1矿山压力及其控制

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路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
下设八个分站:钱鸣高、牛锡倬、平寿康 、刘天泉、宋振骐等学者对推动我国矿压理论 研究与工程应用作出了突出贡献,如著名的砌 体梁理论等。我国煤矿事故中顶煤事故由45% 下降到15%,目前一批中青年学者、专家迅速 成长。
砌体梁理论、关键层理论、锚杆支护技术等 。
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1.2.5 我国在矿山压力研究方面的主要工作与成就
为了配合全国有序地开展矿压研究及推动 煤矿科技进步。1979年4月26日煤炭部批准在 中国矿业大学建立煤炭工业部矿山压力情况报 中心站,作为全国矿压研究与实践方面的重要 学术组织,到目前为止已经组织召开了11届全 国性矿山压力理论与实践研讨会。
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1.3.2 矿山压力研究的主要内容 地下采矿中常见的岩石开挖工程有:井硐、室
巷道和工作面,其中以巷道和回采工作面最为常见, 所以矿山研究以巷道回采工作面为核心进行研究。主 要研究内容如下:
(一)支承压力 (二)回采工作面上覆岩层活动规律及其分析
1. 老顶稳定及初次极限跨距 2. 裂隙体梁及结构分析
荷,也是一种承载结构。 (2)采矿工程的移动特性 (3)采矿工程中围岩的大变形和支护体的可缩特 性 (4)采矿工程中的能量原理和动力现象
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1.2 矿山压力及控制的发展简况
1.2.1 对矿压的早期认识阶段 我国是世界上采矿最早的国家之一,中国
采矿有文字可考的历史始于商代,但实际的采 矿活动还要早很多。
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春秋至南北朝(公元前770年至前200年) ,采矿技术已有全面发展。
随着采矿规模日益扩大,经常出现矿井内 顶板冒落,巷道堵塞或地表塌陷,迫使人们重 视和研究矿压问题。
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1.2.2 建立矿压早期假说阶段 19世纪后期到20世纪初,是矿压研究的第
造成的矿山应力场中,有关矿山岩体和矿山工 程结构的强度、稳定性和变形的科学,它既是 固体力学的一个应用分支,也是采矿科学的一 个组成部分。严格地说,矿山压力是矿山岩石 力学的一个应用部分,但由于我国煤矿系统的 习惯,将矿压作为一个独立的课程。
岩石力学最初产生于采矿工程,其服务对象 也主要是采矿工程,但其研究方法和理论并非 为采矿工程所独有。
岩体是有各种弱面切割的裂隙体,具有与一般 固体所不同的特征。从这个观点出发引用相关 学科中现代研究成果,出现了一系列边缘学科 分支和方法,如岩石断裂力学,岩石块体力学 ,岩石流变学等。
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在研究方法方方面,在现代计算技术基础 上发展起来的一些新的数值分析方法:有限元 ,边界元,离散元法等。这些方法可以考虑岩 体复杂的力学属性,进行巷道和硐室围岩体中 的应力变化和位移分布,确定其稳定性等,使 矿压理论研究有可能获得更符合实际的数值解 答。
行了不同煤层条件下采用不同支护类型的回采 工作面中矿压显现规律的研究,开展了采用煤 柱护巷和无煤柱护巷的各类巷道中的矿压显现 规律的研究,以及进行了为解决有冲击矿压、 煤和瓦斯突出危险煤层开采的有关研究,从而 为改善回采工作面矿压控制,合理布置和维护 巷道,以及保证安全生产,提供了科学依据。
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矿山压力显现:
在矿山压力作用下,会引起各种力学现象,如 顶板下沉、底板臌起、巷道断面缩小、岩体破坏脱 落母体甚至大面积冒落,煤被压松产生片帮或突然 抛出,支架严重变形或损坏,以及大面积岩层移动 ,地表发生塌陷等等,这些由于矿山压力作用,使 围岩、煤体和各种人工支撑物产生的种种力学现象 ,通称为“矿山压力显现”.i.e.”矿压显现”。
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在地表岩层移动研究方面,在进行大量现 场观测和掌握了不同条件下岩层移动基本规律 的基础上,建立了更为完美的因开采造成的地 表移动和变形值的计算和预测方法,以及开展 了开采工作引起的煤层上覆岩层运动机理及其 有关规律的研究。
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(2)应用研究方面 配合地下开采技术和支护技术的发展,进
(5)提高开采经济效果: 矿压显现预测、支护质量与顶板动态监测、
信息反馈、确定优化的矿山与开采设计等,提 高开采效益。
综上所述,掌握矿压显现规律,研究矿压控 制的有效方法,对煤矿生产有十分重要意义。
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1.1.3 采矿工程的力学特点
(1)采矿工程岩体结构的本质 与地面工程结构不同,地下工程围岩即是载
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1.1.2 矿山压力及岩层控制对采矿工程的作用
(1)生态环境保护: 地下水破坏、地表沉降、矸石山占地、瓦
斯抽放等。
(2)保证安全和正常生产: 顶板事故、巷道稳定、边坡控制等,掌握
矿山压力活动的基本规律,用以指导采矿生产 的设计,生产组织,保障安全生产,设备正常 运行。
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矿山压力及岩层控制:
矿山压力、矿山压力显现、矿山压力控制是矿山 压力与岩层控制研究的主要内容。
随着大规模开采活动及矿压显现给工作带来严重 危害,人们迫切需要一种理论来解释和研究有关的矿 压现象,并用以指导工程设计和安全生产,这就使于 60年代形成了一门新的学科分支——矿山压力及岩层 控制。
(3)实验研究方面 结合各类研究课题的进行,逐步应用和改
善了现场与室内观测和实验的各种仪器和设备 ,有代表性是井下钻孔电视应用和真三轴岩石 试验机以及刚性试验机,为矿山压力的进一步 研究和完善提供了必要的原始数据和资料。大 型模拟试验台、先进的多点数据采集仪器等。
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(4)矿压现场控制方面
采矿分类
地下采矿
露天采矿
海洋采矿
特殊采矿
地金非 下属金 开矿属 采地矿
下地 开下 采开

固砂海 体矿底 矿床砂 床露矿 露天开 天开采 开采 采
海海海海容热水盐饰
底底水底浸液溶湖面
锰热化基采采采矿石
结液学岩矿矿矿床材
核砂元矿
开开
开床素床
采采
采开提开
采取采
固体矿床开采
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后来又研究了岩体非均质和各向异性对理想 弹性体的影响,以及把岩层看作具有不同变形特 征的弹性介质,进一步研究岩体层理性的影响, 此外还用连续介质力学方法研究了岩层移动问题 。
在进行理论研究的同时,研究矿压的实验手 段也获得了发展,其中较为应用的是利用相似材 料进行的相似模型研究方法和利用光敏感材料进 行的光弹性模拟方法。
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(三)回采工作面矿山压力显现基本规律 1. 初次来压分析 2. 周期来压分析 3. 顶板压力估算
(四)回采工作面顶板控制与支护方法 1. 支架围岩相互作用原理 2. 支架选型
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(3)减少 地下资源损失: 通过研究和实测矿压活动规律,减少顶板
等事故,选择合理煤柱尺寸,甚至某些情况下 取消煤柱,减少煤炭资源损失量。 (4)改善地下开采技术:
地下开采技术的进步与对矿压显现规律的 深刻认识和矿压控制手段的改善有密切关系。
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进一步改善了巷道支护技术,如大断面、 大缩量和高支撑力的可缩性金属支架,广泛应 用锚杆支护,开发了各种类型的锚杆,注浆加 固不稳定煤层和围岩,回采工作面中使用自移 式液压支架,架型增多,适用范围扩大等。对 难以控制的坚硬顶板,通过高压注水,超前爆 破等手段,比较有效地避免了在采控区突然大 面积冒落造成的危害。对井下冲击矿压的预测 和控制效果大为提高。
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1.2.3 以连续介质力学为理论基础的研究阶段 20世纪30年代至50年代:将整个岩体作为
连续的,各向同性的弹性体来考虑,即用弹性 理论研究矿山压力问题,这一阶段的典型成果 :(1)用虎克定律推导出了自重作用下原岩 应力的计算公式;(2)用弹性理论解决了圆 形巷道的应力分布问题。
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1.2.4 矿压研究的近代发展阶段(60年代至今)
这个时期的科技发展特点: (1)矿山开采规模增大; (2)计算机技术飞速发展; (3)相关学科进步明显。 与此相类似,矿压研究取得了一些新进展:
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(1)理论方面 将传统的连续、弹性、各向同性的岩体→
1.3 矿山压力与岩石力学的关系
1.3.1 矿山压力与岩石力学的关系 随着采矿深度何规模增大,矿山压力的研
究不断深入和发展,人们越来越来多地认识了 岩石的力学性质和开采过程中岩体内所发生的 自然力现象和规律,在此基础上产生了一个新 的学科分支—矿山岩体力学。
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即:矿山岩体力学是研究自然和采动影响所
1矿山压力及其控制
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2020年4月6日星期一
Baidu Nhomakorabea
第一章 绪论
1.1 矿山压力的基本概念
我们所说的采矿通常是指固体矿床地下开采,即 :地下开采和露天开采。在煤矿行业,地下开采又常 称为“井工开采”或标准采矿等,由于露天开采对地表 破坏、环境污染较严重,也称为非标准采矿。
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奥地利学派对岩石力学的发展起到了巨大作用 。该学派地代表人物是L.Muller 主要观点有三 个:
(1)就大多数工程问题而言,岩体工程性质 取决于岩体内部地质断裂系统的强度要比取决 于岩石本身强度的大得多,所以岩石力学是一 种不连续体力学,即裂隙介质力学;
(2)岩体强度是一种残余强度,其受到岩体 中所含弱面强度的制约;
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矿山压力控制:
随着大规模开采活动及矿压显现给工作带来严重 危害,为使矿压显现不致影响采矿工作正常进行和保 障安全生产,必须采取各种技术措施把矿山压力显现 控制在一定的范围内,对有利于采矿生产的矿山压力 显现也要合理的利用。所有减轻、调解、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。
井筒与巷道
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矿体
矿体
矿山压力:
严格的讲,矿山压力应包括地采和露采两部分内 容,但由于传统的观念和习惯,矿山压力通常指与地 采有关的内容,即概念如下。
矿山压力(i.e.矿压):这种由于在地下煤炭中进 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,就叫矿山压力。
二个阶段。利用一些简单的力学原理解释实践 中出现的一些矿压现象,并提出了一些初步的 矿压假说,具有代表性的是“压力拱假说”,即 认为巷道上方能形成自然平衡拱及有关分析计 算。同时提出了以岩石坚固性系数f(普氏系数 )作为定量指标的岩石分类方法,曾获得广泛 应用至今。
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在这个阶段中,对巷道围岩破坏机理和支 架所受的岩石压力大小开始了初步的理论研究 。在研究岩层和地表移动等方面,进行了地面 及井下观测,研究到地表建筑物的损坏不仅由 于地表下沉,还由于水平移动的结果。
(3)岩体的变形和它的各向异性主要由弱面 位移所产生。 路漫漫其修远兮,
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上述这三个观点为岩石力学的发展起到了 引导和促进作用,尤其是在工程地质、水电、 冶金等岩石力学研究中受到格外重视,而煤炭 行业由于煤田成因及研究问题的特殊性,没有 充分重视和发展上述观点,但从长远看煤炭行 业的岩石力学有关问题研究必须与国际接轨, 矿山压力研究应纳入到矿山岩石力学的一个应 用分支,必须重尊岩石力学研究的一般准则。
机水采 械力砂 开机船 采械开
采采 砂
煤矿露天开采
抚顺西露天煤矿采场
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煤矿露天开采
河南义马北露天煤矿采场
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内部排土场
厚煤层地下开采
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无论是地下开采还是露天开采都可抽象为对原有 地壳的一种人为破坏活动,或称是一种人为的有目的 在地壳岩体中的大规模开挖活动。这种开挖活动破坏 了岩体原有应力平衡状态,引起了岩体内部应力重新 分布,其结果表现为开掘的井、巷、硐、工作面、露 天矿采场边坡等的周围岩体变形、移动、甚至破坏, 直到岩体内部重新形成一个新的应力平衡状态为止, 见下图。
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