矿山压力与岩层控制研究的主要任务Microsoft Word 文档 (2)
矿山压力与岩层控制.
事故 原因 调查 处理
不能忘却的沉痛：近年重大矿难事故汇览
· 2005年2月，辽宁孙家湾煤矿特大瓦斯爆炸事故 遇 难 经 过 214人。（直接经济损失4968.9万元） 事故发生地点在孙家湾煤矿3316外风道掘进工作面，2月14日白班，孙家湾煤矿正常作业， 到14时50分，3316外风道掘进工作面突然发生矿震，地面瓦斯通风检测突然没有显示。据当 时地面有关人员介绍，14时50分有明显矿震感觉，到15时03分，井下242采面工人宁海涛在 井下汇报说，242面有反风，之后，井下－357调度汇报，－357大巷全是烟。由于冲击地压 造成3316风道外段大量瓦斯异常涌出，3316风道里段掘进工作面局部停风造成瓦斯积聚、瓦 斯浓度达到爆炸界限；工人违章带电检修临时配电点的照明信号综合保护装置，产生电火花 而引起瓦斯爆炸。
事 故 原 因 调 查 处 理
不能忘疆阜康神龙煤矿特别特大瓦斯爆炸事故 遇 难 经 过 事 故 原 因 调 查 处 理 83人 7月8日有迹象表明该矿井下瓦斯浓度大幅超标，而在事故发生前的3～4个 小时，井下瓦斯浓度已高达2％～3％（正常浓度应低于1％），但矿方始终 未采取应急措施，7月11日凌晨4时左右爆炸发生。 煤矿企业的安全主题责任不落实；一些地方的领导“安全第一”的责任意 识不强，落实安全生产的态度不坚决、措施不得力；少数煤矿安全生产监 察监管工作人员工作不力；阜康神龙煤矿的矿主胆敢铤而走险，不顾80多 名矿工的生命安全，违规违法生产。 组成组长为国家安全生产监督管理总局局长李毅中，并由新疆主要领导参 加的调查组；全力展开搜救工作；妥善安置伤员；新疆严厉打击煤矿违法 违规行为 消除事故隐患；全区通报阜康矿难，自治区主席向遇难者表示哀 悼；检察院以涉嫌重大劳动安全事故罪，批准逮捕阜康神龙矿难5名责任人； 与遇难者家属达成赔偿协议，遇难者得到妥善安置。
矿山压力与岩层控制重点
1）矿山压力：未受到工程开挖或扰动的地下岩体称为原岩，原岩处于应力平衡状态。
开挖巷道或进行回采，破坏了原岩的应力平衡状态，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，在巷硐或采场周围岩体中形成的和作用在支护物上的力定义为矿山压力，也称为二次应力或工程扰动力。
2）矿山压力显现：在矿山压力的作用下，会引起巷硐周围岩体和支护物产生种种力学现象，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。
这种由于矿山压力作用使巷硐和采场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。
3）所有减轻、调节、改变和利用矿山压力作用的各种方法，统称为矿山压力控制●岩石的碎胀性是指岩石破碎后的体积比破碎前的体积增大的性质岩石的压实性是指岩石破碎后，在其自重和外加载荷作用下逐渐压实使体积减少的性质二原岩应力：存在于地层中未受工程扰动的天然应力称为原岩应力，也称岩体初始应力、绝对应力或地应力自重应力场：由地心引力引起的应力场称为自重应力场，自重应力等于位面积的上覆岩层的重力。
5）构造应力场：由于地质构造运动而引起的应力场称为构造应力场，构造力与岩体的特性（裂隙发育密度与方向，岩体的弹性、塑性、黏性等）有关构造应力的基本特点为：（1）一般情况下地壳运动以水平运动为主，构造应力主要是水平应力（浅部尤为明显）；而且地壳总的运动趋势是相互挤压，所以水平应力以压应力占绝对优势。
（2）构造应力分布不均匀，在地质构造变化比较剧烈的地区，各处最大主应力的大小和方向往往有很大变化。
（3）岩体中的构造应力具有明显的方向性，最大水平主应力和最小水平主应力之值一般相差较大。
（4）构造应力在坚硬岩层中出现一般比较普遍，在软岩中贮存构造应力很少。
原岩应力分布的基本规律;1）实测垂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）平均水平应力与垂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，显示出很强的方向性●地下岩体处在三向复杂和强烈的自重应力和构造应力场中，其体积和形状发生变化产生变形，变形是外力做功的结果。
太原理工矿山压力与岩层控制
矿山压力与岩层控制第一章 采场顶板活动规律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. 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.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.矿山压力显现：矿山压力作用使巷道硐室周围岩体支护物发生力学现象.采场（回采工作面）：矿井下生产的现场工作地点或工作区域，直接大量采取煤炭的场所.上覆岩层：附存在煤层之上的岩层称为顶板；底板：位于煤层下方的岩层.直接顶：直接位于煤层上方的一层或几层性质相近的岩层.老顶：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.2、矿山压力控制的意义：①生态环境保护；②保证安全和正常生产；③减少资源损失；④改善开采技术；⑤提高经济效益3、采空区处理方法：刀柱法（留煤柱法）、缓慢下沉法、全部充填/局部充填法、全部垮落法.4、采场上覆岩层活动规律的假说（1）压力拱假说：工作面上部岩层由于自然平衡形成压力拱，工作面前方煤壁形成前拱脚a ，采空区矸石或充填物形成后拱脚b ，a 和b 均为应力增高区，工作面处于应力降低区。
压力拱假说对回采工作面前后的支承压力及回采工作空间处于减压范围做了解释，但并未对此拱的特性、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进行分析；（2）悬臂梁假说：工作面和采空区上方顶板可视为一端固定于岩体，另一端处于悬伸状态，当悬伸长度很长时，发生有规律的周期性折断，从而引起周期分析。
此假说解释了工作面近煤壁处顶板下沉量小，支架载荷也小，距煤壁越远两者越大，工作面前方出现的支承压力和工作面的周期来压现象；（3）铰接岩块假说：工作面上覆岩层的破坏可分为垮落带和规则移动带，规则移动带岩块相互铰合形成一条多环节的铰链，而规则地在采空区上方下沉。
该假说正确说明了上覆岩层的分带情况，并初步涉及岩层内部的力学关系及可能形成的结构，但并未对铰接岩块的平衡关系作进一步的探讨；（4）预成裂隙假说：采场上覆岩层由于受开采活动影响产生各种裂隙，因此将其视为假塑性梁。
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。
《矿山压力及岩层控制》(Ground Pressure and Strata Control)课程教学大纲
课程编号：012102《矿山压力及岩层控制》（Ground Pressure and Strata Control）课程教学大纲48学时 3学分一、课程的性质、目的及任务《矿山压力与岩层控制》课程是采矿工程专业必修的专业核心课程和主干课程。
该课程全面反映了我国矿山压力与岩层控制研究方面所取得的科研成果和生产实践经验，适当介绍了可借鉴的国外相关理论和技术。
本课程的任务是使学生掌握：煤矿回采工作面和采区巷道矿山压力及其控制的基本理论和基础知识，采掘空间周围岩体内的应力重新分布规律，回采工作面围岩结构及其移动、破坏规律，支架－围岩相互作用关系以及矿山压力的控制方法等。
通过课程学习，使学生能够针对矿山生产地质条件，合理布置巷道和回采工作面，合理设计回采工作面顶板和巷道围岩的控制方法，掌握防治顶板事故和冲击地压预测、预防技术。
了解矿山压力研究的基本方法，具备分析和解决矿山压力问题的能力。
二、适用专业采矿工程。
三、先修课程材料力学、岩石力学。
四、课程的基本要求1．掌握矿山压力、矿山压力显现、矿山压力控制等基本概念，了解研究矿山压力的目的、意义。
2．掌握开采空间围岩应力重新分布规律，原岩应力、构造应力、支承压力、极限平衡状态、超前支承压力、残余支承压力等概念，岩体内的弹性变形能。
3．掌握回采工作面及其采空区上覆岩层所形成的“竖三带”与“横三区”；掌握直接顶的稳定性，老顶岩层“梁”与“板”模型，老顶岩层破断块体形成的“砌体梁”结构及其稳定性；了解“关键层”理论、采场岩层移动与控制以及底板岩层破坏规律。
4．掌握回采工作面老顶初次来压、周期来压及其来压步距；掌握矿山压力显现的影响因素，顶板压力的构成及其估算，老顶来压预报方法。
5．掌握直接顶分类与老顶分级。
掌握工作面支架与围岩相互作用关系，工作面支架的基本类型和性能，支架合理工作阻力的构成及其估算；支撑式、掩护式、支撑掩护式支架的特点及其适应条件。
掌握综采工作面端面顶板稳定性影响因素；综放工作面顶板稳定性影响因素。
矿山压力与岩层控制10章
大时都比较容易出现架后切落，形成“台阶岩梁”
（5） 根据浅埋煤层的一般条件，“短砌体梁”结
构和“台阶岩梁”结构都将出现滑落失稳，这就 是工作面周期来压强烈和出现台阶下沉的根本原 （6） 通过顶板结构稳定性分析，必须对顶板施加
一定的支护力才能维持顶板结构的平衡。控制顶
板“台阶岩梁”结构的支护力比“短砌体梁”略
对于基岩厚度较大、松散载荷层厚度 较小的浅埋煤层，其矿压显现规律介于 普通工作面与浅埋煤层工作面之间，顶 板结构呈现两组关键层，存在轻微的台 阶下沉现象，可称为近浅埋煤层。
浅埋煤层工作面的主要矿压特征是老顶破断 运动直接波及地表，顶板不易形成稳定的结构， 来压存在明显动载现象，支架处于给定失稳载荷 状态。浅埋煤层可以采用以下指标判定：埋深不 超过150 m，基载比Jz小于1，顶板体现单一主关 键层结构特征，来压具有明显动载现象。
图10-5周期来压期间工作面压力分布
(2) 推进速度对来压的影响 当工作面推进速度小于15循环/d时，初撑力 平均为额定值的84%；工作阻力为额定值的81%。 当推进速度快时，工作面压力减轻，工作阻力为 额定值的69%。 工作面周期来压步距存在大小周期，小周期 12m，大周期20m。工作面连续快速推进时表现为 大周期，工作面台阶下沉减缓。
图10-2
C202
工作面周期来压显现规律
2)
综采工作面矿压显现规律 1203面开采1—2煤层，地质构造简单。煤层平 均倾角3°，平均厚6m，埋深50～65m。覆岩上部 为15～30m 风积沙松散层，其下为约 3m 风化基岩。 顶板基岩厚 15 ～ 40m。直接顶为粉砂岩、泥岩互 层，裂隙发育。老顶主要为砂岩，岩层完整。 工作面长150m，采高4m，循环进尺0.8m，日 进2.4m。顶板支护采用YZ3500—23/45掩护式液压 支 架 ， 支 架 初 撑 力 2 7 0 0 kN/ 架 ， 工 作 阻 力 3 500kN/架。
《矿山压力及岩层控制》教学大纲
《矿⼭压⼒及岩层控制》教学⼤纲《矿⼭压⼒及岩层控制》教学⽂件⼀、课程⼤纲（⼀）⼤纲说明1.课程的任务本课程是煤矿开采技术专业的⼀门重要的必修课。
《矿⼭压⼒及岩层控制》主要介绍了回采⼯作⾯和采区巷道矿⼭压⼒及其控制的基本理论和基本知识。
通过本课程的学习使学⽣对矿⼭压⼒的产⽣及应采取的控制措施有⼀个较为全⾯的了解，为学⽣以后的⽣产实践奠定较为全⾯⽽扎实的理论基础。
2.课程的教学基本要求以矿⼭压⼒基本概念的讲解为前体，突出矿压与岩层控制的具体应⽤。
将课程模块化分为采煤⼯作⾯和掘进⼯作⾯，每⼀部分均简要阐述原理，⽽后重点分析⼯作⾯的矿⼭压⼒显现规律，最终落脚于矿⼭压⼒的控制。
3.教学⽅法和教学形式本课程采⽤远程教学和⾯授辅导相结合的⽅式开展教学。
远程教学包括学⽣收看⽹上的IP课件和⽹上教学辅导等教学形式；⾯授辅导考虑学⽣在职和成⼈的特点和需求，在业余时间进⾏有针对性的学习指导。
（⼆）媒体使⽤和教学过程建议1.课程教学总时数和学分本课程3学分，共24学时，开设于第三学期。
2.教学媒体（1）⽂字教材⽂字教材采⽤《矿⼭压⼒与岩层控制》，主编：蒋⾦泉。
中国矿业⼤学出版社（2007年11⽉版）。
（2）压缩流媒体（IP）课件针对课程教学内容中的重点、难点，录制系统讲解的视频课件。
IP课件总学时为24学时。
3.教学环节（1）⾯授辅导与⾃学⾯授辅导依据教学⼤纲，密切配合IP课件和教学辅导资源，采⽤重点讲解、专题讨论、答疑等⽅式，通过解题思路分析和基本⽅法训练，培养学⽣分析问题和解决问题的能⼒。
（2）考试成绩本课程采⽤形成性考核和终结性考核相结合的⽅式。
形成性考核包括3次（最少）平时作业，平时作业成绩占学期总成绩的50%。
终结性考核即期末考试，期末考试成绩占学期总成绩的50%。
课程总成绩按百分制记分，60分为合格。
4.学时分配（三）教学内容和教学要求1.绪论（2学时）（1）了解矿⼭压⼒及其控制的基本概念和学习本课程的意义。
标准版《矿山压力与压力控制》课后习题答案
矿山压力与压力控制习题第0章绪论1、顶板事故频繁发生的基本原因是什么?答：顶板事故频繁发生的基本原因是：（1）没有很好地研究和掌握各个具体煤层需要控制的岩层范围及其运动的规律（包括运动发生的时间和条件等），顶板控制设计缺少基础；2）没有深入地研究和掌握各种类型支架的特性，特别是在生产现场所能达到的实际支撑能力。
没有解决好针对具体煤层条件选好和用好支护手段方面的问题；3）没有更好地揭示支架与顶板运动间的关系，达到正确合理的选择控制方案。
2、矿山压力与岩层控制研究的主要任务是什么?答、矿山压力与岩层控制研究的主要任务为：（1）研究随采场推进在其周围煤层及岩层中重新分布的应力（包括应力大小及方向等）及其发展变化的规律。
该应力的存在和变化是煤及岩层变形、破坏和位移的根源，也是采场及周围巷道支架上压力显现的条件。
搞清分布在煤层及各个岩层上的应力状况，揭示它们随采场推进及岩层运动而变化的规律，是采场矿山压力研究的重点。
（2）研究采场支架上显现的压力及其控制方法。
包括压力的来源、压力大小及与上覆岩层运动间的关系、正确的控制设计方法等。
（3）研究在采场周围不同部位开掘和维护的巷道的矿山压力显现及其控制办法。
包括不同时间开掘的巷道压力的来源、巷道支架上显现的压力大小及其影响因素、以及支架与围岩运动间的关系等。
（4）控制采动岩层活动的主要因素分析。
从十分复杂的采动岩层活动中建立采动岩层的结构力学模型，从而展开对采场顶板矿压、采场突水、岩层移动及地表沉陷规律等进行系统描述。
（5）深部开采时采场支承压力分布、岩层结构及运动特点、围岩大变形的控制机制等。
3、矿山压力与岩层控制研究历史上主要存在几种假说？并叙述各假说的内容及优缺点？答：（1）掩护“拱”假说掩护拱假说的基本观点是：①采动形成的工作空间是在一种“拱”的结构掩护之下；② “拱”结构承担上覆岩层的重量，通过拱脚传递到煤层及岩体上的压力及由此在煤及岩体中形成的应力，是煤及岩层破坏的原因，也是“拱”结构本身向外扩展的条件；③采场空间的支护仅承受拱内已破坏岩层的岩重，支架是在由“拱”的结构尺寸所圈定的破碎岩石荷重下工作—即在一定的载荷条件下工作，支架上显现的压力大小与支架本身的力学特性无关。
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矿山压力与岩层控制重点总结一、1、矿山压力与岩层控制的研究方法有：理论研究，实验室实验，现场测试等不同形式的研究。
2、矿山压力与岩层控制的解析方法主要通过力学模型，利用平衡条件、本构方程、变形条件，破坏判据和边界条件求解其应力，变形和破坏条件。
3、矿山压力检测中采场主要检测顶底板移近量、支架阻力、活柱下缩量和顶板破碎度。
4、矿山压力检测中，巷道主要检测顶底板移近量、支架变形、围岩应力分布和岩层内部移动规律。
5、岩石密度分为：天然密度、饱和密度、干密度。
6、岩石变形指标一般有：泊松比、弹性模量、体积变形量。
7、原岩应力场主要由：重力应力场和构造应力场组成。
8、两个大小不同的圆孔叠加时，大孔对小孔的应力影响较大，而小孔对大孔的影响较小。
9、支撑压力指采场周围或巷道两侧的全部切向应力（或者竖直应力）10、早期采场上覆盖岩层活动规律的假说有：压力拱假说，悬臂梁假说，铰接岩块假说，预成裂隙假说。
11、砌体梁结构模型中：A 块为煤壁支撑区，B 块为离层区，C 块为重新压实区；Ⅰ为垮落带，Ⅱ为裂缝带，Ⅲ为弯曲下沉带。
12、按直接顶稳定性分类：直接顶可分为：破碎顶板，中等稳定顶板，完整顶板。
13、目前所使用的支柱的工作特性有以下几种：急增阻式，微増阻式，恒阻式。
14、液压支柱单独与顶梁配合支护顶板称为单体液压支架，与顶梁，底座，移架千斤顶组合液压自移支架。
15、岩层与地表移动会导致其产生竖直方向和水平方向的位移，前者称为下沉，后者称为水平位移。
16、根据采空区上覆岩层的破坏程度，可分为三带：垮落带，裂缝带，弯曲下沉带。
垮落带和裂缝带合两带，又称为导水裂缝带。
17、两带（冒落带与裂隙带）与煤层采高有关，对于软弱岩层，两带高度为采高的9至12倍，中硬岩层为采高的12至18倍，坚硬岩层为采高的18至28倍。
18、圆形巷道按切向应力分，可分为A 破裂区，B 塑性区，C 弹性区，D 原始应力区19、煤层开采后，在采空区四周形成支撑压力带，在工作面前方煤体内形成超前支撑力，它随着工作面掘进而向前移动，又称为移动性支撑压力或者临时支撑压力，工作面倾斜和仰斜方向及开切眼一侧煤体上形成的支撑压力称为固定支撑压力或者残余支撑压力，采空区后方的支撑压力称为采空区支撑压力。
矿山压力及岩层控制
h
h'
d c b c
b3 b1 b2
自然平衡拱
工作面推进中的自然平衡拱
P12
§1.3 矿山压力与岩层控制研究的回顾
压力拱假说
主要假设？
1
模 型
S2
Lk
S1
P13
§1.3 矿山压力与岩层控制研究的回顾
⑴掩护“拱”假说 掩护“
①“悬臂梁”假说
代 表 性
⑵掩护“梁”假 掩护“ 说
假说
“仅怱
梁”假说
P14
矿山压力及岩层控制
Mining Pressure and Strata Control 课程设置: 课程设置: 40学时 讲授方法: 讲授方法: 基本知识与专家讲座相结 合，兼顾双语教学 知识范围: 知识范围: 煤与非煤，专业外语
参 考 书 目
1、钱鸣高,刘听成.《矿山压力及其控制》, 中国矿业大学 2、宋振琪主编.《实用矿山压力控制》, 山东科技大学 3、任德惠主编.《井工开采矿山压力与控制》, 重庆大学 4、岑传鸿主编.《顶板灾害防治》, 中国矿业大学 5、姜福兴主编.《矿压控制设计》, 山东科技大学 6、蒋金泉主编.《矿山压力监测》, 山东科技大学 7、黄自伟主编.《矿压测试仪表》, 山东科技大学 8、美国西弗吉尼亚大学 S.S.Peng主编的讲义 9、澳大利亚 B.H.G.Brady、英国E.T.Brown主编《Rock Mechanics For Underground Mining》
P1
§1.1 与矿山压力有关的安全事故 §1.2 矿山压力与岩层控制研究的主要任务 §1.3 矿山压力与岩层控制研究的回顾 §1.4 本课程的主要研究内容与学习方法
P2
§1.1 与矿山压力有关的安全事故
矿山压力和岩层控制
矿山压力和岩层控制《矿山压力与岩层控制》课程教学大纲课程中文名称：矿山压力与岩层控制课程英文名称：Mine Pressure and Strata control课程类别：专业基础课课程归属单位：制定时间：2013年3月18日一、课程的性质、任务1. 课程设置的性质、任务《矿山压力及岩层控制》是研究煤矿开采过程中矿山压力分布及其显现规律，探讨矿山压力控制措施和控制方法的一门工程技术学科，是采矿工程专业学生的主要专业课，也是其它井下工程类专业的专业基础课程。
通过对本门课程的学习，要求对煤矿中采场和采区巷道周围煤(岩)体内矿山压力分布及其显现有比较完整的认识和了解，基本掌握控制采场和井下巷道矿山压力的方法和措施。
结合实验课和实践性教学，使学生得到有关研究和解决煤矿生产现场矿山压力问题基本技能的训练。
2. 通过教学达到下列基本要求通过本课程的教学，一方面使学生掌握有关矿山压力及其控制的基本概念、巷道围岩变形、应力、破坏的分布规律、采场周围的应力分布状态、采场顶底板的变形破坏规律、工作面来压规律及确定方法、巷道与采场的围岩控制理论与控制方法、煤矿动压现象、矿山压力测试技术；另一方面使学生达到能够根据具体条件，进行采场和巷道围岩控制设计、解决有关矿山压力控制方面问题的能力。
3. 专业和学时数采矿工程专业、矿井通风与安全专业、岩土工程专业，共56学时4. 与其它课程的关系⑴ 《煤矿地质学》、《矿山岩体力学》、《煤矿通风与安全》、《采掘机械》在本课程之前教授；⑵ 本课程应在《开采方法》、《井巷工程》之前或同时讲授；5. 教材与参考资料(1)《矿山压力与岩层控制》蒋金泉王国际等编(2)《矿山压力及岩层控制》钱鸣高、石平五等编(3)《矿山压力及岩层控制》姜福兴等编(4)《矿压测控技术》阎海鹏张公开编6、教学方法本课程以课堂讲授为主，部分内容配合实验课程和实践性教学环节进行，并辅以课外作业，课堂答疑等形式进行。
二、各章教学内容和要求1. 基本要求：要求教师在授课过程中阐述明确有关矿山压力及其控制的基本概念；巷道及采场周围的应力分布规律；巷道与采场围岩的移动变形规律；矿山压力控制的基本原理与控制方法；矿压控制的设计方法；煤矿动压现象的致因与防治措施；矿压测试技术与相关测试仪器的原理与具体应用。
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
矿山压力限制： 减轻、调整、利用、变更的方法
矿山压力对煤矿开采的意义
• 生态环境爱护 • 保证平安和正常生产 • 削减资源损失 • 改善开采技术 • 提高经济效益
矿压的探讨方法
• 现场实测 • 理论分析 • 物理模拟 • 数值模拟 • 工程类比
总结
原岩应力分布规律
• 三个规律 顶板活动规律
矿压显现规律 回采工作面支架与围岩的作用原理
• 两个原理
巷道支护与围岩的作用原理
• 一个方法 岩层限制方法
矿山压力及岩层限制
其次讲：原岩应力分布规律
本章介绍
• 原岩应力 • “孔”四周的应力分布 • 围岩极限平衡 • 支撑压力及其分布
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自然应力。
几层围岩性质相近的岩层。 老 顶----位于煤层或干脆顶之上厚
而坚硬的岩层（基本顶）。 2.顶板
干脆底----位于煤层之下的岩层（古土 壤）。
回采工作空间类型（依据采空区处理方法不同划分）
（a）完整空间---刀柱法或留煤柱开采； （b）自由弯曲空间---顶板缓慢下沉法（顶板塑性大）； （c）充填空间---充填法； （d）垮落空间---完全垮落法；
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。
3.顶板结构端部支撑条件： 固定支座——顶板被岩层夹持，为断裂，无自由端。 简支梁支座——顶板端部断裂或埋深较浅。（可转动）
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2
二、双向不等压应力场内的圆形孔
（一） 双向不等压应力场内的圆形孔应力解 根据弹性理论，双向应力无限板内圆形孔 的应力解为:
r12 σ 1 r12 r14 σ r = (1 + λ )1 − 2 − (1 − λ )1 − 4 2 + 3 4 cos 2θ r 2 2 r r
第三节 “孔”周围的应力分布
由于地下巷道和回采空间具有复杂的几何形状， 以及周围岩体也是属于非均质、非连续、非线 性一种特殊介质，加之加载条件和边界条件复 杂，到自前为止，对于岩石及岩体的力学性质、 以及原岩应力场的特征，尚未完全掌握，所以 还无法用数学力学的方法精确地求解出巷道周 围岩体内各处的应力分布状态。 引用经典力学解时，要对围岩的介质的特性和 巷道的几何形状作出简化。（均质、连续、各 向同性、线弹性变形 、圆孔）
（二）计算结果
假设σ1由自重应力引 起， σ1 ＝γH ，由此 求解 得半径为r的任 一点处的σt、σr。
r σ r = γH (1 − ) r r12 σ t = γH (1 + 2 ) r
2 1 2
（三）结论
①双向等压应力场中，圆孔周边处于压缩应力状态； ②应力大小与弹性常数E、µ无关； ③ σt、 的分布和角度无长、皆为主应力，即切向平面 和径向平面皆为主平面。 ④孔周边的切向应力为最大应力，其最大应力集中系 数K =2，与孔径大小无关。当σt = 2 γH超过孔周边围 岩的弹性极限时，围岩将进入塑性状态。 ⑤其它各点的应力大小则与孔径有关。若定义以σt 高 于1.05σ1、或 σr低于0.95σ1为巷道影响圈的边界、则 σt 的影响半径Ri=4.77r1 、工程上有时以10 ％作为影 响半择、则Ri 的影响半径3r1，有限元计算常取Ri=5r1 为计算域。 ⑥在双向等压应力场中圆孔周围任意点的切向应力 σt 、 与径向应力 σr之和为常数，且等子2γH 。
矿山压力与岩层控制
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七、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， 锚喷 持围岩稳定。 控制围岩变形程度，保 维护围岩稳定的支护类 型 依靠支架提供给围岩 允许围岩有一定变形， 可缩性支架 ，提高承载能力。 侧向力，改变受力状态
2.三个规律、两个原理； 3.研究矿山压力对矿山开采的意义。
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几个问题： 1.你对矿压这门课是怎么看待的（怎么理 解的）？它在矿山中的作用，知道多少？
2.你希望矿压这门课怎么上？
3.作为大三学生，你为以后工作都做了哪 些准备（专业课知识方面）？
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五、矿山压力显现
1、矿山压力显现的概念及显现的基本形式 (1)、矿山压力显现的概念 矿山压力显现——由于矿山压力作用，开采空间围岩体及 支护物产生的各种力学现象。 (2) 矿山压力显现的基本形式
两帮运动 围岩运动顶板运动 底板运动 显现的形式 支架承受载荷的增减 支架受力支架变形（活柱下缩） 支架压折
和各种人工支撑物产生的种种力学现象，简称“矿压显 现
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5、矿山压力控制—为使采矿工作正常、安全进行所
采取的各种减轻、调节、改变和利用矿山压力作用的方 法。
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四、矿山压力的来源
采动前原岩中已存应力是矿山压力产生的根源。 原岩中各点主应力的大小、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。 采动前原岩中各点的应力，其主要来源有： (1) 覆盖岩层的重力； (2) 构造运动的作用力； (3) 岩体膨胀的作用力，包括岩体因温度升高或遇 水膨胀而产生的力等。
2、掌握二个原理 工作面支架与围岩相互作用原理 巷道支架与围岩相互作用原理 3、掌握一套方法 ： 矿压控制方法
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矿山压力与岩层控制研究的主要任务
根据国内外采矿工作者长期的理论和实践探索，特别是近50年来长壁开采的实践表明，矿山压力与岩层控制研究的主要任务为：（1）研究随采煤工作面推进，在其周围煤层及岩层中重新分布的应力（包括应力大小及方向）及其发展变化规律，这是采煤工作面矿山压力研究的重点。
该应力的存在和变化是煤岩体变形、破坏和位移的根源，也是采煤工作面及周围巷道支架上压力显现的条件。
（2）研究采煤工作面支架上显现的压力及其控制方法。
包括压力来源、压力大小及与上覆岩层运动之间的关系、正确的控制设计方法等。
（3）研究在采煤工作面周围不同部位开掘和维护的巷道的矿山压力显现及其控制方法。
包括不同时间开掘的巷道压力的来源、巷道支架上显现的压力大小及其影响因素和支架-围岩运动之间的关系等。
（4）建立采动岩层运动和破坏的力学结构模型，从而对采煤工作面顶板矿压、采煤工作面突水、岩层移动及地表沉陷规律等进行系统描述。
（5）深部开采时采煤工作面支承压力分布、岩层结构及运动特点和围岩大变形的控制机制等。
在上述任务中，确定采掘空间的支护形式及所需的支护参数，是矿山压力研究的主要目标；而研究造成已采空间周围岩层运动，特
别是产生破坏的力，则是实现上述目的基础的关键。
围绕上述两个方面的问题，国内外采矿工作者，特别是在生产现场进行工程实践的专家，经历了长期的奋斗，已经取得许多重要的成果。