实质是拱的平衡结构8.关键层:对采场上覆岩层局部或直至地表的全部岩层活动起主要控制作用的岩层9.冲击地压: 聚集在矿井巷道和采场周围岩体中的能量突然释放，在井巷发生爆炸性事故，产生的动力将煤岩抛向巷道，同时发出强烈声响，造成煤岩体振动和煤岩体破坏，支架与设备损坏，人员伤亡，部分巷道垮落破坏的力学现象。
10.底板比压:底板单位面积所受支架的压力11.回采工作面:在煤层或矿床的开采过程中，直接进行采煤或采有用矿物的工作空间2.简答题1.原岩应力分布规律答：(1)实测铅直应力基本上等于上覆岩层重量；(2)水平应力普遍大于铅直应力；(3)平均水平应力与铅直应力的比值随深度增加而减小；(4)最大水平主应力和最小水平主应力一般相差较大。
2.绘图说明横三区/竖三带三区：A煤壁支撑影响区B离层区：C重新压实区：三带：I垮落带：II裂隙带III弯曲带(硬度越高,三带发育越好)(自下至上)3.绘图说明支柱特性工作支柱力学特性——受顶板压力作用，支柱变形（下缩）性质。
4.关键层具有的特征①几何特征，相对于其他同类岩层单层厚度较厚；②岩性特征，相对于其他岩层较为坚硬，即弹性模量较大，强度较高；③变形特征，关键层下沉变形时，其上覆全部或局部岩层的下沉量同步协调；④破断特征，关键层的破断将导致全部或局部岩层的破断，引起较大范围内的岩层移动⑤支承特征，关键层破坏前以“板”(或简化为“梁”)结构作为全部岩层或局部岩层的承载主体，断裂后则成为砌体梁结构，继续成为承载主体5.影响采场矿山压力显现的因素答：①采高与控顶距的影响；②工作面推进速度的影响；③开采深度的影响；④煤层倾角的影响；⑤分层开采对矿山压力显现的影响；6.采场围岩与支架之间相互作用原理答：支架围岩是相互作用的一对力，支架受力的大小及其在回采工作面分布的规律与支架性能有关，支架结构及尺寸对顶板压力有一定影响。
矿山压力及岩层控制
支架受力支 支架 架压 变折 形（活柱下缩）
二、矿山压力显现的条件
——围岩稳定与破坏的条件
1、围岩破坏的条件
1 2c cos
两帮岩体不发生剪切破坏的条件：
1 sin
其中 1 k H
则两帮岩体处于稳定状态时的采深（不支护）
H 2C cos (1 sin) K
例: 两帮岩体力学参数为：ψ=25° ， C=3MPa，k=2.5 ，
三、矿压显现的相对性 由于围岩的运动受压力的大小、方向、边界以及
自身的强度极限等限制，加之支架对围岩运动的抵抗， 矿压显现不可能在任何压力存在的条件下显现出来， 即是相对的。
（一）巷道围岩运动的相对性
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。 1、开采深度越浅，与采深有关的支承压力越大。
150~200m以后，出现明显的塑性变形与破坏。 100~150m以上岩体处于弹性状态，变形比较小，运动相对不明显。
2、围岩的变形能力还与围岩强度有关。
高强度~低强度
3、架设支架使两帮变为三向应力状态，阻止破坏发展，维持围 岩稳定。
（二）支架受力的相对性
支架上压力显现主要取决于以下三个方面因素： 1、支架对围岩的抵抗程度。（巷道、工作面） 2、支架的力学特性（刚性、增阻、恒阻） 3、不同时间、地点（岩层运山压力与矿山压力显现的关系
1、矿山压力的存在是绝对的，而显现是相对的。 2、压力显现强烈的部位不一定是压力高峰的位置， 但对某一点是相关的（例:煤壁前方值承压力与下沉两 关系）。
五、关于支护的作用问题
支架的作用在于帮助围岩稳定，把矿山压力显现 控制在要求的范围内。
锚固增加围岩内聚力，提高承载能力， 维护围岩稳定的支护类型可锚缩喷性控支制架围允侧岩许向变围力形岩，程有改度一变，定受保变力持形状围，态岩依，稳靠提定支高。架承提载供能给力围。岩
矿山压力与岩层控制理论
绪论1 矿山压力与岩层控制学科的概念矿山压力：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，在相关学科中也称为二次应力、或工程扰动力。
矿山压力显现：在矿山压力作用下，会引起各种力学现象，如岩体的变形、破坏、塌落，支护物的变形、破坏、折损，以及在岩体中产生的动力现象。
这些由于矿山压力作用，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。
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。
2 采矿工业要求发展矿山压力及岩层控制学科2.1 生态环境保护岩层控制理论为实现保水采煤，完善条带开采和充填技术，进行井下矸石处理和有效抽放瓦斯奠定理论基础。
2.2 保证安全和正常生产岩层控制理论和技术为大幅度降低顶板事故做出了突出贡献。
边坡稳定性研究使边坡设计既能达到经济上可采纳的陡度，又足以维持安全的缓度。
巷道围岩控制理论和技术为合理支护各种巷道成为可能。
2.3 减少资源损失矿柱是造成地下资源损失的主要根源。
通过对开采引起的围岩应力重新分布规律的研究，推广无煤拄护巷和跨越巷道开采等技术措施，不仅显著减少资源损失，还有利于消除因矿柱存在引起的灾害和对采矿工作的不利影响。
2.4 改善开采技术自移式液压支架的应用实现了采煤综合机械化。
巷道可缩性金属支架和锚喷支护的应用改变了刚性、被动支护巷道的局面。
同时，采场、巷道围岩稳定性分类为合理选择支护型式、支护参数提供科学依据。
2.5 提高经济效益围岩结构稳定性分类、稳定性识别、矿压显现预测、支护设计、支护质量与顶板动态监测、信息反馈直至确定最佳设计的一整套理论、方法与技术有助于创造采矿工业的良好的社会效益和经济效益。
3 矿山压力与岩层控制学科属性与特色3.1 采矿工程岩体结构的本质与地面工程结构不同，地下工程围岩既是一种载荷，也是一种结构，施载体系和承载体系之间没有明显界限。
采场上覆岩层形成结构，结构的形态及稳定性不仅直接影响到采场，也将影响到开采后上覆岩层运动的形态及地表塌陷形状。
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导致地表快速下沉，地表下沉速度随主关键
层周期性破断而呈现跳跃性变化。
阳泉一矿岩移观测孔布置示意图
关键层对地表下沉控制作用的实测结果
V(mm/m) 150 100
初次破断 50
第二次周期破断 第三次周期破断 第四次周期破断
第一次周期破断
X(m) 20 40 60
0 -60 -40 -20 -50 0 -100 -150 -200 -250 W(cm)
煤炭开采形成的环境问题之三
对大气环境的污染
主要来自矿井排出的瓦斯和矸石山的自燃。 瓦斯即煤层气，它是比CO2还严重的温室气体， 也是导致煤矿重大安全事故的根源。同时瓦斯 又是最好的清洁能源。煤矿每年向大气排放瓦 斯70-190亿m3。
煤炭开采形成的环境问题之四
对地面建筑物及人文环境的破坏 以淮北矿业集团为例，2001年，13个 村庄因采煤塌陷被迫搬迁，共计1412户、 5535人迁徙。
图6－17 初次来压时底板关键层载荷特征
图6－18 底板关键层破断后的一般状态
第五节
采场上覆岩层移动控制技术
一、关键层理论对建筑物下采煤的指导
岩层控制的关键层理论为进一步完善建筑物下开采
设计提供了理论指导，原则为：
判别上覆岩层中的主关键层位置，在对主关键层破
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
三、关键层运动对岩层移动的影响
实验与实测证明，岩层移动由下向上成组运动， 岩层移动的动态过程受控于覆岩关键层的破断运动。
覆岩移动的动态过程
实验及实测研究结果都证明，主关键层对地 表移动过程起控制作用，主关键层的破断将
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。
煤矿绿色开采的特点之三
开采引起环境与主要安全问题的发生都 与开采后造成的岩层运动有关，因而， 绿色开采的重大基础理论为： 1）采矿后岩层内的“节理裂隙场”分布 以及离层规律； 2）开采对岩层与地表移动的影响规律
二、关键层位置的判别
关键层判别方法 （一） 按刚度条件由下往上确定覆岩中的坚 硬岩层位置。所谓坚硬岩层是指那些在变形 中挠度小于其下部岩层，而不与其下部岩层 协调变形的岩层．
（二） 计算各硬岩层的破断步距 由此编制了判别覆岩关键层位置的计算机 软件 KSPB，实现了覆岩关键层判别方法的计算机化和判 别结果的可视化。
3.岩层移动角 地表下沉边界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。
走向移动角δ 下山移动角β 上山移动角γ
掌握具体条件下岩层移动角参数，对岩层移 动范围的预测和各种保护煤柱(如工广保护煤柱、 井下巷道保护煤柱)的合理留设具有重要的意义。 二、岩层移动的基本规律 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）
关键层 表土层 表土层下沉量 表土层下沉速度
关键层理论研究表明：
上覆岩层关键层不仅对地表动态下沉过程起控制作 用，还对地表移动曲线特性产生影响； 地表下沉是关键层与表土层耦合作用的结果 一方面，关键层破断块度越大，其对地表下沉曲线特 征的影响越显著，相应地表下沉曲线的非正态分布特 征越显著。 另一方面，表土层起着消化关键层非均匀下沉的作用， 表土层越薄，地表下沉的非均匀、非正态特征越显著。
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，将上覆岩层岩工作面推进 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。
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。
煤矿绿色开采的特点之三
3）水与瓦斯在裂隙岩体中的渗流规律；
4）岩体应力场分布规律及岩层控制技术
岩层控制的关键层理论，为煤矿绿色开 采技术的发展提供了理论基础。 因而，一定程度上绿色开采技术可叫做 “基于岩层控制的绿色开采技术”。
煤炭开采
岩层移动
排放矸石
关 键 层 理 论
地下水流失 与突水事故
煤炭开采形成的环境问题之一
对土地资源的破坏和占用 平均每采万吨原煤造成塌陷土地0.2公顷， 每年新增塌陷地约2万公顷。 以山西省为例，至1998年煤炭地下采空 面积达1300Km2（占全省面积的1%）。
煤炭开采形成的环境问题之二
水资源的破坏和污染 煤炭开采过程中，人为疏干排水和采动形 成的导水裂隙对煤系含水层的自然疏干， 破坏了地下水资源。同时开采还可能污染 地下水资源。以山西为例，采煤破坏地下 水4.2亿m3/a。
（a）表土层厚度30m
（b）表土层厚度100m
关键层与表土层对地表下沉耦合作用的离散元模 拟结果
四：岩层移动中的离层与裂隙分布
(1) 关键层运动对离层及裂隙的产生、发展与 时空分布起控制作用。覆岩离层主要出现在 关键层下。
(2) 沿工作面推进方向，关键层下离层动态分布呈现 两阶段发展规律：
当关键层破断块度较小或表土层厚度足够大 时，关键层对地表下沉的影响已很小。 因此，对于表土层较薄或覆岩中有很厚、很 硬的关键层(即其破断块度很大)的条件，地表下 沉的预计必须考虑表土层与关键层的耦合关系， 充分考虑关键层破断对地表下沉曲线特征的影 响。
关键层与表土层对地表下沉耦合作用的离散元模型
绿色开采的提出
尽快形成煤矿的“绿色开采技术”已迫 在眉睫。 中国矿业大学教授钱鸣高院士及其领导 的课题组，从20世纪九十年代初已开始 了有关“绿色开采技术”的研究和实践。 在长期研究和实践的基础上，钱鸣高院 士正式提出了煤矿绿色开采的理念及其 技术体系。
煤矿绿色开采的内涵
基本概念上 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。
关键层初次破断前，最大离层位于采空区中部。 关键层初次破断后，关键层在采空区中部趋于压实， 而在采空区两侧仍各自保持一个离层区，其最大宽 度及高度仅为关键层初次破断前的1/3左右.
关 键 层 破 断 前 后 的 离 层 分 布
100 80 ¹ ¼ ² ³ ´ Æ ¶ Ç Ø ü ã õ Î Ï ° ¹ ¼ ² ³ ´ Æ ¶ º Ø ü ã õ Î Ï ó
关键层理论提出目的是为了研究层状矿体 开采中厚硬岩层对岩层中节理裂隙的分布 及其对瓦斯抽放以及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。
关键层的定义
将对岩体活动全部或局部起控制作用的岩层称为关 键层。 覆岩中的关键层一般为厚度较大的硬岩层，但覆岩 中的厚硬岩层不一定都是关键层。 关键层判别的主要依据是其变形和破断特征，即在 关键层破断时，其上覆全部岩层或局部岩层的下沉 变形是相互协调一致的，前者称为岩层活动的主关 键层，后者称为亚关键层。 显然，覆岩中的亚关键层可能不止一层，而主关键 层只有一层。
/mm ë ã ¿ À ² Á
60 40 20 0 -20 -50 0 50 100 150
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ200
250
300
Ç Ñ Ð Û
¾ Ç Ñ ¾ À à Ð Û à ë
/m
采动裂隙分布的“O”形圈
(3) 沿顶板高度方向，随工作面推进离层呈跳跃式由 下往上发展。 首先，第Ⅰ亚关键层下出现离层，当其破断后其下 离层呈“O”形圈分布； 此时，上部第Ⅱ亚关键层下出现离层，当其破断后 其下层呈“Ｏ”形圈分布； 如此发展直至主关键层。
三、硬岩层破断的复合效应
关键层理论的重要进展之一是研究和揭示 了相邻硬岩层间相互作用的复合效应。 当两层硬岩层相距较近时，往往出现承载 能力显著增强（即硬岩层破断距增大）现 象，称之为复合效应。硬岩层的复合效应 类似于复合板或复合梁的复合效应。
结论： （1）硬岩层的复合效应增大了关键层的 破断距，当其位置靠近采场时，将引起 工作面来压步距的增大和变化。此时不 仅第一层硬岩层对采场矿压显现造成影 响，与之产生复合效应的上部硬岩层也 将对矿压显现产生影响。 （2）当相邻两硬岩层复合破断时，两硬 岩层间将不会出现离层。
瓦斯卸压流动、瓦斯事 故与排放瓦斯污染环境
地表塌陷、土地 与建筑物损害
占用土地 污染环境
保水 开采
煤与煤层气 共采
条带开采 充填开采
矸石不出井 与煤巷支护
煤炭地下 气化
绿色开采技术体系
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。
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；煤层内所含的瓦斯；土
地以至于煤矸石以及在煤层附近的其他
矿床都应该是这个矿区的开发经营对象
而加以利用。
煤矿绿色开采的特点之一
矿井瓦斯定义：矿井中主要由甲烷为主
的有害气体。---------煤层气
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。
采动岩体中的关键层有如下特征： (1) 几何特征：相对其他相同岩性的岩层厚度较厚。 (2) 岩性特性：相对其他岩层较为坚硬，即弹性模 量较大，强度较高。 (3) 变形特征：在关键层下沉变形时，其上部全部 或局部岩层的下沉量是同步协调的。 (4) 破断特征：关键层的破断将导致全部或局部岩 层的破断，引起较大范围内的岩层移动。 (5) 支承特征：关键层破坏前以“板”(或简化为梁) 结构作为全部岩层或局部岩层的承载主体，断裂后 则成为砌体梁结构，继续成为承载主体。