矿山压力与岩层控制(2013版)_PPT课件

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。
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。
一、铅直应力的估算
z H
n
z ihi i1
二、水平应力估算
1、静水应力学说（海姆假说）
xyzH
2、线弹性学说（金尼克假说）
x y 1z
H σz σx
σy
σy
σx σz
原岩体内应力状态
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§2-2 岩体中的弹性变形能
地下赋存的煤或岩体在应力作用下，必产生其体积和形状的变化。 当煤岩体尚处于弹性状态，且变形不能解除时，外力（压力）做的功将 以能量的形式贮存于岩体内，即岩体内贮存有弹性变形能。
● ●●● ▲○●○
●○○●●▼ ●●○○▼▼●●
σv=0.
距 离
● ●
Leabharlann Baidu
●●● ●●●▼● ●●
027 Z
■ ■
地
■
■
表
▼
▼
▼ ■□
深
▼
度
■
■
■
■
λ
▼
1000.30 H
15000.50 H
λ
λ
9
三、 原岩应力的估算
在原岩应力中，构造应力分布和大小变化很大，多存在于地壳上升 地区，只有实测才可确定；而自重应力可由计算确定。
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
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。
在原岩应力场弹性变形能包括体变弹性能、形变弹性能两种，由前 苏联阿维尔申计算为
体变弹性能 形变弹性能
Uv (1 6E 2(1)1()2)22H2
Uf (1 3E ()11(2)2)22H2
常由于塑性变形被吸 收或转化，而消失。
弹性变形能与开采深度的平方成正比。
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§2-3 “孔”周围的应力分布
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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
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
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
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
• 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。
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。
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
●○●■▼○▼○■●○▲●▼■○●▼○○●●●■○□●▲■■●●●●●●■■▲●▲●●▲●▲●▲▲▲ ▲
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。
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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。
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） 。
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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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。
• 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。