采矿学课件第十三章采场地压管理

水力充填材料有河砂，山砂，卵石，炉渣，采掘的岩石 以及选厂的尾砂等。充填料的最大粒径不应超过管径的1/3， 而且含量不超过总量的15％。砂浆的浓度用固体和液体的体 积比或重量比表示，为了减少排水费用，固液比应控制在 1:3.5以内。
应严格控制尾砂的硫化物的含量：黄铁矿含量不得超过 ８％，磁铁矿不应超过４％。否则应惊醒脱硫处理。
采空区液压支护
第 十 三 章 采 场 地 压 管 理
2020/8/5
第三节 支护
近年来，在开采顶板不稳定 的缓倾斜薄矿体时，探索性的移 植了煤矿液压式掩护支架。随回 采工作面向前推进，不断移动掩 护支架以支撑工作面附近的顶板。 在支架的后方，直接顶板可自然 冒落。但由于金属矿石较坚硬， 通常使用凿岩爆破法落矿，故掩 护支架需有防爆措施．此外，尚 应研制与掩护支架配套的采场搬 运措施。实践证明，用掩护支架 支护顶板时，采取电耙搬运矿石 极为不方便。
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第 十 三 章 采 场 地 压 管 理
2020/8/5
第四节 充填
按照充填材料的成分和输送方法不同，可分为干式充填、 水利充填和胶结充填。
一、干式充填
按采场内运输废石的方式，可以分为自重、机械和风力 充填三种。
自重充填主要用于随后充填，但当采用倾斜分层回采时， 也可用于同时充填。
机械充填是用自行设备，电耙或输送机在采场内扑平废 石。
管 理Biblioteka 到新的应力平衡。2020/8/5
第 十 三 章 采 场 地 压 管 理
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第二节 采场暴露面和矿柱
一、采场暴露面的稳定性评价
1）影响采场暴露面积大小的主要因素： ➢ 矿石和围岩的力学性质； ➢ 开采深度； ➢ 施加在开采空间顶板的上覆岩层高度； ➢ 暴露面维持的时间； ➢ 暴露面的几何形状等。

第十三章 采区车场
1、采区车场：采区上（下）山与区段平巷或阶段大巷连接处的一组巷道及硐 室。
2、采区车场巷道：甩车道、存车线、联络巷道及各种硐室 3、车场分类 按地点分：采区上、中、下部车场 按线路布置分：单道起坡甩（平）车场；
双道起坡甩（平）车场。
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4、采区轨道线路 1）线路位置与作用 （1）轨道上山 （2）采区车场 （3）工作面轨道平巷
车辆进入曲线后，要求曲 线轨道半径不得小于允许 的最小值，其大小与车辆 行驶速度和车辆的轴距有 关，可参考表13-3选取。 煤矿轨道曲线系列值：
6、9、12、15、20、25、 30、40 /m
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R
SB E
D
B
AC
行车方向
Φ Φ
O
曲线半径R及弯道转角
曲线半径R见表13-3，机车最小值12m
3t固定式、5t底卸式矿车—900mm轨距。
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（三）线路中心距
1）线路中心距：双轨线路两线中心线间距S （1）直线段： S B ，mm。 式中：B — 机车宽度，mm； — 两车内侧的距离，mm， 200mm。 装车点： 700mm， 摘挂钩点： 1000mm。
（2）弯曲段：S B + S
14.25°
5 11°18′36″ 11.310° 5 11°25′16″ 11.421°
6 9°27′44″ 9.462° 6 9°31′38″ 9.527°
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5）道岔型号含义 （单开、对称道岔）
道岔类别代号
辙叉号 曲率半径
ZDK (ZDC)9 22 / 3/ 15
轨距
轨型
道岔曲轨的曲线半径，单位为：/m。 （曲率系列值）

第三篇 回采工作主要过程
第一节 概 述 第二节 采场暴露面和矿柱 第三节 支护 第四节 充填 第五节 崩落围岩
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第一节 概述
一、概念
1、原岩体：未开挖的岩体或不受开挖影响的沿体部分称为原岩体 。 2、原生应力场：原岩体中的岩石在上覆岩层重量以及其它力的作 用下，处于一种应力状态，一般把这种应力状态称为原生应力。 3、地压显现：岩体被开挖以后，破坏了原岩应力平衡状态，岩体 中的应力重新分布，产生了次生应力场，使巷道或采场周围的岩 石发生变形、移动和破坏，这种现象称为地压显现。 4、地压：使围岩变形、移动和破坏的力，称为地压或矿山压力。 5、地压管理：为保证正常回采，而采取的减少或避免地压危害的 措施，或积极利用地压进行开采，这种工作就是地压管理。 6、地压管理方法：为进行地压管理所采取的各种措施。
第二节 采场暴露面和矿柱
一、采场暴露面的稳定性评价
1）影响采场暴露面积大小的主要因素： ➢ 矿石和围岩的力学性质； ➢ 开采深度； ➢ 施加在开采空间顶板的上覆岩层高度； ➢ 暴露面维持的时间； ➢ 暴露面的几何形状等。
2）覆岩总重假说认为， 在水平或缓倾斜矿体中， 开采空间承受的载荷P， 是开采空间上部直达地表 全部覆岩重量的总和。如 图13-1
二、矿柱
1）矿柱的形状对其强度的影响 矿柱的强度与其形状有关。矿柱的宽度越大，高度越小 ，矿柱处于三向压缩状态的部分越大，则矿柱的强度越 高。
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第二节 采场暴露面和矿柱 2）水平和缓倾斜矿体矿柱计算：
保证矿柱强度必需的截面，按许用承载强度计算：
SHk 0k f
s
n
S—矿柱支撑的上部覆岩面积；
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第三节 支护

开采深度
开采深度越大，岩层自 重和上覆岩层的作用力 越大，矿山压力也越大
。
采矿方法
采矿方法的选择和实施 方式对矿山压力的大小
和分布有直接影响。
支护方式
支护方式的选择和实施 对控制和调节矿山压力
有重要作用。
02
矿山压力的监测与检测
矿山压力监测方法
01
02
03
04
表面变形监测
通过测量地表位移、沉降等参 数，评估矿山压力状态。
将多个学科的理论和技术进行交叉融 合，形成更加全面和系统的矿山压力 控制方法和技术。
绿色环保
在矿山压力控制中注重环保和可持续 发展，减少对环境的影响，实现绿色 开采。
04
矿山压力事故预防与处理
矿山压力事故类型与原因
冒顶片帮事故
冲击地压事故
由于矿山顶板失稳、煤帮侧壁不稳等原因 导致的事故。
由于地下岩体在地应力作用下突然释放能 量导致的事故。
监测预警
建立完善的矿山压力监测系统，及时发现和 预警潜在的事故隐患。
培训与演练
加强员工安全培训和演练，提高员工应对突 发事件的应急处理能力。
矿山压力事故处理方法
现场处置
一旦发生事故，应立即启动应急预案，组织现场 人员撤离，并采取必要的应急措施。
医疗救治
确保受伤人员得到及时有效的医疗救治，降低伤 亡率。
物理模拟法
利用相似材料或物理模型 进行矿山压力模拟，通过 观察和测量模型的压力变 化来指导实际控制。
经验法
根据实际生产经验，总结 出矿山压力控制的方法和 技巧，通过实践不断优化 和完善。
矿山压力控制技术应用
采煤工作面
在采煤工作面中，通过合理布置采煤机、支架等设备，控制采煤高 度和推进速度，以减小矿山压力对工作面的影响。

绿色环保
随着环保意识的提高，采场地压控制技术将更加注重绿色环保。采用低能耗、低污染的技术和设备，减少对环境的破坏和污染，实现采场生产的绿色可持续发展。
高效开采
提高采场地压控制技术的效率是未来的发展趋势。通过优化采场布局、改进采矿工艺、采用高效设备等措施，提高采场生产效率，降低生产成本，提升企业经济效益。
《采场地压及其控制》ppt课件
目录
contents
采场地压的基本概念采场地压的监测与预测采场地压控制技术采场地压控制工程实例采场地压控制技术的发展趋势与展望
01
采场地压的基本概念
指在采矿过程中，由于岩体被挖空而引起的围岩应力重新分布，导致岩体发生变形、破坏、塌落等地质现象的力学过程。
采场地压
为确保采矿安全和高效，采取一系列措施对采场地压进行监测、分析和控制的过程。
信息化管理
信息化技术将在采场地压控制技术中发挥重要作用。建立信息化管理系统，实现采场数据的实时采集、传输、处理和分析，为采场管理和决策提供科学依据，提高采场管理的科学性和有效性。
01
02
03
04
技术创新：未来采场地压控制技术将不断涌现出新的技术和方法。通过科研机构和企业不断的技术创新，推动采场地压控制技术的进步和发展，提高采场安全生产的保障能力。
案例三
某铜矿通过合理的地下水控制，降低了地压对采场的影响，实现了绿色开采。
04
采场地压控制工程实例
该矿区采场处于高地应力区域，岩石坚硬且完整，但存在局部破碎带。
采场地压情况
采用松动爆破、锚杆支护和局部注浆等综合措施，降低地压，增强围岩稳定性。
控制措施
经过地压控制后，采场安全稳定，提高了采矿效率，减少了安全事故。
实施效果

床 。
（） １ 正确 认 识 不 同 采 矿 方 法采 场 开 采 空 间 所 承 受 的 载 荷 及 应 力 变 化规 律 ， 正 确 为 选 择 地 压 管 理 方 法 提 供 符 合 实 际的 地 压 理 论和假说 。 （ ） 实 际 出 发 正 确选 择 地 压 管理 方法 ２从 及 有 关 参 数 ， 持 一 定 时 间 内开 采 空 间 的 保 稳 固。 （ ） 理 好 矿块 回采 期 间 遇 到 的局 部 地 ３处 暴 露 面 积 逐 渐 增 大 ， 板 岩 石 应 力 重 新 分 顶 布， 或者 原岩 无法 承 受 其 自重 ， 而 导 致 顶 压 问 题 ， 构 造 断 层 ， 碎 ， 洞 ， 硐 室等 从 如 破 溶 老 板 岩 石 沿 层理 、 层 、 理 、 隙 发 育 的 弱 造 成 的 特 殊 地 压 问 题 。 断 节 裂 面 产 生垮 落 ， 成 大 块 从 目前 的落 矿 工艺 形 实 施 效 果 看 ， 是 以 切 割 槽 及 矿 房 第 一 次 ４ 通常采场地压 管理方法大致有 以下几 都 爆 破 后 块 度 较 小 ， 矿 能 力大 ， 三 次 、 供 第 第 种 （ ） 开 采 空 间 具 有 较 稳 固的 几 何 形 １使 四次 以 后 大 块 产 出 高 ， 化 增 大 ， 贫 第二 次 单 耗提高 ， 供矿 能 力 降 低 。 同 一盘 区爆 破 次 状 ， 在 使应 力较 平 缓的 过 渡 。 （） 矿 柱 、 ２用 充填 体 ， 支柱 或 联 合 方 法 支 数愈 多， 反映 越 明 显 ， 最终 供 矿 效 果 越 差 。 多次爆 破后长 时 间的空 区顶板暴 露 ， 撑 开 采 空 间 。 （ ） 采 矿 边 崩 落 围 岩 ， 开 采 空 间某 ３边 使 致 使 地 压 显 现 活 动 加 剧 。 红 山采 空 区 顶 大 降 板 暴露 面 积 一般 在２ ０ ｍ 左右 ， ００ 由于盘 区 生 些部 位 的 应 力 重新 分 布 ， 低 工 作 空 间 围 产 周 期 长 ， 区 不 能 及 时进 行 充 填 ， 采 供 岩 应 力集 中 ， 小 工 作 空 间 的 地 压 。 空 从 减 开 始 空 区 一 般 都 长达 ８ 月 左右 ， 且 空 区 个 而 （ ） 开 采 空 间 围岩 达 到 自然 崩落 所 需 ４使 顶 板 还 受 到 采 矿 期 间 多 次 大 爆 破 的 叠 加 冲 的 尺 寸 ， 通过 自然 崩落 释 放 应 力 ， 小 周 围 减 击 破 坏 ， 及 地 质 构造 影 响 ， 成 空 区 顶 板 采 场 的 地 压 。 以 造 大 面 积 垮 落 ， 成 大 块 ， 成 贫 化 ， 着 地 形 造 随

• 围岩膨胀、崩解体积增大而施加于支护上的压力，称为膨胀
压力。膨胀压力与变形压力的基本区别在于它是由吸水膨胀 而引起的。从现象上看，属于变形压力范畴，但两者的变形 机制截然不同，前者是指与水发生物理化学反应，后者主要 是围岩应力与结构效应。
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2024/2/8
矿压控制及冲击地压防治
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矿压控制及冲击地压防治
一 巷道围岩压力的概念
• 巷道矿压控制的三类方法及途径：
– 第一类：巷道保护 – 第二类：巷道支护 – 第三类：巷道维护（维修）
• 目前所采用的各种矿压控制方法，从对付
矿压的原理来看包括：
“抗压”、“让压”、“躲压”、“移压” 等几种 。
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矿压控制及冲击地压防治
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•金属支架
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矿压控制及冲击地压防治
二 巷道支护及其材料
• 五）喷射混凝土支护
– 喷射混凝土支护是用喷射机将混凝土混合物喷射在岩石表面上硬化而成 的一种支护。先将砂、石过筛，按配合比和水泥一同送入搅拌机内搅拌， 然后用矿车将拌合料运送至工作面，经上料机装入以压缩空气为动力的 喷射机，在经输料管吹送到喷头处与水混合后喷射在岩面上。
•料石支护的基本形状
矿压控制及冲击地压防治
二 巷道支护及其材料
• 三）金属支架 ：
– 承载能力大，可多次复用， – 储运方便，安装容易及迅 速等优点 。
– ①矿用工字钢刚性支架 – ②微拱形刚性金属支架 – ③矿用工字钢梯形可缩性支架 – ④U型钢拱形可缩性支架 – ⑤U型钢梯形可缩性支架

(3)矩形开采空间长宽比对顶板应力影响
对l/L≤2～3的开采空间，可近似采用矩形简支板分析，
顶板最大拉应力可按下式估算：
p
t
k( L)2 h
p
式中：L ——矩形板的宽度（采场跨度）； h——板的厚度； p——单位面积上施加的荷载。
K——应力计算系数，随l/L 变化；
l/L= 1, 1.5, 2, 3, ∞
第19页/共97页
二、顶板岩层中的应力分布 倾斜矿体开采
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围岩中的应力与矿体倾角的关系
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1、按孔的应力集中理论分析采场地压
埋深大，岩层均匀连续 并可视为弹性体时，采场应 力分布可按弹性力学中，圆 孔应力集中解分析。
p q
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2、顶板应力分布计算模型
1、自然因素方面的主要有： （1）围岩的物理力学性质
（2）开采深度 （3）矿体的倾角与厚度： （4）构造 （5）地下水
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2、采矿生产技术方面的因素 （1）开采顺序： （2）开采方法及控顶方法 （3）回采速度 （4）空区形态及空区形成时间
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四、采场地压的研究内容
采场地压的研究的主要内容是采场(包括采空 区)围岩的应力状态、变形、移动和破坏的规律。 在此基础上，找到维护采场稳定的措施。
冒落高度与矿体开采 厚度、岩石碎胀性及可 压实性、采动范围、岩 体强度、空区有无充填 等有关，一般为矿体厚 度（W）的2～6倍。
第30页/共97页
（2）裂隙带
该带岩体变形较大，岩层沿层 理开裂形成离层，在拉应力作用下 产生垂直岩层的裂隙。若有水，则 可从裂隙渗入，威胁空区。
水体下开采必须使采动形成的 裂隙带位于不透水层之下，即不破 坏水系与矿体之间的不透水层方可 进行回采。

初始破坏区A：在
支承压力作用下， 煤壁前方较远处顶 煤由弹性变形进入 塑性变形，原生裂 隙扩展，顶煤初始 破坏。
A
BCD
8
k=
破坏发展区B：
A
受顶板回转作
用，煤壁前方
附近顶煤发生 破坏，裂隙扩
A
BCD
展，位移增大。
86
裂隙发育区C：
支架反复支撑，
控顶区内的顶煤
形成发育的裂隙。
支架反复支撑， 形成交变应力，
第四、五章 单一长壁采煤 法
1、熟练画图 2、巷道名称 3、掘进顺序 4、生产系统
14
2
10 6
A
9
7 13
11 8 9'
7' 1
5
4
12
11 8'
9 3
4
7'
8' 9'
3
4,5
12 1
7 89
14 6
10
2
1、普采或炮采区段平巷布置 1）区段回风平巷（轨巷）： （1）功用：轨道运输、回风、行人。
2 4
1 2'
(b)
（三）区段平巷单、双巷布置方式
1、双巷布置
上区段机巷与下区段风轨巷统一布 置，双巷同时一次掘出。
优点：
1）掘进通风容易；
2）安全好 — 进出掘进面有两个出 口，回采也多一个避灾出口；
3）可超前勘探煤层变化，利于为机 巷定向； 4）泄水方便； 5）易送物料到机巷（安装维修）； 6）为上、下采面及时接替创造条 件。
4
2
1 3 2'
(a)
2、综采工作面区段平巷布置
机巷要求：铺输送机 、设备列车 — 铺轨，断面大。 风巷要求：铺轨，以设备最大外廓尺寸定。 布置方案：

Ⅳ类基本顶——平时顶板无压力，采空区悬露面积达几千 甚至上万m2不垮落，初次和周期来压时，顶板垮落常形 成狂风、巨响。初次来压步距大于50m，甚至可达 100m～150m。这种顶板多为极坚硬的厚砂岩或砾岩。
2021/4/25
7
第二节 工作面矿山压力的显现规律
一、支承压力
（一）支承压力的形成
当煤体未采动前，煤体内的应力处于平衡状态，煤体上 所受的力为上覆岩层的重力γH（γ—岩层的容重，t/m3； H—煤层距地面的深度，m）。
2021/4/25
15
第二节 工作面矿山压力的显现规律
冲击地压在煤矿中经常会遇到，尤其是随开采深度的增 加，更会频繁出现。为了避免冲击地压发生而造成重大 事故，必须降低支承压力的集中程度，例如采用充填法 处理采空区；采空区内不留煤柱；避免两上工作面相向 回采，以防止形成支承压力的重叠。
支承压力集中程度高，不仅可能产生煤层突出，还可能 伴随大量沼气突出，造成煤和沼气突出事故。
当在煤体内开掘开切眼后，破坏了应力的平衡状态，引 起应力重新分布。这时在开切眼上部顶板内形成了自然 平衡“压力拱”。开切眼上部岩体重量Q由两侧煤壁平均 分担。因此，在开切眼两帮煤体中，产生了应力集中现 象，这种集中应力称为支撑压力。它的大小为原始应力 γH的1.25～2.5倍，最大值可为原始应力的2～4倍或更大。
河南理工大学 《采煤概论》精品课程
第四篇 准备方式与采煤方法
11 第 章 矿山压力及其控制
2021/4/25
1பைடு நூலகம்
主要内容
11 第 章 矿山压力及其控制
第一节 上煤层围岩分类 第二节 工作面矿山压力的显现影响 第三节 工作面支架的结构、性能和选择 复习思考题

第二章：矿床开拓
第二节：开拓方法 二、竖井开拓法
竖井开拓法以竖井为主要开拓巷道。它主要用来开采急倾斜矿体（一 般矿体倾角大于45º）和埋藏较深的水平和缓倾斜矿体（倾角小于20º）。 这种方法便于管理，生产能力较高，在金属矿山使用较普遍 。
1.穿过矿体的竖井开拓方案
从使用情况来看，闭胸式的使用比较 广泛。 敞开式 盾构之 中有挤 压式盾 构、全 部敞开 式盾构 ，但在 近些年 的城市 地下工 程施工 中已很 少使用 ，在此 不再说 明。
从使用情况来看，闭胸式的使用比较 广泛。 敞开式 盾构之 中有挤 压式盾 构、全 部敞开 式盾构 ，但在 近些年 的城市 地下工 程施工 中已很 少使用 ，在此 不再说 明。
（三）上部竖井 下部盲竖井开拓 方案
这种开拓方案一 般适用于矿体或矿体 群倾角较陡，矿体一 直向深部延伸，地质 储量较丰富的矿山。 另外，因竖井或盲竖 井的生产能力较大， 所以中型或偏大型矿 山多用这种方法。
L 75 Ⅲ
4 Ⅰ
采区 6
7 Ⅱ
4 Ⅰ
盘区宽
盘区
B
2付 1主
3
从使用情况来看，闭胸式的使用比较 广泛。 敞开式 盾构之 中有挤 压式盾 构、全 部敞开 式盾构 ，但在 近些年 的城市 地下工 程施工 中已很 少使用 ，在此 不再说 明。
五、矿床的开采顺序
（一）井田阶段的开采顺序
（1）下行式——即自上而下进行开采。
从使用情况来看，闭胸式的使用比较 广泛。 敞开式 盾构之 中有挤 压式盾 构、全 部敞开 式盾构 ，但在 近些年 的城市 地下工 程施工 中已很 少使用 ，在此 不再说 明。
第二章：矿床开拓
第二节：开拓方法 四、联合开拓法
（一）上部平硐下部盲竖井开拓方案